工科類課程的歸納教學模式研究

李忠學　吳國祥

[摘 要]工科課程教學過程一般都是先講授概念、術(shù)語，再講授理論，然后通過實驗檢驗這些概念、術(shù)語和理論，其目的在于驗證這些已經(jīng)被人們所證明過的概念、術(shù)語和理論的正確性。通過比較分析歸納教學模式與演繹教學模式的差異、歸納教學模式與問題探究式教學的相似性，以此為契機，面向工科類課程，以工程流程為橫向軸線，以歸納法認識問題的過程為縱向軸線，可以構(gòu)建工程類課程的一種新型的歸納教學模式，以此探索工程流程導向下大機械類專業(yè)的課程教學改革。

[關(guān)鍵詞]工程教育 歸納教學模式 演繹教學模式 問題探究式教學

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）14-0103-03

工程教育是關(guān)于工程職業(yè)的專業(yè)教育，我國現(xiàn)有工程教育模式的實踐性與綜合性不強，在課程教學方法上大多采用傳統(tǒng)的灌輸式教學，缺乏從眾多的工程現(xiàn)象中歸納事物演變規(guī)律、構(gòu)建理論框架的研究性內(nèi)容。這種單一的教學方式，使得學生普遍缺少獨立思考能力，影響了學生主動探究科學知識的積極性和創(chuàng)新性思維的發(fā)揮。因此，“面向現(xiàn)實問題、回歸工程實踐的綜合工程教育體系”的理念，就有必要打破原有的課程界限和框架，將信息加工的心理認知理論納入“實踐—理論—再實踐—再理論”的持續(xù)改進的工程教育體系，改變現(xiàn)有的只截取從理論到實踐的片段作為工程教育過程的局限，為人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新提供可行途徑。

一、歸納教學模式與演繹教學模式的比較

工科課程教學過程一般都是先講授概念、術(shù)語，再講授理論，然后通過實驗檢驗這些概念、術(shù)語和理論，其目的在于驗證這些已經(jīng)被人們所證明過的概念、術(shù)語和理論的正確性。這個過程把學生的教育變成了對已有知識的培訓，學生習慣于接受已經(jīng)系統(tǒng)化的、被認為是正確的課程內(nèi)容，沒有了求知的好奇心，導致學生被動參與教學過程，被動獲取知識，缺乏主動探索事實真相的積極性。

真實的認知心理、工程實踐，與我們現(xiàn)在遵循的教學過程，有著顯著的區(qū)別。它是一個在實踐中采集各類工程現(xiàn)象，提煉指導實踐的理論架構(gòu)，再到實踐中檢驗其是否有效的螺旋上升過程。在此過程中，學生通過教學過程設(shè)定的觀察實驗或工程實踐，主動獲得知識，探究解決問題的方法；教師引導學生從實際生活中獲取素材，對素材進行加工，提煉工程問題，層層遞進構(gòu)建理論使之系統(tǒng)化，再將完善后的理論用于實踐，解決實際的工程問題。在這兩個過程中，教師扮演的角色，學生獲取知識的方式，信息的流向，評價的結(jié)果，都不相同，如表1所示。我們將前一教學過程稱之為演繹教學模式，將后一教學過程稱之為歸納教學模式。一般歐美國家的教學重歸納，中國教學善演繹；文科教學主演繹，理工科教學多歸納；理論教學用演繹，實驗教學用歸納。而工科作為工程性、實踐性較強的學科，歸納教學模式更有利于培養(yǎng)學生的實踐技能和解決未知工程問題的能力。

歸納教學模式的核心在于如何從實踐中采集加工素材，通過素材提煉出解決工程問題的概念、術(shù)語及理論，再回歸工程實踐進行驗證。這一過程與面向現(xiàn)實問題、回歸工程實踐的問題探究教學過程極其相似，如表1，故我們將問題探究式教學作為歸納教學模式的一項原則。

二、面向工程類課程的歸納教學模式

（一）基于工程流程的工科類課程框架

我國工科類專業(yè)的學生在大學四年中，通常要修讀幾十門課程，但很多學生并不清楚這些課程之間的相互作用及聯(lián)系，也不明白課程教學的目標，總是抱著一種消極的、被動的心態(tài)接受課程內(nèi)容，難以呈現(xiàn)出自身的創(chuàng)新能力。對此現(xiàn)象，我們需要從教學相長的根本問題出發(fā)，探尋工科類課程的教學模式。

本文采用CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）的工程教育理念，遵循從眾多工程問題中歸納出解決問題的方法和規(guī)律的認知心理過程，梳理了工科類課程在工程設(shè)計、工程實踐、工程服務(wù)等環(huán)節(jié)中的內(nèi)在作用，篩選出專業(yè)課程教學中能夠圍繞的典型化產(chǎn)品，將課程中的工程知識和非工程知識合理地納入工程范疇，按工程流程（產(chǎn)品認知、BOM表設(shè)計、典型化產(chǎn)品、材料設(shè)計、造型設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品服務(wù)和再制造工程）組織課程體系和設(shè)計探究的問題，如表1所示。

（二）歸納教學模式界定

歸納教學模式以工程素材、工程問題作為教學的起點，學生是主動參與者，教學過程是學生對工程問題的綜合體驗過程，既包含對工程問題的認知，又包括工程實踐過程，整個歸納教學模式遵循“設(shè)定工程問題—預設(shè)情景進行試驗設(shè)計—試驗數(shù)據(jù)采集與分析—相似工程問題擴展—求解方法系統(tǒng)化”這一工程流程。該過程蘊含了以下三個基本要素。

1.工程問題。工程問題來源于企業(yè)或生活中的實際問題，由教師提供工程問題的背景材料，學校與企業(yè)共同制訂教學內(nèi)容，授課教師由經(jīng)驗豐富的企業(yè)工程師和高校學院派的教師組成。通過對工程問題的認知，學生自己動手設(shè)計產(chǎn)品，強化解決工程問題的能力。

2.預設(shè)情景的試驗設(shè)計。針對企業(yè)或生活中的實際問題，對工程問題呈現(xiàn)出的現(xiàn)象、特征提出合理的假設(shè)，界定工程問題范圍，并預設(shè)實際的工程環(huán)境，通過可行的計算機仿真、實物試驗等方法精細描述該工程問題的演化進程，獲取解釋工程問題并予以評價的證據(jù)方法。

3.問題擴展與求解方法系統(tǒng)化。借助獲取的證據(jù)方法，對工程問題做出解釋，并通過各種途徑（如觀察、調(diào)查、搜集資料等）尋找類似工程問題的求解方法，以便獲取解決類似工程問題的通用科學方法，體現(xiàn)學生對科學知識的理解與綜合運用，將知識體系系統(tǒng)化。

在實現(xiàn)這三個基本要素的過程中，教師的工程實踐能力和問題的歸納能力倍加受到挑戰(zhàn)，它要求教師不僅是教學過程的組織者，同時也是教學過程的引領(lǐng)者。作為歸納教學過程的組織者，教師要搭建一個包括音視頻材料、計算機、網(wǎng)絡(luò)、工程實踐等在內(nèi)的綜合性教學平臺，與企業(yè)工程師一起選定工程問題，設(shè)定需要完成的任務(wù)，組織課程教學與工程實踐；作為教學過程的引領(lǐng)者，教師要按照工程問題的設(shè)定任務(wù)，使學生明確如何收集數(shù)據(jù)，獲得證據(jù)，并對選定的工程問題進行解釋和評價，在此基礎(chǔ)上，調(diào)動學生自主學習的積極性，使之主動對類似工程問題進行觀察、試驗、分析，尋找解決類似工程問題的通用科學方法。

（三）歸納教學模式的構(gòu)建

表2中的課程順序遵循工程流程，沿工程流程逐層分解工程問題，將復雜的工程問題分解為局域性、多階段的簡單問題的集成。而歸納教學遵循“事實觀察與問題提煉—問題范圍界定與解決方法—知識點提煉—相似問題擴展—解決方法系統(tǒng)化與理論化—回歸工程實踐”這一流程，沿教學流程逐層解決每一工程階段的工程問題界定、知識點提煉、求解方法的系統(tǒng)化與再實踐，如表2所示。

表2中以機床類課程為例，構(gòu)建了歸納教學模式。同理，我們可以根據(jù)不同的典型化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，構(gòu)建不同工程類課程的歸納教學模式，以此指導工科專業(yè)的教學進程，改善現(xiàn)有工科類課程教學中實踐能力培養(yǎng)的不足。

三、結(jié)束語

在現(xiàn)代工程背景下，工科作為工程性、實踐性較強的學科，單一、封閉、演繹性的教學模式已經(jīng)不適應我國高等工程教育發(fā)展的需要。歸納教學模式遵循“設(shè)定工程問題—預設(shè)情景進行試驗設(shè)計—試驗數(shù)據(jù)采集與分析—相似工程問題擴展—求解方法系統(tǒng)化”的流程，全方位地體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思、研發(fā)、運行、改良到廢棄的生命周期全過程，更有利于培養(yǎng)學生的實踐技能。

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[責任編輯：覃侶冰]