工程學科教育的有效教學方法探討

丁云飛，文西芹

(淮海工學院機械工程學院，江蘇 連云港 222005)

隨著我國工程技術的快速發(fā)展，由于缺乏針對大學生在工程難題中解決實際技術問題的指導與訓練，高校中以傳統(tǒng)的傳授基礎理論為主、以實驗為輔的教學方式難以滿足當今高科技、創(chuàng)新型工業(yè)體系對人才技能的需求。目前，我國處于由工業(yè)化社會向信息化社會轉變的歷史時期，教育主管部門要求工科高校必須加強大學生對專業(yè)基礎知識的學習，并提出對工科院校大學生的教育要覆蓋更多的科學領域，為大學生提供更多、更好的溝通技巧和團隊合作技巧的指導[1]，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和解決實際工程技術難題的方法與技能，培育熟悉工程倫理和技術以及社會發(fā)展需求的工程專業(yè)大學生，逐步減少照本宣科，把科研精神與科研內(nèi)容融入到大學4年教育中[2]。

面對提高大學生創(chuàng)新和創(chuàng)造水平的迫切需求，社會對教學方法的有效性有了更高和更新的要求[3]。相對傳統(tǒng)的單一學科演講方法，課堂理論教育、實踐技術教育和教育心理學3方面同時開展更有利于大學生的科學精神和人文素養(yǎng)的提高。然而，現(xiàn)實中這些方面的發(fā)展至今對主流工程教育的影響相對較小。盡管其內(nèi)容在某些方面發(fā)生了變化，但是直到目前，許多工程課的教學方式仍停留在課堂教學輔以計算機多媒體教學的模式，這與2000年工程學科的教學方式?jīng)]有特別差異[4-5]。

基于推動工程學科教學方法的創(chuàng)新和確保教學目標的實現(xiàn)，筆者通過總結以往課堂實踐中和教學科研中的關鍵方法，結合自身在國內(nèi)外的教學經(jīng)歷，探討了工程學科教學中教學目標在規(guī)劃、制定、評判標準以及合作學習需要把握的重點，以此為高校教師教學工作的開展提供新的思路。

1 教學目標的制定

1.1 規(guī)劃和制定詳盡的教學目標

教學目標是根據(jù)教學計劃實施教學內(nèi)容，通過一定的方法使學生掌握一定的技能和知識，達到教學計劃所期望的目標[6]。從學生學習角度可以理解為學生應該能夠做什么來證明他們對課程要求的技能的掌握。教學目標包含一個關鍵內(nèi)容，即指明學生應該掌握的知識點，以及每個知識點包含的科學性、邏輯性和深入性。以大學物理中學習理想氣體方程為例，教師讓學生明白學習的任務是推導理想氣體方程。學生為了完成學習任務，首先要判斷理想氣體方程涉及的變量，即學生根據(jù)高中階段學習理解的理想氣體狀態(tài)方程來定義變量；然后從其他3個值的給定值中計算任意一個變量的值，此外還要判斷計算值的誤差；最終根據(jù)氣體動力學理論推導出理想氣體方程。本例中4個步驟的共同之處是環(huán)環(huán)相扣，可以理解為“一個環(huán)節(jié)完成”是“為了在下一個環(huán)節(jié)做得更好”。對這一過程可以理解為針對目標進行定義、計算、估計和概述。在每個環(huán)節(jié)中可使用的教學模式包括列表、識別、解釋、預測、模型、派生、比較和對比、設計、創(chuàng)建、選擇、優(yōu)化等等。此外，教學目標中所隱藏的教學行為和意義必須由教師直接觀察，并應盡可能具體和明確。

1.2 教學目標評判標準的使用

教學目標的制定為教學目標的實現(xiàn)提供了理論基礎。為了實現(xiàn)教學目標，教師在教學過程中需要及時掌握學生是否已經(jīng)掌握教學內(nèi)容，因此教師可以針對教學目標列出大學生在教學過程中需要完成的任務，而這些任務的內(nèi)容和重點都需要與教學目標保持一致。針對教學目標的完成度，筆者根據(jù)教學內(nèi)容的復雜性和難度制定出6個等級，見表1[7]。

表1 教學目標評判標準的等級

其中，知識、理解和申請可稱為基礎技能；分析、綜合和評估則是高級技能。大多數(shù)工程學科課程的重點是申請，對為期4年的本科教學而言，實現(xiàn)知識、理解和申請是基礎，熟悉分析和綜合是素質拓展，了解評估是引申技能。

1.3 教學目標指導性原則

一門課程(或一門課程的一部分)的教學目標應包括教學內(nèi)容、學生需要掌握的技能以及工程學科課程的各個層次都包括的一些較高水平的解決問題的技巧(如多學科分析、設計和批判性思維)和“軟”技能(如口頭和書面交流、團隊合作、社會和道德意識)，且內(nèi)容應盡可能的詳細和具體。例如學生需要“設計一個工廠”，在設計工廠的過程中學生需要列出要完成的所有不同的事情(查找、估計、計算、創(chuàng)建、分析、選擇、解釋)。教師通過課堂練習和作業(yè)分配的方式，使教學目標與教學內(nèi)容相一致，讓學生獲得技能與知識，并體現(xiàn)出教學目標在教學工作中的指導性[8]。

1.4 教學目標的基礎性

教學目標一旦制定出來，就會揭示出哪些課程或某一課程的哪些部分是最重要的；哪些內(nèi)容應該得到最大程度的覆蓋；哪些內(nèi)容只需要掌握重點；哪些內(nèi)容容易被忽略和忘記。清晰的教學目標使教師能夠設計出一致的作業(yè)內(nèi)容，為所需的技能和考試提供練習，并能夠讓教師評估學生對技能的掌握情況。此外，教師建立清晰的教學目標，為學生提供理想的學習指導，教師能夠清晰地認識到想要學生做什么，怎樣成功地做到這一點。這些目標為首次教授課程的教師和后續(xù)課程的開展提供了一個很好的綱要。所有課程的教學目標集中體現(xiàn)了課程中的差距和冗余，這更為等待選課的學生和即將參與教學的教師提供了一個很好的課程概述。

2 教學方法研究

2.1 進行合作學習

合作學習是一種教學方法，在西方高校中使用廣泛。合作學習是讓學生開展團隊合作，通過相互協(xié)作，共同努力去完成一個學習任務。表2列舉了合作學習的特點和主要內(nèi)容[9]：

表2 合作學習的特點和主要內(nèi)容

合作學習可以在課堂內(nèi)外進行，工程學科中的合作學習，需要學習小組設定共同任務、完成實驗報告、設計項目和分配課程中的作業(yè)。在實際開展過程中，一個小組只需要負責完成一個問題集或報告，并根據(jù)教學目標，設定不同的考核等級和成績，可以根據(jù)小組具體情況調整小組中個人的貢獻度，還可以設置考前小組學習課程，以滿足課外需求，并有獎勵積分授予團隊中有突出貢獻且成績超過規(guī)定值的成員。

2.2 合作學習需要把握的重點

1)向學生解釋需要做什么，為什么做。合作學習實施過程中，學生會認為這是教師使用的針對學生采用的測試手段，測試結束后讓學生回答或提交問題的答案。對學生而言，這樣的一個過程實際是一個學習的過程，成功地回答問題就能體現(xiàn)出學習目標的完成?？紤]到課堂合作學習方法使用的初期學生可能存在的迷茫和抵觸，教師應在第一節(jié)課或第一周每節(jié)課前5min說明使用合作方法的一些原因(例如合作學習方式使學生能夠在一種營造的工程師環(huán)境中工作，以團隊的形式努力完成問題)以及這種模式對學生的益處(例如獨自解決問題的能力、團隊合作技巧、更高的完成率和取得更好的成績)。

2)適宜的分組規(guī)模。合作學習需要將學生進行分組，每組中學生數(shù)目過多或者過少都將影響教學效果。合作學習適宜將學生分成若干組，每組包含3～4名學生。少數(shù)情況下存在兩人一組的情況，這種情況下需要對每個人制定詳細的學習任務和考核方法，避免一個人主宰小組工作。

3)教師主導學生分組。教師根據(jù)學生個體差異和特長，有目標性地分組。這樣構成的團隊往往比學生自由組合或學生自選分組有更好的學習效果。當學生自我選擇群體時，弱勢學生往往喜歡向優(yōu)勢學生身邊轉移，且弱勢學生往往缺乏學習的主動性。另外，存在學生以朋友的形式分組，這會導致一兩個學生永遠不能完全融入團隊。理想的團隊是學生根據(jù)自身特點和特長進行互補。尤其針對大一、大二的學生和來自不同地區(qū)的學生(有著不同的學習基礎和特長)，相對弱勢學生(綜合能力稍弱的學生，包括工科班級中的女生)不應該被隔離開。

4)分配合作學習小組的團隊角色。每組中至少安排3個不可缺少的角色，分別是管理員(分解任務為各項子任務，分配責任)、記錄員(寫出最終報告或問題解決方案，匯總報告)和檢查員(在提交之前進一步檢查和糾正最終報告)。而其他角色，例如進程督導員(確保每個團隊成員正在做出貢獻，并確保所有的貢獻得到其他人的認可；每個團隊成員都理解并完成任務的每個部分)和觀察員(建議可能的替代方案和現(xiàn)有方案的可行性)。在合作學習實施過程中，角色應隨每個作業(yè)或任務在一個分組中輪換，直到每個隊員都擔任了不同職位。

5)強化組員個人責任意識。對合作學習小組中個別懈怠的學生進行單獨的測試；隨機檢查個別小組及成員個人工作進展；采用無記名的方式進行小組間互評來調整小組/組員的學習成果。

6)小組自評。定期要求學生在工作間隙花費5～10min來評估各自的表現(xiàn)，確定組員的不足，并設定改進目標。自評結果可寫進小組的問題解決方案或小組工作報告。

7)重新分組的間隔。一個團隊至少要合作學習一個月，以便通過團隊進行“任務構建，頭腦風暴，工作規(guī)范和任務執(zhí)行”。如果知道自己所在的小組只需要合作兩三個星期，學生就會缺乏足夠的動力去面對和克服團隊中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。如果知道要在一起的時間很長，學生就不得不努力面對學習問題，制定創(chuàng)造性的應對策略，并加以利用和重視，進而發(fā)展個人才能和掌握更多的學習方式。

8)從小規(guī)模分組開始。如果教師從來沒有使用過合作學習，而且沒有和經(jīng)驗豐富的同事一起工作，則可以考慮從相對較小規(guī)模的分組方式開始，或者一個任務由兩個或更多的團隊完成(任務的分解)。隨著學生和教師經(jīng)驗的積累和水平的提高，教師和學生的參與水平提高到一個“得心應手”的水平，則可適當?shù)卦龃笮〗M規(guī)模[10]。

2.3 合作學習的優(yōu)勢

大多數(shù)工程項目和問題都需要合作完成，而不是依靠某一個人和一個小組單獨完成。在團隊合作的過程中，交流技能和表達技能尤為重要。已有的報道和研究表明，各類企事業(yè)單位對大學畢業(yè)生的溝通和團隊合作的技能排在期望技能的首要位置。如果團隊合作技能是未來工程師的必要技能之一，那么團隊合作技能的培育就應該歸為教學內(nèi)容的一部分，而作為工程領域孵化器的工科院校則應該充當這一基礎技能培養(yǎng)與教育的橋梁[11]。

合作學習可能是所有教育方法中研究得最為深入的教學方法，而且越來越多的研究都表明合作學習對工程教育和技術培訓有著積極的促進作用[12-13]。研究表明，相對于接受傳統(tǒng)教學(主要指課堂講授和個人作業(yè))的學生，系統(tǒng)地參與過合作學習型教學的學生往往能夠在大腦保留較多的信息量，且持續(xù)性較好，成績相對優(yōu)異，批判性思維和解決問題的能力較強，學習的動機更強，人際溝通技巧越好，對學習的焦慮程度更低。除此之外，相對弱勢的學生在單獨面對困難時可能會放棄，而與更有實力的學生合作工作，則可以有信心繼續(xù)完成。在此過程中，許多有實力的學生傾向于在最短的時間內(nèi)完成任務(追求完成任務的高效性)，當面對相對弱勢的學生進行學習內(nèi)容的解釋和說明時，優(yōu)勢學生能夠在一兩次的重復中發(fā)現(xiàn)更多的問題，提供更多的解決問題的思路，得到更多的鍛煉。

3 結束語

筆者總結了提高工程學科教育質量的教學技巧和方法，即規(guī)劃、制定詳盡的教學目標以及合作學習方法的使用。在實施這些教學方法的過程中，除了應該把握教學目標與教學內(nèi)容相統(tǒng)一，教學目標完成性的評判標準和合作學習需要把握的重點，還應該兼顧以下幾點：建立課程資料的相關性并進行歸納教學；在每門課程中平衡具體和抽象的信息；引導并促進學生在課堂上主動學習，傳達對學生學習的關心。

教師在開展教學時，要有針對性地改善教學方法，進一步提高教學質量。然而需要說明的是，任何有效教學方法的使用都不能保證教學目標能夠不打折扣地實現(xiàn)，使教學班級所有學生都能達到較高的水平。一個班級學生的表現(xiàn)取決于各種各樣的因素，其中很多因素都超出了教師的控制范圍。

希望廣大高校教師能夠根據(jù)自己的教學風格選擇適當?shù)慕虒W方法，嘗試在下一門課程中有針對性地規(guī)劃和制定詳盡的教學目標，并根據(jù)教學內(nèi)容和課程安排采用合作學習的方式進行教學。從科學角度來說，教師無法預測這些方法在教學目標實現(xiàn)上的成功程度，但可以明確這些方法使用將會從一定程度上提高工程學科的教育質量。

[1] 劉湘贛，陳燕萍. 科技戰(zhàn)略規(guī)劃創(chuàng)新模式探究[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊,2017(21):6-8.

[2] 熊清平. 對接中國制造2025培養(yǎng)工業(yè)機器人人才[J].智慧制造,2017(3):62-64.

[3] 陳亞東. 以十九大精神引領人才隊伍建設[J].中國人力資源社會保障,2017(11):32-33.

[4] 林萍.一種新的教學方式:計算機多媒體和網(wǎng)絡教學[J].廣東省經(jīng)濟管理干部學院學報,2000(3):86-89.

[5] 褚洪彥，劉躍新，王莉. 信息化環(huán)境下高校教師教學方式探析[J].高教學刊,2017(12):35-36.

[6] 古天龍，魏銀霞，磨玉峰. 教學型高校培養(yǎng)目標定位研究[J].中國高教研究,2009(1):69-70.

[7] 史琳，路鵬，張寧. 布盧姆教育目標分類法對成人教育發(fā)展的啟示[J].理論廣角,2017(1):28-30.

[8] 張瑛. 淺談“目標教學法”中導學環(huán)節(jié)的基本做法[J].教學研究,2017(9):56-57.

[9] 林瓊. 關于高校教學模式的探討[J].廣西青年干部學院學報,2000(10):50-54.

[10] 劉會珍.論在教學目標導引下的小組合作學習型課堂[J].現(xiàn)代職業(yè)教育,2016(36):138-139.

[11] 鐘強，劉月秀. 雙創(chuàng)背景下大學生和諧教育體系構建[J].應用研究,2017(2):71-73.

[12] 劉壯，高長水. 面向工程思維培養(yǎng)的“激光加工與3D打印技術”教學研究[J].機械設計與制造工程,2017,46(12):113-116.

[13] 李宏坤. 合作學習在工程熱力學教學中的實踐研究[J].中國科教創(chuàng)新導刊,2013(28):148-149.