作者简介：梁海宁，出生于中国广东，在秘鲁长大并读完了高中。随后移居加拿大，在西部大学完成了计算机科学本科与博士学位。毕业后，在澳大利亚昆士兰大学主办的澳大利亚国家信息和通信技术昆士兰实验室工作两年。也曾是马尼托巴大学的访问研究员，之后于2012年2月加入西交利物浦大学，现在担任计算机科学和软件工程学院副教授一职，同时负责西交利物浦大学老龄化社会研究院及Crenolab创新技术中心。 梁海宁在西部大学攻读博士学位期间就已经开始了教学生涯，而且在读博的最后一年，就是两个教学创新项目的负责人。在马尼托巴大学时，也开展了不少教学创新实验。在西交利物浦大学他还担任了近4年的系里人才培养委员会主席，帮助改善了现有的教学方案，同时也主导建立了新型的教学方案。梁海宁在西交利物浦大学的教学创新曾在苏州日报和中央电视台进行报道。此外，他创新型的教学实践也斩获了多个奖项。其中包括：2012－13年的西交利物浦大学创新教学实践奖；2014－15年的西交利物浦大学优秀教师奖；2015年度苏州独墅湖科教创新区骨干人才；2016西浦全国大学教学创新大赛提名奖；2016江苏高校省级外国留学生英文授课及2016 苏州市教育成果奖（高等教育类）一等奖。而且，他还一直在有关教学的会议与期刊上发表论文。合著的一篇论文在IEEE国际教育大会上获得了“最佳论文奖”，在当时大会发表的160多篇论文中名列前茅。

       1. 创新案例分析

       1.1总体概况

       全球在过去几年发生了翻天覆地的变化，踏入了全球化、信息化、计算机技术的时代。虽然这些改变带来全新的挑战，但同时也创造了无数的机遇。人们若想克服这些挑战，抓住机遇，获得更大发展，就必须要把大学教育放在首要位置。当然，大学本身也需要加强改善，以适应时代的变化。学校应该鼓励学生的自主性，培养他们成为积极活跃、独立创新、兴趣广泛的学习者。

       所谓鼓励自主性，是指要为学生提供合适的学习工具与环境，让他们能够不断自我思考。只有这样，他们才会意识到自己才是学习的关键；意识到自己不应该是学习的被动旁观者，而应该是学习的主角，去积极主动地构建自己的知识王国；意识到自己可以独立思考，可以创造性地解决问题，还可以想出优秀的解决方案；意识到团队合作的收获会比单独行动更大；意识到学习绝不止于常规的学习框架，人的一生就是学习的过程，它无处不在；还意识到成功除了需要百分百的勤奋努力以外，还需要相信自己的能力，克服一切困难险阻。

       那么，问题来了，我们应该如何让学生认识到自主性的这些优点呢？经过多年教学实践，我发现了可以创造学生自主学习环境的四大要素。

       以学生为中心。教学的四大要素之一就是要深入了解到学生才是学习的主体。只有了解了这点，老师才能在课堂内容呈现、教学法使用及教学工具的发展上充分适应学生的需求、喜好与兴趣。以学生为中心，也体现了现今工业社会的发展趋势，从而确保老师传播教学内容是与时俱进的，而且让学生更好地适应未来社会上的工作。如果老师能以学生理解的方式教授教材，使用他们需要且喜欢的教学工具，采取可以加强他们能力与技巧的教学法，就一定会引起学生极大的兴趣，让他们更加投入到课堂学习中。

      （1）以科研作支持。计算机技术领域的科研，使得当今社会经济发展突飞猛进。当然，教育领域也有很多科研，如新型的教学实践、教学理念和教学工具等等。就好比现代建筑和技术的发展离不开全新的科研成果一样，教师教学的完善也离不开最新的教育科研成果。

      （2）使用创新型现代教育技术。现在大多数情况下，人们的活动都需要技术工具的支持。因为之前已经对这些工具做了大量的实证研究，所以现在就可以借助技术工具的支持来提高教学质量。这不仅可以提高教学效率，而且还能更加以学生为中心，符合他们对技术使用的需求。而且，学生的未来一定会面对这样或那样的科学技术。所以如果想要从现在开始为他们的未来做准备，就需要让他们接触到这些技术。比如，时刻关注当下的最新技术，并考虑如何把最新技术与老师的教学相结合，这一点就非常重要。这虽然一些创造与创新，但学生将会收到巨大的回报。

      （3）培养积极、合作、创新的学习方式。有些传统文化认为教学就是老师把知识传播给学生，学生只要配合老师，在一旁认真听就可以了。显然，这种教学观念已经不再适用于当下大学生的发展、需求与兴趣了。现在的社会需要学生变得更加积极主动，学会团队合作，同时也要发挥创造力，提出新的想法。因此，为学生提供自主学习的环境，有助于他们更积极主动地学习，更懂得团队合作的精髓，而且也会激励他们培养创新性思维，想出更多新颖又切实的点子，并在班级中展示出来。比如，设计和建筑专业的学生就需要不断挖掘出自己的创造力，同时也要团队交流合作，这样才能持续成长进步。

       总而言之，培养学生自主行是现代大学教育最重要、最突出的特点之一。一个自主学习的环境必须至少要具备以上四大要素，我会努力地将其付诸在我的教学实践当中。

        2.教学故事：结合现代教学工具来辅助培养积极、合作、创新的学习方式。

       想要让新生学习更加积极主动，并参与到小组合作中，是需要发挥创造力的。2012年，我自告奋勇地从头开始设计开发课程，充分考虑400名大一新生第一次学习编程时可能会遇到的困难，而且该课程会要求他们必须要全部用非母语的英语[1]进行编写。除了语言问题，还有一个难点就是参加课程的学生都是来自不同专业，包括了从工程、计算机科学、贸易、工业设计、建筑学到生物科学等等专业。为了能够让学生在课堂中多动手实践，充分发挥创造力，鼓励他们团队合作，从而让学习变得更加有意义，也有利于提高教学质量，所以我引入了可编程的机器人，并且把学生分成四人合作小组。        使用机器人的主要目的是为了使学习变得更直观、具体、富有创意性。课程将会要求学生制造并编程自己的机器人，而且这个机器人一定要在一个开放空间里实时通过2个障碍训练，类似于国际机器人比赛中要做的挑战。把国际比赛中使用的机器人转变为大一新生的课程实践设备，是需要创造性地设计课程中的障碍训练的，这样才能平衡技术水平、需要的挑战类型及需要掌握的知识[2]。

       模型教学的另一个挑战就是要鼓励学生进行团队合作与学习。如前所述，通过团队学习来解决问题可以带来有意义的学习。团体合作的经验不仅会有利于学生在未来的学术生涯中取得成功，而且也会在他们未来的职场上发挥至关重要的作用。

       在这节中，我会呈现更多关于模型教学的细节，其中包括了学生的背景、课堂概况与规则，以及学生就模型教学有效性的一些看法，同时也会结合前文所提的创建学生自主学习环境的四大要素。

       2.1学生背景

       在过去的五年里，报名参加课程的学生人数从400上升到了600。这种模型教学法已经在中国的一所大学中开始推行使用，它不仅遵循了英国的教育体制，而且也把英语作为教学语言。学生都是来自中国的五湖四海，其中还有5-10%海外留学生。虽然有些人主要是想修计算机科学、电子电气工程或工业设计的学士学位，但是越来越多其他系的学生也纷纷报名参加了该课程。这些学生对编程所知甚少——只有少数人在高中接触过。

       2.2课堂概况与规则

       经过大量研究，我决定将乐高MindStorms套件纳入今年的编程入门课程中，该课程会开设两个学期，第一学期的下半阶段会连续运行7周。前4个星期，每周会设立2个小时的讲座，初步学习基本的编程概念，另外每周也会辅以2个小时的实验，从而让学生有机会实践讲座中讨论的概念。讲座中涵盖的主要概念有：（1）算法的设计和分析，（2）命令的顺序性质，（3）命令的分组和重复使用，（4）条件的使用以及在系列代码中的定位逻辑错误。

       课程的一个目标就是让学生体验到团队合作的重要性。所以为了创造小组学习的氛围，学生通常是4人一组，每组负责一套乐高。今年的模型比赛有600名学生参加，将近150个小组。学生在第4周就会接到小组任务，而且同时每组都会发到一套乐高。剩下的三节课堂实验主要是为了给学生讲解如何使用一套乐高的不同组件，以及他们在第7周，也就是本学期最后一周需要处理的两大乐高模型挑战。

       每天我都会给学生设立两个不同的挑战。2016至2017的挑战分别为“营救任务”和“物体跟踪”。其中，营救任务就效仿了澳大利亚机器人青少年世界杯比赛[3]（主要参赛对象为高中生）上的营救任务内容。在这个挑战中，机器人要从一条黑线的末端开始移动，然后一直沿着这条线到达另一端。那里会有一片区域，涂有颜色的地方就表示有化学泄漏危机，里面有一个人被困在了桶里。要想营救这个人，机器人就必须要把桶推出化学泄漏的范围之外。

 图像 1.   图中两组学生正在全力解决“营救任务”的挑战

       在“物体跟踪”的挑战中，每组都需要设计、制作并编程一个自主式移动机器人，能在一个狭窄的过道上自主追踪一个移动的物体，同时不会碰到摆放在过道线上的任何一个木块（可见图像2）。

图像 2.   图中两组学生正在测试“物体跟踪”的机器人

       以上两个挑战中，我都会给学生示例模型，供其参考实践，但是通常只有到了最后公布或比赛的那一天，才能知晓学生最终制定的模型。而且他们应对挑战的模型必须要是一般性的，不能是某个已知模型。每个挑战都给会每一组两次机会，小组必须要在规定的时间内完成任务。最后公布时，学生首先用机器人完成其中的一项挑战，接着他们会有一些时间来调整机器人和程序。调整完后，再去完成另一项挑战。模型公布结束后，学生会做一份问卷调查，并且我会从中筛选出部分学生进行深入访问，让他们回答得更详细具体，方便进一步收集信息。

       下面，我将呈现学生问卷调查和深入访问的结果，同时也会加上学生课堂表现的观察记录来进行讲解。

       （1）学生对模型有怎样的看法？

模型制作结束后，我收集了所有学生做的问卷调查。在撰写本次案例分析时，总共分析了364份问卷调查结果。总体上来说，学生似乎在制作模型的过程中会有非常好的学习体验。大部分小组都能解决两个挑战，而且在问卷调查中给的答复都很积极。他们组项目组件的平均成绩一般都在75％左右，相比于我们学校只有40%的及格分，已经相当高了。

        而且问卷调查的同时，我除了征求学生的反馈外，还在“是否认为小组任务和乐高机器人组件可以提升学习效率；如果是，又是如何提高的？”的问题上询问了他们的看法。

     （2）模型与小组任务的整体有效性

总体来看，学生普遍认为乐高MindStorms 和小组任务有利于他们学习编程的基础知识，而且也为他们提供了一个既可以小组学习，也可以个人学习的自主平台。下方表格1展示了学生在“做乐高模型小组任务前，对编程有多少了解？”问题上的回答以及每项答复的人数百分比。

表格 1：学生在做小组任务前的知识水平

相反，表格2展现了学生在面对“做完小组任务，攻破挑战后，你对计算机编程获得了多少了解？”的问题上，做出了截然相反的回复。

表格2：学生在做完小组任务后的知识水平

       （3）乐高MindStorms可以帮助学生更有效地学习编程概念吗？

       问卷调查中，我们采用了李克特7分量表问答形式，即1分表示完全不同意，7分表示完全同意，从而收集学生对乐高组件和小组任务的主观看法。下方表格罗列了学生就“乐高MindStorms是否并如何带来有效的学习体验”的问题上所作出的答复。

表格3：学生对“乐高MindStorms是否并如何带来有效的学习体验”的看法

      （4）乐高MindStorms有助于学生了解特定的基础编程概念吗？

       我也很想知道乐高MindStorms及编程软件是否可以帮助学生理解并掌握编程的一些基础知识、概念和课程主要目标。如果可以的话，那么他们下学年就可以进一步地学习更复杂的概念了。

 表格 4：学生对“乐高MindStorms有助于学生了解特定的基础编程概念”的看法

       （5）学生喜欢小组合作吗？

        大学第一年，很多学生都没有小组合作的经验。所以我们想要看看学生是否喜欢小组合作，尤其是在制作乐高模型的过程中学习编程。下面表格总结出了他们对问题的答复。

 表格 5：学生对团队合作的喜爱程度

       （6）学生对模型还有什么想法？

学生对乐高MindStorms和小组任务的反馈是非常积极的。从表格2中可以看出，有26.9%的人表示他们收获了很多知识，62%的人表示他们掌握了一些编程的原则。

       总而言之，学生对动手做乐高模型十分感兴趣，所以也就非常愿意通过乐高边学边“玩”。有时候，学生为了研究示例模型的编程，甚至会在实验室一呆就呆到了凌晨一两点。从他们身上，充分验证了一位学生对乐高模型任务说的这样一句评价：“这样学习编程真是太有趣了！”[4]而且即便这个任务需要学生坚持不懈地努力，他们似乎也非常享受乐高模型制作的整个过程，就像另一位学生所说的那样：“我觉得发现错误，设置机器人动作的过程是非常好玩有趣的。”“我们会努力想办法解决遇到的每个问题，一遍又一遍地纠正数据［编程］。在这过程中，我们不仅收获了知识，而且也乐在其中。”

       除了能让学习变得更加好玩之外，从表格3中还可以看出：学生也发现乐高模型让编程学习更加轻松有趣了。我们认为这是因为乐高模型能让学生以一种具象的形式看到自己编写的代码是如何运行的。例如，学生有说道：“通过看机器人的运转，我就能很容易地知道是哪串代码发挥了作用，让我能以一种好玩的学习方式这些掌握［编程］命令，而不是非常地枯燥无聊。”“看机器人完完全全按照我的想法操作，就觉得非常有意思。”“机器人不仅很有趣，而且也帮助我更好地理解了代码。”有一个值得注意的有趣现象就是哪怕是消极的反馈，对学生也是有帮助的。以下的评论可以充分证明这一点：“我尝试一遍又一遍地修改［编程］答案，但有趣的是机器人不是总会按照你的想法去做，所以从这点上我学习到了很多。”

制作模型的过程中，学生会主动地进行一些创作。有很多小组的学生都会想尽方法地改良机器人，让它运行得更快、更有效，甚至有些小组还会去做两个挑战中的附加题。学生可自愿选择是否要做这些附加题，它们不仅在复杂度和难度上水平更高，而且还需要学生对编程和机器人能力有良好的掌握。尽管如此，只要有了良好的学习平台、工具和动力，学生就会受到鼓舞，学习得更快更多，哪怕有时候可能会超过了常规的学习范围。

       简而言之，模型制作在当下的中国大学，甚至海外都具有着非常独特、创新的优点。可能也就是为什么模型制作能吸引到CCTV新闻媒体和苏州日报的注意，并且都对此做出了报道。我曾在一次国际会议上5分享过自己的教学经验，而且这些经验也将会被进一步公开到其他更多的教育者中。

       2.总结

在这个短篇论文中，我通过案例分析了为什么让学生自主学习对当今的大学教育如此重要。此外，还阐述了构建自主学习环境的四大要素，分别为1. 以学生为中心；2. 以科研作支持；3. 使用现代教育技术；4. 培养积极、合作、创新的学习方式。之后，也通过例子说明自己是如何把这四大要素付诸到教学活动当中，并运用学生对模型制作的反馈，尤其是在关于教学工具和小组任务上。

[1] 2016－2017学年，进行了第5次模型教学，学生600名参与。

[2] 任务是根据沉浸理论设计的（可见米哈里·希斯赞特米哈伊. (1996). 《创造力：心流与创新心理学》, 纽约：Harper Perennial；米哈里·希斯赞特米哈伊. (1996). 《Finding Flow: The Psychology of Engagement with Everyday Life》.基础读物）

[3]澳大利亚机器人青少年世界杯网址: http://www.robocupjunior.org.au/rescue [上一次访问时间: 2017年1月]

[4] 逐字引用了学生评论的内容。有时候会出现带有方框的文字，表示它们是由作者加上的，而且是对学生评论内容的进一步解释。

5梁海宁, Charles Fleming, Ka Lok Man和Tammam Tillo. 首次通过使用乐高MindStorms把编程引入到大一新生的教学中。IEEE 工程教学、评估和学习国际会议，于8月26-29日在印度尼西亚的巴厘岛举行，pp.233-238, 2013. IEEE 出版社.