工科專業(yè)課主動式教學(xué)法的設(shè)計與應(yīng)用

王軍+吳鳳和+李金良+王加春

[摘 要] 針對大學(xué)生在專業(yè)課教學(xué)中被動學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，設(shè)計基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的專業(yè)課主動式教學(xué)模式；確定歸納式及歸納-演繹式綜合教學(xué)法；規(guī)劃多種相互融合的教學(xué)形式。通過“特種加工”專業(yè)課的教學(xué)實(shí)踐，證明主動式教學(xué)法的應(yīng)用有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和綜合能力素質(zhì)。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)模式；教學(xué)方法；建構(gòu)主義；CDIO

[中圖分類號] G642.4 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 1005-4634（2014）02-0060-04

0 引言

傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式存在諸多弊端，對推動以學(xué)生為主體以教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念和培養(yǎng)學(xué)生的全面素質(zhì)、主動性學(xué)習(xí)習(xí)慣、創(chuàng)新能力等存在不足[1]。目前，大學(xué)專業(yè)課教學(xué)存在的主要問題包括：一是學(xué)生缺少學(xué)習(xí)主動性。應(yīng)試教育和灌輸式教學(xué)模式造成學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的缺失?！罢n堂靠教師，課下靠教材，考試靠突擊”成為大學(xué)課程學(xué)習(xí)的典型弊端；二是專業(yè)課缺少綜合的主動式教學(xué)方法。單一形式的教學(xué)改革很難改變目前強(qiáng)調(diào)知識學(xué)習(xí)、忽略能力與素質(zhì)培養(yǎng)的現(xiàn)狀。

近些年，建構(gòu)主義教學(xué)理論所要求的學(xué)習(xí)環(huán)境得到了信息技術(shù)的強(qiáng)有力支持，使其日益與教學(xué)實(shí)踐結(jié)合起來，從而成為國內(nèi)外深化教學(xué)改革的指導(dǎo)思想。建構(gòu)主義教學(xué)理論的核心為：以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)、主動實(shí)踐和對所學(xué)知識意義的主動建構(gòu)，即強(qiáng)調(diào)的是“學(xué)”而非“教”，所要求的學(xué)習(xí)環(huán)境包括情境、協(xié)作、交流和意義建構(gòu)四個部分[2]。

本文針教學(xué)中現(xiàn)存的問題，探索基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的專業(yè)課主動式教學(xué)法，對課堂教學(xué)、實(shí)踐等環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，為學(xué)生構(gòu)建主動性學(xué)習(xí)平臺，實(shí)現(xiàn)知識-能力-素質(zhì)一體化教育。

1 主動式教學(xué)模式與教學(xué)方法

1.1 基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的專業(yè)課教學(xué)模式

教學(xué)模式是將一定的教學(xué)理論轉(zhuǎn)換成教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與策略、教學(xué)評價等具體環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)框架和活動程序。建構(gòu)主義教學(xué)模式體現(xiàn)學(xué)生是知識意義的主動建構(gòu)者，教師是教學(xué)過程的組織指導(dǎo)者和意義建構(gòu)的促進(jìn)者。就工科專業(yè)課而言，教學(xué)注重知識的工程應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)知識與技能的整體性和累積性，故建構(gòu)主義教學(xué)模式更適合專業(yè)課教學(xué)[3]。

圖1為針對工科專業(yè)課所設(shè)計的建構(gòu)主義教學(xué)模式框圖。其組成要素為：教學(xué)任務(wù)分析，教學(xué)目標(biāo)制定，教學(xué)對象分析，教學(xué)內(nèi)容選擇，教學(xué)手段選用，教學(xué)環(huán)境、媒體工具和各種教學(xué)策略的設(shè)計，教學(xué)效果評價與教學(xué)模式修正。其特點(diǎn)為：貫徹以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)的理念，要求在一定情境下采取主動的、建構(gòu)的方式學(xué)習(xí)；強(qiáng)調(diào)根據(jù)學(xué)生和學(xué)習(xí)內(nèi)容特征采取多樣化教學(xué)形式；注重教學(xué)評價，以教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)對教學(xué)模式進(jìn)行檢驗和修正。

1.2 基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的專業(yè)課教學(xué)方法

工科專業(yè)課傳統(tǒng)的講授方法都以演繹方式進(jìn)行，教師講授的模式為：從“一般原理”到“數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)”再到“模型應(yīng)用舉例”。對為什么這樣做很少強(qiáng)調(diào)。依據(jù)建構(gòu)主義教學(xué)理論，學(xué)生是通過將新信息納入已有認(rèn)知框架來學(xué)習(xí)，新內(nèi)容的提出不要讓學(xué)生突然改變其認(rèn)知模型。教學(xué)應(yīng)該以螺旋式展開，以便和已有知識結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，幫助學(xué)生自主填補(bǔ)知識空白，改變學(xué)生對教師的依賴狀態(tài)[4]。

與演繹式教學(xué)法相對應(yīng)的是歸納式教學(xué)法。此方法不是從原理開始最后到應(yīng)用，而是從具體事物出發(fā)，即一個有待解釋的現(xiàn)象或一組實(shí)驗數(shù)據(jù)、一個有待解決的實(shí)際問題等。學(xué)生預(yù)解決問題，就必須主動探索和學(xué)習(xí)解決問題的原理、方法和程序。歸納式教學(xué)法是一系列教學(xué)方法的統(tǒng)稱，如探究式教學(xué)、基于問題的教學(xué)、基于案例的教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、基于項目的教學(xué)等；其共同特點(diǎn)正是建構(gòu)主義教學(xué)理論的核心。所以工科專業(yè)課應(yīng)采用歸納教學(xué)法或歸納-演繹綜合教學(xué)法。

2 基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的教學(xué)形式

針對工科專業(yè)課教學(xué)，以建構(gòu)主義教學(xué)理論為指導(dǎo)，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)精心設(shè)計講授、討論、CDIO項目、實(shí)驗、考核等相輔相成的教學(xué)形式，提高學(xué)習(xí)主動性。各教學(xué)環(huán)節(jié)相互融合，例如，CDIO、實(shí)驗和專題討論的相互融合。

2.1 以學(xué)為主的課堂講授

在課堂教學(xué)中，教師的任務(wù)是為學(xué)生營造良好的課堂環(huán)境，組織和指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)；鼓勵學(xué)生進(jìn)行討論交流，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，使學(xué)生逐漸養(yǎng)成主動性學(xué)習(xí)習(xí)慣；教師既講授具體知識，又傳授思考、分析、研究問題的方法，既闡述自己的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，又引導(dǎo)學(xué)生提出不同見解，從而培養(yǎng)學(xué)生分析、判斷、運(yùn)用、研究的能力。課堂教學(xué)既要發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又要保證學(xué)生的主體地位。

在專業(yè)課講授中注重應(yīng)用歸納教學(xué)法和歸納-演繹綜合教學(xué)法。教學(xué)組織形式要多樣化，以應(yīng)用為引導(dǎo)采取啟發(fā)式、案例式、討論式等以學(xué)為主的教學(xué)形式，并合理有效利用多媒體教學(xué)。

2.2 交互式學(xué)習(xí)的討論課

針對課程重點(diǎn)難點(diǎn)和新技術(shù)新應(yīng)用等設(shè)置討論題目。討論分為要點(diǎn)討論和專題討論。要點(diǎn)討論是針對講授中的某一知識點(diǎn)提出的討論題目，涉及面較小，可在課堂隨時進(jìn)行；專題討論是則需要提前布置準(zhǔn)備。由教師提出討論題目、要點(diǎn)、閱讀書目，讓學(xué)生有足夠的準(zhǔn)備時間查閱資料、歸納總結(jié)出討論文稿。專題討論可結(jié)合CDIO項目進(jìn)行，即將CDIO所涉及的關(guān)鍵問題設(shè)置為專題討論題目?！疤胤N加工”課程的要點(diǎn)討論題目舉例：“電火花加工為什么使用直流脈沖電源？”；專題討論題目舉例：“水射流切割斷面粗糙度影響因素分析”。

學(xué)生以學(xué)習(xí)小組形式參與討論。通過討論交流增強(qiáng)學(xué)生對知識的認(rèn)識理解，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、獨(dú)立思考能力和探究問題的興趣；使學(xué)生從知識運(yùn)作、技能掌握、語言表達(dá)、歸納總結(jié)等方面得到充分鍛煉。教師在討論過程中主要是提出問題，設(shè)置障礙，啟發(fā)思路和引導(dǎo)爭論。

2.3 工程實(shí)訓(xùn)的CDIO項目

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實(shí)施（Implement）、運(yùn)行（Operate），是近年來國際上認(rèn)可的工程教育模式。CDIO項目為學(xué)生提供一種建立在真實(shí)情境上的工程基礎(chǔ)教育，它針對產(chǎn)品研發(fā)到使用甚至回收的全生命周期，讓學(xué)生完全按工程思維進(jìn)行構(gòu)思-設(shè)計-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行全過程的主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐、研究創(chuàng)新、交流合作等工程師需要具備的知識、能力和態(tài)度。使學(xué)生掌握扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)知識（知識）；領(lǐng)導(dǎo)或具體從事產(chǎn)品或系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行中的某個環(huán)節(jié)或全部過程（能力）；客觀認(rèn)識自己和他人，培養(yǎng)正確的工作觀、競爭觀，合作觀（態(tài)度）。所以，以CDIO為教學(xué)情境是專業(yè)課教學(xué)中設(shè)置和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)最自然的方式[5]。“特種加工”課程所設(shè)置的CDIO項目舉例：“摩托車模型水射流切割及表面質(zhì)量研究”，“小型型腔模具電火花成型加工工藝參數(shù)分析”。

2.4 自主設(shè)計的創(chuàng)意實(shí)驗

現(xiàn)有實(shí)驗的不足為：不需學(xué)生自己設(shè)計實(shí)驗方案，因為學(xué)生人數(shù)較多，多數(shù)實(shí)驗由實(shí)驗員演示，學(xué)生只需在現(xiàn)成的實(shí)驗報告表格里記錄實(shí)驗數(shù)據(jù)，整理分析數(shù)據(jù)即可。不能培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的創(chuàng)新能力、思維方法和嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度[6]。

將CDIO項目與現(xiàn)有實(shí)驗融合，針對CDIO項目中的關(guān)鍵問題設(shè)置實(shí)驗。通過CDIO促使現(xiàn)有的“演示填表式”實(shí)驗向?qū)嵺`型、 探索型、創(chuàng)新型實(shí)驗方向發(fā)展。依據(jù)明確的實(shí)驗?zāi)康模谂d趣驅(qū)動下進(jìn)行實(shí)驗的自主設(shè)計、操作檢測、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析。自然引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入認(rèn)真探究的境地。

例如，“特種加工”專業(yè)課實(shí)驗之一：“水射流切割表面粗糙度測試與影響因素分析”。此實(shí)驗題目來自CDIO項目“摩托車模型水射流切割及表面質(zhì)量研究”，同時為專題討論題目。為提高所切割模型的表面質(zhì)量，需要研究粗糙度的影響因素。在專題討論的基礎(chǔ)上，由學(xué)生自主設(shè)計實(shí)驗，了解設(shè)備功能，在實(shí)驗員的幫助下切割試樣，自己檢測切割斷面粗糙度，繪制實(shí)驗曲線，進(jìn)行相關(guān)分析。

2.5 以能力為導(dǎo)向的考核

課程成績由多個教學(xué)環(huán)節(jié)綜合決定，如筆試、實(shí)驗、討論課、CDIO項目等。筆試內(nèi)容應(yīng)注重活的知識檢查，不能過分強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)答案，摒棄死記硬背的考核方式。在筆試考核中體現(xiàn)討論課、實(shí)驗、CDIO項目等活學(xué)活用的內(nèi)容，使臨陣磨槍搞突擊的做法不再靈驗，通過正確的考核方式引導(dǎo)學(xué)生注重平時學(xué)習(xí)和能力素質(zhì)的提高。

各教學(xué)環(huán)節(jié)的考核成績不能只由教師和實(shí)驗員評定，也要讓學(xué)生參與到考核與評價中來。如專題討論與CDIO項目的個人自評與小組內(nèi)互評，演示講解時小組間的互評等。通過學(xué)生參與考核，使每個學(xué)生都認(rèn)識到自己對于小組集體的重要性，大家應(yīng)互幫互學(xué)、共同進(jìn)步。

3 CDIO項目實(shí)施實(shí)例

以機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的“特種加工”課程為例介紹CDIO項目的實(shí)施。課程32學(xué)時（含4學(xué)時實(shí)驗），每周4學(xué)時，用時8周。

3.1 CDIO項目內(nèi)容與要求

“特種加工”課程所設(shè)置的CDIO項目為實(shí)物制作及試驗研究兩類課題。一類為零件或模型設(shè)計與實(shí)物制作，即將特種加工知識應(yīng)用于實(shí)際零件的制造；另一類是特種加工工藝規(guī)律研究。以研究某種特種加工的工藝規(guī)律為目標(biāo)，包括試驗設(shè)計與實(shí)施、檢測分析、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析等。題目舉例：板狀零件的水射流切割工藝與制作；摩托車模型設(shè)計與水射流切割制作；陶瓷拼花水射流切割制作工藝；電火花型腔加工工藝設(shè)計與實(shí)物制作；水射流切割參數(shù)對切割表面粗糙度及效率的影響規(guī)律研究；電火花加工表面粗糙度影響因素試驗研究；等等。

3.2 CDIO項目實(shí)施過程

CDIO項目實(shí)施過程如下。

1）項目布置：講解設(shè)置CDIO項目的目的、題目、研究內(nèi)容、實(shí)施方案、研究步驟及考核標(biāo)準(zhǔn)等；

2）項目分組：4～5名同學(xué)為一組，組長1人。確定組內(nèi)協(xié)作方式和分工內(nèi)容；

3）項目選擇：各組從給定項目題目中選擇一題，學(xué)生也可以通過查閱資料與教師商定題目；

4）調(diào)研檢索：根據(jù)所選項目內(nèi)容進(jìn)行廣泛檢索，設(shè)計出項目實(shí)施的初步方案；

5）制定計劃：制定詳細(xì)的研究進(jìn)程計劃；

6）知識準(zhǔn)備：完成所用軟件和知識的學(xué)習(xí)；熟悉加工與試驗設(shè)備；

7）方案論證：確定實(shí)物制作的工藝方案或試驗研究的設(shè)計方案；

8）具體實(shí)施：實(shí)物加工、檢測和分析；研究試驗，數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析。利用機(jī)制實(shí)驗室1530BA型磨料水射流切割機(jī)床、NH7145CHC精密電火花成型加工機(jī)床、DK7780型電火花線切割機(jī)床、JB-1C型粗糙度測量儀等完成項目。

9）項目答辯：撰寫項目報告和制作演示文檔PPT，進(jìn)行答辯。

圖2所示為CDIO項目實(shí)物制作、實(shí)驗研究試樣及研究結(jié)果等示例。

3.3 CDIO項目指導(dǎo)方式

項目指導(dǎo)教師包括任課教師和實(shí)驗師。任課教師負(fù)責(zé)全面指導(dǎo)，實(shí)驗師負(fù)責(zé)實(shí)驗操作的指導(dǎo)。

1）課內(nèi)指導(dǎo)：項目實(shí)施與討論課結(jié)合，討論課的部分內(nèi)容即為項目所涉及到的關(guān)鍵問題。引導(dǎo)學(xué)生制定切實(shí)可行的設(shè)計方案、工藝加工路線和試驗方案，選定正確的研究方法；

2）課外指導(dǎo)：課外利用答疑時間進(jìn)行項目指導(dǎo)，定期檢查項目進(jìn)度；另可與研究生交流；

3）實(shí)驗指導(dǎo)：項目所涉及的試驗內(nèi)容由任課教師和實(shí)驗師共同負(fù)責(zé)。包括設(shè)備的操作、安全措施、試驗數(shù)據(jù)的處理與分析等；

3.4 CDIO項目進(jìn)程安排

CDIO項目進(jìn)程安排如表1所示。

3.5 CDIO項目成績評定

學(xué)生項目成績由小組成績和組內(nèi)自評成績兩部分構(gòu)成。

1）小組成績：由指導(dǎo)教師根據(jù)項目研究報告（40%）、答辯（40%）和小組合作表現(xiàn)（20%）綜合評定。答辯成績由教師和其余小組代表評定。

2）組內(nèi)成績：小組自評成績：按2-4-4比例給出成績A、B、C，由組長簽字上交。

3）最終成績：小組得分為平均分，個人成績是在平均分的基礎(chǔ)上根據(jù)組內(nèi)成績上下浮動所得。

4 結(jié)束語

通過在“特種加工”專業(yè)課教學(xué)中應(yīng)用主動式教學(xué)法，達(dá)到了如下目標(biāo)：

1）基于建構(gòu)主義教學(xué)理論的主動式教學(xué)法適合于工科專業(yè)課教學(xué)，利于實(shí)現(xiàn)知識、能力和素質(zhì)的一體化教學(xué)目標(biāo)，有助于推行以學(xué)生為主體以教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念；

2）多種教學(xué)形式相互融合并用，能夠培養(yǎng)學(xué)生積極主動的學(xué)習(xí)習(xí)慣，逐漸改變被動學(xué)習(xí)狀態(tài)；有助于學(xué)生掌握活的知識，調(diào)動獨(dú)立思考、互動交流的積極性；提高學(xué)生在課堂教學(xué)中的參與熱情；

3）通過CDIO項目的實(shí)施，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐、科學(xué)研究、團(tuán)隊合作等綜合素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1]張麗娟.美國高校教學(xué)模式的三個重要環(huán)節(jié)[J].中國高等教育，2012，（18）：62-63.

[2]傅四保. 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的項目教學(xué)法初探--以“教育技術(shù)學(xué)研究方法”課程教學(xué)為例[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011，（2）：56-58.

[3]陳新忠，李忠云，胡瑞.“以學(xué)生為中心”的本科教育實(shí)踐誤區(qū)及引導(dǎo)原則[J].中國高教研究，2012，（11）：57-63.

[4]王立人（譯）.歸納式教學(xué)法的定義、比較與研究基礎(chǔ)（上）[J].高等工程教育研究，2009（3）：15-28.

[5]汕頭大學(xué)工學(xué)院.中國CDIO工程教育2012年會紀(jì)要[J].高等工程教育研究，2013，（3）：60-61.

[6]陳飛，孫斌，趙玉曉.基于卓越工程師計劃的三性實(shí)驗教學(xué)改革[J].教學(xué)研究，2013，36（5）：106-109.