“機械工程材料”課程探究式教學的研究與實踐

董麗君

(湖南工程學院 機械工程學院， 湖南 湘潭 411101)

“機械工程材料”課程探究式教學的研究與實踐

董麗君

(湖南工程學院 機械工程學院， 湖南 湘潭 411101)

摘要：通過在機械工程學院機械設計制造及其自動化專業(yè)的“機械工程材料”課程開設“獨立研究”知識模塊、進行“基于問題與項目”的學習、開展“本科生科研計劃”和推廣“項目教學法”等方式培養(yǎng)學生獨立分析問題、解決問題的能力，鍛煉學生的實踐動手能力和創(chuàng)造性思維能力，提升個人價值與魅力。

關鍵詞：“機械工程材料”；探究式教學；教學模式

“提高自主創(chuàng)新能力，建設人才強國”是黨的十七大提出的一項基本國策，教育部在2005年提出高等教育教學工作要堅持傳授知識、培養(yǎng)能力、提高素質協(xié)調發(fā)展，更加注重能力培養(yǎng)，著力提高大學生的學習能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。我國傳統(tǒng)的教學注重“教”的傳授，忽視“學”的認知，忽視對學生自主學習、自主探究能力的培養(yǎng)，學生被動教育成為常態(tài)，不能滿足當今社會對高素質人才的需求。[1-2]

探究式教學是著名教育家施瓦布于20世紀中葉提出的一種全新的教學方法，它強調以學習者為中心，在教師指導下，通過以“自主、探究、合作”為特征的學習方式對教學目標中的知識點進行自主學習以獲得知識，培養(yǎng)能力，發(fā)展情感與態(tài)度，特別是發(fā)展探索精神與創(chuàng)新能力。目前探究式教學已被國內外廣泛認可，但在我國現(xiàn)階段，探究式教學的實際運用多在基礎教育階段，且用于科學教育居多，高等教育階段有少量的研究，探究式教學在我國還處在起步和探索階段。國內有關高等教育探究式教學的研究文獻表明，[3-7]將“自主性學習、探究式教學”的教學模式運用于現(xiàn)代本科課程教學中，有助于提高學生在探究知識過程中的主動學習能力，學生在掌握了知識的同時主要是掌握了獲取知識的途徑和方法，提高了分析問題、解決問題的能力，從而達到了培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、促進學生人格全面發(fā)展的目的。

《機械工程材料》課程是機械設計專業(yè)本科學生的一門重要的學科基礎課，在課程體系中占有重要地位，對學生培養(yǎng)工程實踐能力和創(chuàng)新意識、后續(xù)專業(yè)課程的學習以及從事機械工程方面的工作非常重要。通過對《機械工程材料》課程進行探究式教學的研究與實踐，為探索適應應用型本科教學新的教學模式來提供一定的實踐依據(jù)，達到培養(yǎng)適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高素質創(chuàng)新人才的目的。

一教學模式的構建

教學模式是為達到一定教學目標，在一定教學思想或理論指導下，建立起來的較為穩(wěn)定的教學活動結構框架和活動程序。[8-10]為構建適合機械工程材料課程的探究式教學模式，項目側重對以下幾個方面的研究：

(一)研究探究式教學的教學理論，確立“以人為本，以發(fā)展為本”的教學理念

任何教學模式都包含一定的理論依據(jù)，探究式教學模式以認知主義、建構主義以及人本主義為理論基礎。[11]以皮亞杰和布魯納為代表的認知主義認為，學習要通過主體的主觀作用來實現(xiàn)，認識是主體轉變客體過程中形成的結構性動作和活動，強調認識過程中主體的能動作用，強調新知識與以前形成的知識結構相聯(lián)系的過程，教學的任務就是促進學習這個過程的順利完成。以羅杰斯、馬斯洛為代表的人本主義則認為教學的本質是促進學生“自我完善”，幫助學生成為一個完善的人。建構主義認為學習是學習者自主建構知識的過程，教師是意義建構的幫助者、促進者，而不是知識的傳授者與灌輸者。[12]

基于探究式教學模式的理論基礎，在“機械工程材料” 課程探究式教學的研究與實踐中，確立“以人為本，以發(fā)展為本”的教學理念，構建以培養(yǎng)學生的探究精神和創(chuàng)新能力為基本價值取向的教學內容和教學方法體系，形成“以學生為中心，由教師組織并在教師的指導幫助下，利用情境、協(xié)作、交流等充分調動學生學習的主動性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達到使學生有效地實現(xiàn)對目標知識的意義建構”的教學形式。探究的中心在學生，探究是學生的探究，教是為學服務。

(二)確立“培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力、自主學習能力、創(chuàng)新能力為主”的教學目標

教學目標是教學模式的核心，教學目標的制定應遵循課堂教學目標服務于課程目標，課程目標服務于高素質人才培養(yǎng)目標。[13]以我校機械設計制造及其自動化專業(yè)“機械工程材料”課程為例，將其教學目標分解為知識目標、能力目標和素質目標三個層次，具體見圖1。

圖1　機械設計制造及其自動化專業(yè)

項目團隊在探究式教學實踐中，既重探究過程又重探究結果，通過探究培養(yǎng)學生能力素質，同時又使學生獲得真理(結果)。知識目標不是終極目標，培養(yǎng)高素質人才才是探究式教學的終極目標。教師通過創(chuàng)設情境，引導學生自主探究并自主建構知識的過程，著重培養(yǎng)學生的能力與工程師的職業(yè)素養(yǎng)，同時不斷促進學生的自我完善，能力方面主要培養(yǎng)學生的探索精神和自主學習能力，發(fā)現(xiàn)問題與解決問題能力，創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力，團隊意識和合作精神等，職業(yè)素養(yǎng)方面主要培養(yǎng)學生的工程意識、實踐精神和職業(yè)道德精神。明確了教學目標，才能確定探究式教學模式的操作程序、師生的參與程度和教學評價標準。

(三)明確探究式教學的結構框架和基本類型

在“機械工程材料”課程探究式教學實踐中采用的教學程序的基本框架如圖2所示，該框架并不是固定不變的，教學目標不同，教師和學生雙方參與程度不同、探究水平不同，實施程序也會有差異。

圖2　“機械工程材料”課程探究式教學程序

根據(jù)探究水平的高低，在“機械工程材料”課程探究式教學實踐中，主要采用了驗證性探究、結構性探究、指導性探究和開放性探究四種基本類型。

驗證性探究中學生探究水平較低，教學目標側重知識目標，能力素質目標要求不高，課堂為其主要探究場所。

結構性探究要求學生按照規(guī)定的程序來解決探究問題，教學目標側重培養(yǎng)學生的實踐能力，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力，探究場所采取課堂和課外相結合的方式。

指導性探究要求學生自主設計方案來解決探究項目(或問題)，在教學中開設“獨立研究”知識模塊，展開基于項目和問題的學習，推廣項目教學法，知識目標強調學生自主建構，能力目標側重培養(yǎng)學生的自主學習能力，分析問題、解決問題的能力，素質目標側重培養(yǎng)學生的團隊意識、工程意識、創(chuàng)新意識，探究場所采取課堂和課外相結合的方式，但以課外為主。

開放性探究要求學生自行確定與課程知識體系相關的探究項目，自主設計方案來解決探究項目。目前，教改團隊結合校級科技創(chuàng)新、省級大學生研究性學習與創(chuàng)新性實驗計劃、國家級大學生研究性學習與創(chuàng)新性實驗計劃等積極開展“本科生科研計劃”，著重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力以及獨立解決問題的綜合能力，探究場所在課外。

(四)研究探究式教學的考核評價機制，促進探究式教學的良性循環(huán)

教學評價是根據(jù)教學目標，運用合適的評價標準，對教學過程和預期效果做出價值判定的過程，是提高教學有效性、促進教學良性發(fā)展的有效手段。[14]傳統(tǒng)的課堂教學評價重教師輕學生，重教法輕學法。“教師主導—學生主體”是探究式教學模式的基本特征，教育家陶行知先生指出，學的法子決定教的法子，教的法子要服從學的法子，探究式教學的本質是學生學習方式的改變需要教師對教學方式進行根本變革并與之相適用。因此對探究式教學的教學評價主要關注兩個方面：一是探究過程中學生學習行為的評價；二是探究過程中教師教學行為的評價。[15]評價標準以學生學習行為有效性和教師教學行為有效性的定性評價為主，以對學生的學習結果、認知水平的定量評價為輔。學生學習行為有效性評價強調探究過程重于學習結果，注重學生的能力培養(yǎng)，注重學生的自我完善，將過去單一成績評價轉變?yōu)閷W習評價、成長評價和發(fā)展?jié)撃艿亩嘟嵌取⒕C合性評價方式。教師教學行為有效性評價強調在探究活動中教師教學行為對學生學習行為的影響力，教師是探究情境的構建者，探究課題的設計者，探究過程的引導者，科學精神、探索精神倡導者，探究結果評價者，教師是否扮演好上面的角色對教師教學行為有效性十分重要?？傊?，教學評價應注重教學相長，注重師生協(xié)調發(fā)展，形成教學的良性循環(huán)。

(五)利用與開發(fā)各類教學資源，創(chuàng)建和優(yōu)化探究教學環(huán)境

教學資源是為教學的有效開展提供的素材等各種可被利用的條件，教學環(huán)境是學習者運用資源開展學習的具體情境。目前“機械工程材料”課程建設為省級精品課程，承擔該課程實驗教學的實驗室為省級示范實驗室，實驗教學采用全開放的教學模式，學校圖書館能提供豐富的紙質學習資源和網(wǎng)絡學習資源，為創(chuàng)建良好的探究教學環(huán)境提供了堅實的基礎，在信息化大數(shù)據(jù)時代，教師要引導學生形成基于網(wǎng)絡的學習方式。[16]

二探究式教學的實例

“機械工程材料”課程中有一個必做實驗“碳鋼的熱處理工藝及其對性能的影響”，該實踐教學在改革前的教學設計及教學設計分析如圖3所示。

圖3　實驗“碳鋼的熱處理工藝及其對性能的影響”改革前的教學設計

項目團隊對該環(huán)節(jié)進行了探究式教學改革與實踐，改革的具體程序如圖4所示。

圖4　該實踐教學環(huán)節(jié)的改革思路與程序

(1)教師重構教學目標：知識目標增加合金元素對熱處理的影響，明確能力素質目標要求；(2)教師創(chuàng)設探究情境：首先將知識目標轉化為學生要探究的問題，其次要豐富教學資源，如增加合金鋼材料，構建和諧寬松的探究環(huán)境；(3)引導學生自主探究：引導學生根據(jù)探究主題并結合現(xiàn)有教學資源自主設計比較合理的實驗方案，方案設計主要在課外進行，提前2周布置，獨立完成實驗操作，班上分6組進行；(4)引導學生協(xié)作交流：一是小組內部的協(xié)作交流；二是班級成果分享，每個小組制作PPT在班上答辯匯報，加強小組之間的交流，三是引導學生觀點碰撞，學生共同進步；(5)教學評價：教師根據(jù)教學目標達成與否決定是否進行進一步的探究，關注學生學習行為有效性、教師教學行為有效性；(6)總結提高：師生深度交流，幫助學生對目標知識深化、遷移，促進學生自我發(fā)展，師生共同提高。改革后的教學設計如圖5所示。

圖5　該實踐教學環(huán)節(jié)改革后的教學設計

三結語

其一，構建了適應社會發(fā)展需要的高素質創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探究式教學模式，“學生主體，教師主導”為基本特征，確立了有效的教學組織形式。

其二，通過在“機械工程材料”課程開設“獨立研究”知識模塊、進行“基于問題與項目”的學習、開展“本科生科研計劃”和推廣“項目教學法”等方式培養(yǎng)學生獨立分析問題、解決問題的能力，創(chuàng)造性思維能力，實踐動手能力，勇于挑戰(zhàn)的品格，促進學生的自我完善，提升個人價值與魅力。

其三，兩年的探究式教學改革與實踐表明：探究式教學能促進教學相長，師生協(xié)調發(fā)展。

參考文獻

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Research and Practice of Exploratory Teaching for the Course of “Mechanical Engineering Materials”

DONG Lijun

(College of Mechanical Engineering, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411101, China)

Abstract：In the major of Mechanical Design and Automation in the College of Mechanical Engineering, many advanced teaching methods have been adopted for the course of “Mechanical Engieering Materials”, including the module of “research individually”, the study based on “question and program”, the advocation of “research plan in the stage of undergraduate”, and the promotion of “project-based teaching”. These methods aim at the cultivation of students’ ability to analyze and solve problems independently, the training of students’ practice and creative thinking, and the promotion of students’ value and charm.

Key words：“Mechanical Engineering Materials”; exploratory teaching; teaching mode

收稿日期：2015-10-10

基金項目：湖南省普通高等學校教學改革研究項目“‘機械工程材料’課程探究式教學的研究與實踐”(湘教通[2014]247號，序號413)。

作者簡介：董麗君(1970-), 女，湖南湘潭人，碩士，副教授，研究方向：高等教育、金屬材料強韌化。

中圖分類號：G 642.0

文獻標識碼：A

文章編號：1671-1181(2016)02-0095-05