水利學(xué)科背景下的3S課程教學(xué)探索

魯 恒，劉 超，李龍國(guó)，莊文化，楊正麗，蔡詩(shī)響

隨著信息技術(shù)的發(fā)展,信息時(shí)代已經(jīng)悄然來(lái)臨。各類理工類學(xué)科與信息類科學(xué)聯(lián)系越來(lái)越緊密。四川大學(xué)作為一所綜合性大學(xué),更應(yīng)該注重學(xué)科之間的相互交叉應(yīng)用,以優(yōu)勢(shì)學(xué)科為依托,引入先進(jìn)的技術(shù)加以融合利用。學(xué)生在掌握常規(guī)工程科學(xué)知識(shí)的同時(shí),還需要了解信息類交叉學(xué)科的知識(shí),這就對(duì)老師教學(xué)過(guò)程提出了更高要求[1-4]。研究表明,學(xué)生的關(guān)注力和集中度隨著課程的進(jìn)行而逐漸消減,如果按照傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué),學(xué)生的收獲將非常有限,學(xué)生注意力與教學(xué)時(shí)間的聯(lián)系可分為4種可能,如圖1所示[5-7]。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),約有25的學(xué)生隨著課堂時(shí)間推移,注意力逐漸下降,即滿足圖1(a)中的曲線；約有50的學(xué)生滿足圖1(c)中的曲線；剩下的約25的學(xué)生滿足圖1(b)和圖1(d)中的曲線。由此衍生出兩個(gè)問題：1)當(dāng)學(xué)生注意力的高峰期,教師該如何善用這兩段黃金時(shí)間,使學(xué)生掌握課程的精華與要旨；2)當(dāng)學(xué)生注意力下滑,教師該如何維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生繼續(xù)投入該課程。

“3S”技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用課程是依托四川大學(xué)水利水電學(xué)院,面向水利大類學(xué)生開設(shè)。學(xué)生在前續(xù)課程中接觸信息類課程較少,因此更有必要改變教學(xué)方式,增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。采用的方式為抓住學(xué)生注意力最集中的時(shí)間段,講授重要的理論與概念,一旦發(fā)現(xiàn)學(xué)生專注度有下降趨勢(shì)時(shí)就轉(zhuǎn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)和小組討論模式,3種模式穿插進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)收益率最大化。同時(shí)著眼于整個(gè)課程,打破傳統(tǒng)教學(xué)模式,以若干科研訓(xùn)練小組形式,每個(gè)小組負(fù)責(zé)一個(gè)科研命題,最后的考核方式通過(guò)學(xué)生提交給老師的論文進(jìn)行評(píng)分,若某個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)有較好的成果,則鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù),然后往相關(guān)科研期刊投稿。較大地提高了學(xué)生積極性,尤其是部分打算繼續(xù)深造的學(xué)生投入度更高。

圖1 學(xué)生課堂注意力與課堂時(shí)間關(guān)系

1 課程教學(xué)方式設(shè)計(jì)

1.1 不同教學(xué)方式學(xué)生的掌握率

在教育界曾經(jīng)有一幅很經(jīng)典的漫畫,描述“教” 與 “學(xué)” 關(guān)系： “小王對(duì)小明說(shuō)： ‘我教小狗吹口哨,小明湊近小狗身旁,但沒聽到小狗吹口哨’,小王說(shuō)： ‘我說(shuō)我教小狗吹口哨,并沒有說(shuō)小狗學(xué)會(huì)了’?！睆膶W(xué)習(xí)成果來(lái)看,雖然老師費(fèi)盡心力教學(xué),如果學(xué)生最后沒有學(xué)會(huì),這樣的教學(xué)不能稱為有效的教學(xué)[8-9]。

如圖2所示,描述教師采用不同的教學(xué)方法后,學(xué)生下課后的記憶保留率。如果教師僅單向講授,學(xué)生只記得5；老師通過(guò)劃重點(diǎn)式教學(xué),學(xué)生的記憶率為10；如果加入視聽媒體的方式,學(xué)生則能記住20的內(nèi)容；如果老師能加入實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行示范,則學(xué)生能保持30的記憶率；若能增加小組討論環(huán)節(jié),學(xué)生的記憶率提升到50；當(dāng)學(xué)生自己親自操作,記憶率提高到75；假如是學(xué)生當(dāng)小老師教其他同學(xué),可以記得90。從圖中可以看出,越上端越是以教師為中心的教學(xué)法,越下端越是以學(xué)生為中心的教學(xué)法 (也有比較多學(xué)生合作學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì))。值得注意的是,越是以教師為主的教學(xué),學(xué)生記得越少；而越以學(xué)生為中心的教學(xué),學(xué)生反而會(huì)記得更多[10-12]。

這樣的結(jié)果,大體可歸納為：講述式教學(xué)法,通常是老師講課,學(xué)生聽過(guò)就忘；示范教學(xué)法,學(xué)生會(huì)記得老師教過(guò)的內(nèi)容,但不一定了解；學(xué)生全面參與式教學(xué)法,學(xué)生親自參與學(xué)習(xí)活動(dòng),成為學(xué)習(xí)的主體后,才會(huì)真正理解教學(xué)內(nèi)容。重點(diǎn)是唯有學(xué)生全面思考、全面參與,才能真的學(xué)到東西。

1.2 本課程教學(xué)方式設(shè)計(jì)

本課程安排將課程劃分為知識(shí)儲(chǔ)備、科研訓(xùn)練開展和科研成果提交3個(gè)大階段。1)在知識(shí)儲(chǔ)備階段中,首先教師在學(xué)生注意力最集中時(shí)講述重要的原理和概念,以及學(xué)科之間的交叉知識(shí)點(diǎn)；然后演示需使用的軟件安裝以及基本操作,并著重介紹相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例；接下來(lái)讓學(xué)生自由討論軟件使用過(guò)程,并鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)言。2)完成基本的知識(shí)儲(chǔ)備后,進(jìn)入科研訓(xùn)練開展階段,首先老師設(shè)計(jì)若干科研選題供學(xué)生選擇討論,同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)科研選題,與老師交流通過(guò)后放入備選選題中,通過(guò)老師擬定的選題和學(xué)生自主設(shè)計(jì)的選題匯總,形成科研選題庫(kù)。然后將學(xué)生分為若干科研小組,每個(gè)科研小組負(fù)責(zé)一個(gè)科研選題,同時(shí)每個(gè)小組擬定研究進(jìn)度計(jì)劃提交給老師,每周老師依照每組制定的進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行檢查,同時(shí)討論交流下一步實(shí)驗(yàn)實(shí)施計(jì)劃。3)科研成果提交階段,學(xué)生根據(jù)研究進(jìn)展提交撰寫的科研報(bào)告或論文,老師評(píng)判其價(jià)值,如果成果一般則依照學(xué)生完成情況評(píng)分,作為學(xué)生該門課程的期末成績(jī)；如果有創(chuàng)新,老師進(jìn)一步和學(xué)生討論,深入完善實(shí)驗(yàn),老師輔助學(xué)生進(jìn)一步修改完善論文,往相關(guān)科研期刊投稿。如圖3所示為本課程教學(xué)方式開展的流程圖。

圖2 學(xué)生記憶保留率金字塔

2 教學(xué)情況數(shù)據(jù)分析

以2011屆水利類本科為例,其中涉及水利水電工程、水文與水資源、農(nóng)業(yè)水利工程3個(gè)專業(yè),選課學(xué)生共計(jì)141人,其中有128人選好科研選題,加入科研小組。共計(jì)分為12組,其中10組為老師擬定科研選題,2組為學(xué)生自擬選題。從進(jìn)度檢查看,大部分小組除了個(gè)別周進(jìn)度有拖延,基本都完成了實(shí)驗(yàn),僅有2組完成情況不理想。從成果提交情況看,有3個(gè)小組在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有改進(jìn)或創(chuàng)新,目前已有2組學(xué)生撰寫了論文并被中文核心期刊錄用,還有一組尚在修改完善中。有2組未完成實(shí)驗(yàn),僅提交了查閱的文獻(xiàn)綜述,其余小組基本完成了實(shí)驗(yàn),提交了科研論文。具體統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

通過(guò)對(duì)表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析可發(fā)現(xiàn),采用本文教學(xué)方法后,大部分小組的學(xué)生在科研訓(xùn)練中掌握了多套圖像處理、數(shù)據(jù)分析軟件、編程語(yǔ)言等,在遇到數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)處理難度大的選題時(shí),采取裁切分化處理再合并的原則,鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)分工與協(xié)作能力。試驗(yàn)完成后通過(guò)綜述報(bào)告和論文的撰寫,讓學(xué)生養(yǎng)成良好的科研習(xí)慣和素養(yǎng),為有進(jìn)一步深造想法的學(xué)生打下夯實(shí)的基礎(chǔ)。但在運(yùn)用本文方法教學(xué)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題：1)部分成績(jī)拔尖學(xué)生采用 “抱團(tuán)”模式,雖然 “抱團(tuán)”小組完成科研情況較好,但這有悖于資源最合理調(diào)配原則,各個(gè)小組應(yīng)該合理搭配學(xué)生,充分發(fā)揮不同類型、不同專長(zhǎng)學(xué)生的作用。2)部分小組在科研訓(xùn)練進(jìn)行過(guò)程中遇到困難時(shí),解決問題能力偏弱,這也是表1中部分小組進(jìn)度滯后的主要原因。需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)計(jì)劃進(jìn)度的把控,遇到問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決。

圖3 本課程教學(xué)方式流程

表1 本課程教學(xué)情況統(tǒng)計(jì)

表1 (續(xù)表)

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文研究發(fā)現(xiàn),按照 “理論課+實(shí)踐+科研訓(xùn)練”的教學(xué)模式,能有效克服學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力不足,增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性,同時(shí)能培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作意識(shí)。該種教學(xué)模式是一種有益的嘗試。同時(shí)需要注意的是,仍有小部分學(xué)生未加入科研小組,如何進(jìn)一步提升這部分學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性是接下來(lái)需要重點(diǎn)考慮的問題。

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