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基于认知灵活性理论的网络课程设计与优化
毛根海 毛欣炜 邵卫云 张燕
（浙江大学）
The Design and Optimum of Internet Course Based on Cognitive Flexibility Theory
[摘要]：本文以认知灵活性理论为指导，阐述了如何进行网络课程的教学设计与优化。同时结合《工程流体力学网络课程》的开发，从学习内容、教学安排、学习情境、学习资源等方面探讨了网络课程的设计与认知灵活性理论在课程中的实现。本文还提出了约束条件下网络课程的系统优化问题。
[关键词]：认知灵活性理论 网络课程 教学设计 系统优化
一、引言
从略。
二、认知灵活性理论的概述
从略。
三、基于认知灵活性理论（CFT）的网络课程设计
网络课程可分教案型（如基于PowerPoint程序）和自学型（如基于WEB超文本的ICAI程序），包括《工程流体力学网络课程》在内的绝大部分网络课程都属于自学型一类。自学型网络课程的系统设计能否与学生的认知规律相符是其成败的关键。
1、 学习内容设计
教学内容大多根据相应学科教学基本要求作规范设计，其设计策略，除注重常规要领，如合理的深度广度、易学的逻辑体系、推陈出新的时代特征、完整与系统的知识结构等内容外，运用CFT的知识结构说及学习层级说理念于教学内容设计中，也是有一定指导意义的。
按照CFT学习理论，在教学内容设计中，对于以结构良好为主的教学内容，应当包括大量练习、反馈交互等内容。这样可让学生在处于缺少可以直接迁移的关于某领域知识的情况下、理解多靠简单的字面编码（literal coding）的初级学习阶段，获得足够资源，参与大量的通过练习和反馈而熟练掌握知识的活动过程。同样地，对于结构不良的教学内容，此时学习过程多处于高级知识的获得阶段，所涉及问题也更加复杂和丰富。这个阶段学习核心在于知识意义上与知识运用上的建构。因此，其教学内容设计应包含较多的工程实例、例题和大量的习题、思考题等，使学生在学习过程中对于信息的意义的建构，可以从不同情景、不同角度获得不同方面的理解。
2、 教学设计
CFT强调学习方法灵活性及其与情境的适应性，它认为无论是自上而下还是自下而上，或是从知识网络结构中的某一部分入手的教学设计，都必须适应一定的教学目的，根据具体的教学目的和条件而灵活确定。
3、 网络课程情境设计
CFT提倡学生需在真实的情境下学习。网络情境设计是为学生提供一个完整、真实的问题情境，使学习者产生求知内化需求，驱动学习者进行自主学习，从而达到主动建构知识意义的目的。情境设计应包括抽象知识的背景情境、社会与工程实际应用情境，还应包括专家解决问题的探索情境。CFT主张，为发展学习者认知灵活性，形成对知识的多角度理解，应把知识学习与多种情境联系起来，通过多次进入重新安排的情境，使学习者形成背景性经验，从而掌握知识的复杂性及相关性，在情境中形成知识意义的多方面建构。
在网络课程情境设计时，一方面可以多运用多媒体动画等虚拟现实和录像等真实情境，使"身临其境"的学习成为可能；另一方面，要多运用超文本特点，注意设计知识的引导和衔接，帮助学生发现概念间的相互关系。
4、 评价反馈设计
从略。
5、 网络课程设计优化
提出网络课程设计优化，缘于网络设计中易出现的以下几种偏向：
（1）忽视网络学习的认识规律，机械地把教材搬到网上；（2）网络课程内容设计上广而杂，缺乏针对性，置学习者时限而不顾，低效消耗学习者时间；（3）在教学资源收集上，忽视了"宁缺勿滥"的原则，陷入"多多益善"的误区；(4)对多媒体各种特性的发挥，仅以花样翻新或计算机技术难度来评定优劣。
网络课程的优化，目的是在特定约束条件下开发出教学效果最优的精品。每门网络课程，都应当有特定的面向对象、特定的教学目标、有限的教学或自习学时，极端建构主义往往忽视这些特定条件，造成脱离实际，缺乏可行性。网络课程的简单与复杂程度，应重在准确、简捷和恰到好处的教学实用性，以便让学生在有限的网络学时中能高效率的完成指定教学目标的学习。
四、基于CFT《工程流体力学网络课程》的开发实践
1、《工程流体力学网络课程》的学习内容与教学设计教学设计采取以自上而下统揽全局，以自下而上渐进教学的灵活性策略。通过课程导论或绪论形式，预先提出本课程需解决的问题以及概述解决这些问题的各种方法，并将课程的教学目的、教学基本要求等文件内容附于网络课程资源中，并使之在课程学习之初就完整地交付于学生，然后再引导学生按课程的知识体系从基层到高层，从简单到复杂地顺序渐进学习，这对学生的自学是十分有效的。笔者认为这是一种目前较好的网络课程教学设计方案。
这样的学习内容安排和教学设计，有利于学生自主学习，并有利于学生在一定学时限制下的建构能力的培养。
2、《工程流体力学网络课程》的学习情境设计
本课程抽象的概念常令学习者生畏，这些基础知识的情境设计，是本课程的一大难点，并在实现以后成为课程的一大特色。为此，我们设计并制作了原创动画23个。这些动画生动形象，它包含抽象知识的背景情境、抽象过程的逻辑情境和面向应用对象的工程情境等。有的内容，如压力体概念，还采取多角度情境动画，展示了多次进入重新安排的情境。其学习效果表现之一是学习者在学习中由原先的望而生畏转变为兴趣盎然。
工程应用类知识的情境化主要通过录像来实现。在本课程中，我们加载了教学录像片段达85项，其中自编自导、由校电教中心摄制的有40多项。录像效果比虚拟现实更加实际。笔者认为，这是网络课程应当首选的情境表现手段。
3、《工程流体力学网络课程》所提供的学习资源与学习环境
考虑该网络课程教学对象、学分、学时、工程面向等特定约束条件下的优化效果，对网络课程自带的学习资源作了一定优选限制。现所附带的学习资源有：素材库、例题库、作业与考试题库、在线练习库、教学指导文档库。为了提供拓展学习所需的更多资源，还特在笔者自建的网站（www.fluid.net.cn力学基地）上，建立了工程流体力学资源专栏，计有：在线计算ICAI练习库、求解器库、多媒体电子辞典（自开发、将上载）、论文库（将上载）。
4、《工程流体力学网络课程》的在线测试评估系统
测试评估系统主要分概念型为主的认知测试和工程应用计算型为主的建构能力测试两类。
认知测试以强化训练为手段，遵循学习--测试--发现问题--深入学习的认知过程。测试题部分穿插在每章节之中，部分集中在"在线练习"资源库中。建构能力测试针对工程计算问题，测试学生解决工程问题的力学建模能力。由于流体力学计算问题十分复杂，且无统一的标准可资评判，一般只能通过教师批阅的方式对题解进行分步评判或整体评判。为了能够让计算机系统替代教师对计算机建模做出评判，我们已组织人员进行了攻关，并已在单机上获得突破，在网络上也已初步实现。现作为本课程测试评估系统的一个特色内容，以《在线练习ICAI》资源库的形式链接于"力学基地"网站上。但是，要真正做到智能化在线测试与评价学习者的建构能力，对于力学类课程来说还有许多问题需要研究、解决。
五、结语