基于“新工科”項目建設(shè)探討提升課堂教學(xué)質(zhì)量的方法策略

胡雪 夏博 李華 葛云

摘 要：高等工程教育是培養(yǎng)國家新興領(lǐng)域工程科技人才的重要戰(zhàn)略。為了適應(yīng)高等工程教育的發(fā)展和“新工科”研究與實(shí)踐項目的建設(shè)需求，探討提升課堂教學(xué)質(zhì)量的方法策略是十分必要的。在課堂教學(xué)過程中，凸顯“學(xué)生為主體”教學(xué)模式和理念，幫助學(xué)生構(gòu)建學(xué)科交叉的知識網(wǎng)絡(luò)，同時引導(dǎo)學(xué)生以“工程實(shí)踐案例”出發(fā)，進(jìn)行深度思考，并啟發(fā)學(xué)生通過團(tuán)隊合作的形式尋找解決問題的方法，鼓勵學(xué)生創(chuàng)建邏輯性思維、批判性思維、系統(tǒng)性思維和創(chuàng)新性思維，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、交流表達(dá)能力和團(tuán)隊合作精神。

關(guān)鍵詞：新工科；教學(xué)質(zhì)量；方法策略

中圖分類號：G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）16-0077-03

Abstract： Higher engineering education is an important strategy to train engineering science and technology talents in the new field of our country. In order to meet the needs of the development of higher engineering education and the research and practice of "Emerging Engineering Education"， it is necessary to explore the methods and strategies to improve the quality of classroom teaching. In the course of classroom teaching， the teaching mode and idea of "students as the main body" are highlighted， and the students are helped to build a cross-disciplinary knowledge network. At the same time， the students are guided to think deeply from the perspective of "engineering practice cases". It also inspires students to find ways to solve problems in the form of teamwork， and encourages students to create logical thinking， critical thinking， systematic thinking and innovative thinking， as well as help develop students' autonomous learning ability， communication and expression skills and teamwork spirit.

Keywords： emerging engineering education； teaching quality； method and strategy

高等工程教育是國家創(chuàng)新體系建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)國家新興領(lǐng)域工程科技人才的重要戰(zhàn)略。據(jù)教高廳函[2018]17號文件，“新工科”研究與實(shí)踐項目的建設(shè)應(yīng)當(dāng)以“新工科”理念為先導(dǎo)，凝聚更多共識，主動應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，實(shí)現(xiàn)從專業(yè)分割轉(zhuǎn)向跨界交叉融合；以需求牽引開展多樣化探索，創(chuàng)新大學(xué)的組織形式，促進(jìn)建立“理工”“工工”結(jié)合、“工農(nóng)”“工文”交叉的未來技術(shù)學(xué)院，深化高校綜合改革[1]。新工科的提出，不僅為工程教育的理論和實(shí)踐探索提供了全新的視角，也是對國際工程教育改革發(fā)展作出的中國本土化回應(yīng)[2]。所謂新工科，指的是對傳統(tǒng)的、現(xiàn)有的學(xué)科進(jìn)行轉(zhuǎn)型和升級，或?qū)鹘y(tǒng)學(xué)科與其他學(xué)科進(jìn)行交叉融合，同時結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和人工智能對傳統(tǒng)行業(yè)的顛覆性影響，形成的一種適合現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的新型學(xué)科群。新工科具備引領(lǐng)性、交融性、創(chuàng)新性、跨界性和發(fā)展性等特征[3]。新工科項目的提出與實(shí)施最終目的是為了培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，為未來提供智力和人才支撐[4]。

以機(jī)械制造及其自動化專業(yè)為例，為了適應(yīng)時代的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的需要，機(jī)械制造及其自動化專業(yè)正不斷融合大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等信息技術(shù)，形成了智能制造[5]、云制造[6]、虛擬制造[7]等研究領(lǐng)域，為未來產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級培養(yǎng)大量高端技術(shù)型人才。由于高等工程教育的范式發(fā)生變化，現(xiàn)行的工科人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和培養(yǎng)模式面臨著新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。目前，高等工程教育對工科專業(yè)學(xué)生提出更高要求，即具備有效交流、批判性思維、系統(tǒng)思維、協(xié)同合作、數(shù)據(jù)決策和自我管理等技能[8]。上述能力的培養(yǎng)需要貫徹到學(xué)生所學(xué)的課程中去。因此，本文基于“新工科”項目背景，探討提升課堂教學(xué)質(zhì)量的方法策略是十分必要的。

一、工科課程教學(xué)過程中轉(zhuǎn)換“教”與“學(xué)”之間的關(guān)系

教師在“教”的過程中，針對理論知識和實(shí)踐環(huán)節(jié)應(yīng)采用不同的教學(xué)策略。講授理論內(nèi)容應(yīng)注意，幫助學(xué)生形成必要的理論思維，注意授課和思考的邏輯性；而進(jìn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)時，必須說明為實(shí)踐的操作程序和最終目的，讓學(xué)生理解所學(xué)知識的實(shí)際應(yīng)用。學(xué)生在“學(xué)”的過程中，教師要注重引導(dǎo)學(xué)生自主思考，采用基于問題模式的教學(xué)方法，可最大程度上激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。教師在有限的時間內(nèi)能夠高效地完成教學(xué)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，全方位展示工程實(shí)例與理論知識的聯(lián)系。在授課過程中，逐漸從“教師為主體”向“學(xué)生為主體”的教學(xué)模式，凸顯學(xué)生“學(xué)”的作用和地位。同時，提倡和鼓勵學(xué)生質(zhì)疑和提問，促進(jìn)學(xué)生以批判性思維進(jìn)行辯證地、全面地看待問題，尋找最優(yōu)解決方案。

二、工科課程教學(xué)過程中應(yīng)注重學(xué)科交叉

在“新工科”項目建設(shè)過程中，傳統(tǒng)學(xué)科的界限已經(jīng)變得模糊?，F(xiàn)代工程問題涉及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會、藝術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域，這要求未來新型工科人才能夠利用跨學(xué)科的觀點(diǎn)和知識，不斷創(chuàng)新思維模式，創(chuàng)造性地解決復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)工程問題。學(xué)科交叉和融合能夠打破傳統(tǒng)工科學(xué)科的固定范式，讓學(xué)生具備多學(xué)科思維面對實(shí)際工程問題；與此同時，促進(jìn)學(xué)科之間的交流，創(chuàng)造以“問題解決”為中心的教學(xué)模式。譬如，機(jī)械制造及其自動化專業(yè)是技術(shù)、藝術(shù)和經(jīng)濟(jì)的結(jié)合，它要求學(xué)生不僅具有較扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)和較好的人文社會科學(xué)基礎(chǔ)，掌握機(jī)械設(shè)計的基本原理和方法，具有獨(dú)立進(jìn)行機(jī)械設(shè)計和用多種方式表達(dá)設(shè)計意圖的能力；而且，需要了解機(jī)械零件的工藝性和經(jīng)濟(jì)性，掌握人的行為與機(jī)械之間的關(guān)系，以及機(jī)械邊緣學(xué)科與交叉學(xué)科的相關(guān)知識。這樣才能做出好的設(shè)計，制造出既能滿足使用要求，又有符合人體工學(xué)的實(shí)用機(jī)械。因此，在工科學(xué)科授課過程中，應(yīng)注重學(xué)科交叉，幫助學(xué)生形成系統(tǒng)思維模式，構(gòu)建完整的知識網(wǎng)絡(luò)。

三、工科課程多引入工程實(shí)例，將理論與實(shí)踐相結(jié)合

機(jī)制專業(yè)課程授課過程中應(yīng)當(dāng)采取“解決工程問題”模式的授課方法。以具體工程案例為導(dǎo)向，創(chuàng)設(shè)一種使學(xué)生產(chǎn)生疑問并渴望得到答案的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，在教師的啟發(fā)下發(fā)揮自身潛能，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，并獲得理想的教學(xué)效果。具體實(shí)施方法：在授課過程中，將某一知識點(diǎn)以實(shí)際工程案例的方式提出，啟發(fā)學(xué)生尋找分析、解決問題的途徑，并在已知與未知之間建立聯(lián)系。之后，教師正確引導(dǎo)學(xué)生思考解決問題的方案，學(xué)生組隊共同攻克各個環(huán)節(jié)，一起獲得解決方案。在此過程中，課堂教學(xué)內(nèi)容便會滲透在解決問題的每一個環(huán)節(jié)里，學(xué)生更易掌握所學(xué)的知識點(diǎn)。最后，通過歸納總結(jié)，使學(xué)生在“解決問題”的方法中獲取知識。在此過程中，教師通過“提出工程實(shí)踐問題”和“引導(dǎo)學(xué)生深度思考”，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和團(tuán)隊合作意識。

四、工科課程應(yīng)嘗試雙語教學(xué)，拓展學(xué)生視野

雙語教學(xué)的目標(biāo)有兩點(diǎn)，其一是獲取學(xué)科知識，其二是培養(yǎng)和提高學(xué)生運(yùn)用專業(yè)外語的能力。在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中，教師可采用頭腦風(fēng)暴、案例教學(xué)等教學(xué)方法，鼓勵學(xué)生用外語對實(shí)際問題進(jìn)行思考和陳述；并且不斷引導(dǎo)學(xué)生開口表達(dá)觀點(diǎn)。但是，教學(xué)中應(yīng)正確處理外語與專業(yè)教學(xué)之間的關(guān)系，切忌將雙語課變?yōu)橛⒄Z課。在此教學(xué)理念下，學(xué)生能夠熟練應(yīng)用專業(yè)英語進(jìn)行學(xué)術(shù)交流，閱讀外文資料，為開拓學(xué)生的國際視野打下良好基礎(chǔ)，同時培養(yǎng)了學(xué)生的交流表達(dá)能力。

在機(jī)械制造及其自動化本科課程教學(xué)過程中（以《機(jī)械制造基礎(chǔ)一》課程中第二章第一節(jié)晶體缺陷為例），本教學(xué)團(tuán)隊具體的實(shí)施方案如下：

首先，在課程導(dǎo)入階段，通過設(shè)問方式引導(dǎo)學(xué)生回顧上節(jié)課內(nèi)容，引入“金剛石與石墨”實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生思考“碳原子組成的固體物質(zhì)為何形態(tài)相差如此之大，兩者的理想晶體結(jié)構(gòu)的差異”，并且通過設(shè)置懸念“實(shí)際的晶體結(jié)構(gòu)與理想晶體結(jié)構(gòu)的差異”，引導(dǎo)學(xué)生思考和理解本節(jié)課程內(nèi)容“晶體缺陷”的重要性和必要性；在課程講授階段，每隔15-20分鐘，根據(jù)所講內(nèi)容設(shè)置提問環(huán)節(jié)，例如“點(diǎn)缺陷有什么表現(xiàn)形式”，“點(diǎn)缺陷的存在對材料力學(xué)性能的影響如何”，提高學(xué)生注意力和課堂參與度。與此同時，鼓勵學(xué)生質(zhì)疑和提問，講解晶體學(xué)發(fā)展相關(guān)的科學(xué)故事，通過科學(xué)故事告訴學(xué)生晶體學(xué)理論是不斷完善的，前輩的理論經(jīng)實(shí)踐后被推翻，讓學(xué)生明白在科學(xué)世界里探索必須具備思辨精神和質(zhì)疑能力。教師根據(jù)學(xué)生的提問間接了解學(xué)生對該知識點(diǎn)的掌握情況，經(jīng)過答疑解惑搭建學(xué)生與老師之間的溝通的橋梁，尊重學(xué)生在課堂上的主體地位，充分凸顯“學(xué)生為主體”的教學(xué)模式。其次，機(jī)械制造理論和相關(guān)學(xué)科并非獨(dú)立存在，涉及到材料學(xué)科基礎(chǔ)知識、工程力學(xué)、機(jī)械零件制造工藝、經(jīng)濟(jì)學(xué)理論等相關(guān)知識。授課時，根據(jù)實(shí)際工程案例——齒輪零件的加工過程，向同學(xué)們闡述齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計、選用的材料、制造工藝和制造成本等，幫助學(xué)生了解一個機(jī)械零件所涉及的學(xué)科知識，并能夠靈活應(yīng)用所學(xué)理論知識解釋工程現(xiàn)象。例如，齒輪零件制造過程中通常包含噴丸處理，噴丸處理的目的是通過齒輪零件的表面變形強(qiáng)化，增大齒輪表層的位錯密度，最終提高齒輪的使用壽命。在此過程中，以工程實(shí)例作為引導(dǎo)，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，打破了傳統(tǒng)的學(xué)科范式，引導(dǎo)學(xué)生深度思考。同時，學(xué)生自由組合，課后自主選擇工程案例進(jìn)行剖析，最終培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊合作精神和自主學(xué)習(xí)能力。最后，在授課過程中，可將晶體缺陷、位錯、齒輪等英語專業(yè)名詞附在課件中，讓學(xué)生了解專業(yè)術(shù)語的英文表達(dá)，便于后續(xù)閱讀英文文獻(xiàn)，獲取最新科學(xué)研究發(fā)展動態(tài)。

綜上所述，基于“新工科”研究與實(shí)踐項目的建設(shè)，將提升工科課程課堂教學(xué)質(zhì)量的方法策略繪制如圖（圖1所示）。在教學(xué)過程中，凸顯“學(xué)生為主體”教學(xué)模式和理念，注重學(xué)科交叉的相關(guān)知識和專業(yè)英語的教授，幫助學(xué)生構(gòu)建學(xué)科交叉的知識網(wǎng)絡(luò)，同時引導(dǎo)學(xué)生以“工程實(shí)踐案例”出發(fā)，進(jìn)行深度思考，并啟發(fā)學(xué)生通過團(tuán)隊合作的形式尋找解決問題的方法，鼓勵學(xué)生創(chuàng)建邏輯性思維、批判性思維、系統(tǒng)性思維和創(chuàng)新性思維，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、交流表達(dá)能力和團(tuán)隊合作精神。

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