趙琴琴,黃德青,李德智
(1.綿陽師范學(xué)院教育科學(xué)學(xué)院,四川綿陽 621000;2.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,四川成都 610031)
隨著教育發(fā)展越來越國際化,科技競爭力的重要性越來越突出,如何培養(yǎng)具備動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力的當(dāng)代大學(xué)生,是當(dāng)前國內(nèi)高等教育面臨的重大課題之一。
為了培養(yǎng)創(chuàng)新型的工程科技人才,不少高等學(xué)校著力于加強(qiáng)改革實(shí)踐教學(xué),依托國家級(jí)、省部級(jí)的實(shí)驗(yàn)中心,發(fā)揮學(xué)科專業(yè)特色,不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新,推進(jìn)自主研發(fā)和科研成果轉(zhuǎn)化,完成了以下工作:以科研成果轉(zhuǎn)化、校企共建共享為資源籌集主渠道,構(gòu)筑體系化的優(yōu)質(zhì)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源;突出學(xué)科特色和生產(chǎn)實(shí)際,開展多種多樣成系列的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué);以 “資源整合、共用共享”作為虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)和管理的主旨,實(shí)現(xiàn)全面資源共享;構(gòu)筑實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)、科學(xué)研究與開發(fā)維護(hù)高度融合的高水平師資隊(duì)伍,提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新水平,保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)可持續(xù)發(fā)展。在持續(xù)開發(fā)設(shè)計(jì)型、綜合型、創(chuàng)新型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上,結(jié)合技能鑒定、科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)際,建設(shè)“產(chǎn)-學(xué)-研”一體化的實(shí)踐教學(xué)基地。
各國對創(chuàng)新人才的概念界定并不一致,本文指的是具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神,具備創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力,并掌握相應(yīng)的創(chuàng)新方法,善于運(yùn)用特定的創(chuàng)新工具,通過創(chuàng)新實(shí)踐,最終在某一領(lǐng)域、行業(yè)、工作上取得創(chuàng)新性成果的,為社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步作出貢獻(xiàn)的人。其中創(chuàng)新能力包括“創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)知識(shí)+創(chuàng)造性地應(yīng)用知識(shí)+創(chuàng)新知識(shí)的能力”[1]。
項(xiàng)目式教學(xué)又稱項(xiàng)目教學(xué),是基于“項(xiàng)目實(shí)施”和“邊做邊學(xué)”的理念,以一個(gè)研究問題或任務(wù)為導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)。項(xiàng)目教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生“提出問題+猜想假設(shè)+制定計(jì)劃+觀察實(shí)驗(yàn)+整理信息+思考總結(jié)+表達(dá)和交流”的探究能力。
由此可見,項(xiàng)目教學(xué)具有以下特點(diǎn):
1.從人才培養(yǎng)的角度看,項(xiàng)目式教學(xué)為校企合作搭建了平臺(tái),為學(xué)生接觸實(shí)際工程提供了機(jī)會(huì),對于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)大有裨益。
2.項(xiàng)目教學(xué)屬于實(shí)踐性教學(xué)模式,不局限于單個(gè)學(xué)科的課程,需要學(xué)生綜合應(yīng)用多門課程的知識(shí)和技能,還需要跨學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí),所以有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力以及跨學(xué)科、跨領(lǐng)域完成復(fù)雜工程的能力。
3.項(xiàng)目教學(xué)模式開放、多向互動(dòng)。教師在進(jìn)行項(xiàng)目內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、基礎(chǔ)知識(shí),充分發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性,保證每個(gè)學(xué)生都能親身參與項(xiàng)目任務(wù)的完整過程,且在項(xiàng)目實(shí)施過程中團(tuán)隊(duì)協(xié)作,有利于學(xué)生形成創(chuàng)新、合作的價(jià)值觀。
4.項(xiàng)目式教學(xué)通常需要較多的課前、課中、課后時(shí)間。為提升課堂效率,通常將學(xué)習(xí)行為的第一步——知識(shí)傳遞的環(huán)節(jié)放在上課前,由學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)自主學(xué)習(xí);課堂上學(xué)生的學(xué)習(xí)側(cè)重于對知識(shí)的內(nèi)化吸收。這種教學(xué)方式對傳統(tǒng)的“課上教學(xué)、課下作業(yè)”的方式進(jìn)行了翻轉(zhuǎn),所以被稱為“翻轉(zhuǎn)課堂”,非常適用于項(xiàng)目式教學(xué)[2]。
5.需要有充足的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)支撐。某些項(xiàng)目式教學(xué)要求必要的時(shí)候,在高校的實(shí)驗(yàn)基地模擬企業(yè)真實(shí)工作場景,由此某些教學(xué)項(xiàng)目的實(shí)施需要生產(chǎn)場地、設(shè)施、實(shí)驗(yàn)設(shè)備,并配備一定數(shù)量的原材料,這些實(shí)驗(yàn)工作場景的搭建需要充足的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)作物質(zhì)保障[3]。
6.相對于傳統(tǒng)教學(xué)方式有顯著改變。項(xiàng)目教學(xué)的內(nèi)容是將大量的知識(shí)點(diǎn)融入到具體項(xiàng)目中,因此教材的編寫也要以項(xiàng)目為單位;教師角色發(fā)生變化,教師從單向傳授變成引導(dǎo),具有參與性。
綜上所述,項(xiàng)目教學(xué)的開放性、互動(dòng)性、情景仿真、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的特點(diǎn),使得翻轉(zhuǎn)課堂在項(xiàng)目式教學(xué)中的應(yīng)用非常必要,具有可行性。
1.設(shè)計(jì)項(xiàng)目任務(wù)目標(biāo)的原則
在設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)時(shí),教師將每個(gè)項(xiàng)目任務(wù)分為基本任務(wù)部分和擴(kuò)展任務(wù)部分[4]?;救蝿?wù)部分由教師引導(dǎo)學(xué)生完成,擴(kuò)展任務(wù)由學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)小組合作探究的方式完成,在此過程中教師指導(dǎo)學(xué)生。同時(shí),為了使教學(xué)過程有條理,整個(gè)課程的內(nèi)容會(huì)分成多個(gè)子項(xiàng)目,每個(gè)子項(xiàng)目都是幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)的融合,依據(jù)項(xiàng)目任務(wù)確定項(xiàng)目組的成員規(guī)模。根據(jù)科研項(xiàng)目研究經(jīng)驗(yàn),項(xiàng)目組成員的人數(shù)控制在7至11人之間,是一個(gè)比較合適的團(tuán)隊(duì)規(guī)模。
2.教師教學(xué)過程模型
教師的具體教學(xué)過程模型如圖1所示,具體包括課前、課中和課后三個(gè)環(huán)節(jié)。
(1)課前。教師要根據(jù)人才培養(yǎng)方案中的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求,制定教學(xué)大綱,確定課程的核心知識(shí)點(diǎn)和項(xiàng)目教學(xué)任務(wù),并通過教學(xué)場景和教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì),使項(xiàng)目教學(xué)任務(wù)能夠反映出社會(huì)生產(chǎn)的真實(shí)狀況,有助于學(xué)生對項(xiàng)目進(jìn)行深入的研究[4]。另外,教師可以將需要示范和學(xué)生難以理解的內(nèi)容制作成課件,通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布給學(xué)生,體現(xiàn)了課程向課前延伸的開放性。
(2)課中。教師在課堂上關(guān)注學(xué)生的項(xiàng)目進(jìn)展,參與項(xiàng)目問題的研討,并確保每個(gè)項(xiàng)目組在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完整地完成項(xiàng)目任務(wù)。教師引導(dǎo)學(xué)生自主思考解決方案,參與項(xiàng)目組之間互相評(píng)價(jià)和成果交流活動(dòng)。全方位地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、查找資料、合作學(xué)習(xí)、交流表達(dá)的探究能力。
(3)課后。教師引導(dǎo)學(xué)生對整個(gè)教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)和反思,將出現(xiàn)的問題進(jìn)行歸納總結(jié),并在教學(xué)知識(shí)點(diǎn)上思考,進(jìn)一步修改課件或者進(jìn)行教具方面的改革,并對以往的課件進(jìn)行修改完善。教師應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生對感興趣的項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)一步深入研究,鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新并形成成果,結(jié)合自己的興趣點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)新課題申報(bào)。
圖1 項(xiàng)目式教學(xué)中教師教學(xué)過程示意圖
3.學(xué)生學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)
學(xué)生的學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)如圖2所示,也包括課前、課中和課后三個(gè)環(huán)節(jié)。
(1)課前。學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的視頻資料和公開課資源預(yù)習(xí)和搜集相關(guān)資料,提出自己的問題,有些問題可以通過圖書館和網(wǎng)上搜索資料的方式自行解決,有些難題可以記錄下來帶進(jìn)課堂,這個(gè)過程有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。
(2)課中。通過課前的預(yù)習(xí),學(xué)生帶著自己的問題、困惑與好奇進(jìn)入課堂,并通過項(xiàng)目小組合作探究的方式參與到項(xiàng)目任務(wù)實(shí)踐中。通過提出問題→猜想假設(shè)→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→記錄數(shù)據(jù)→得出結(jié)論,并進(jìn)行成果交流、撰寫論文或者研究報(bào)告。
(3)課后。學(xué)生課后對自己在項(xiàng)目中學(xué)會(huì)的知識(shí)以及學(xué)習(xí)的過程進(jìn)行反思與評(píng)價(jià),完成對相關(guān)知識(shí)的鞏固。
圖2 項(xiàng)目式教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)過程示意圖
4.項(xiàng)目式教學(xué)+翻轉(zhuǎn)課堂模式
項(xiàng)目教學(xué)+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式主要可分為課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié),具體如圖3所示。
(1)課前。教師制作項(xiàng)目教學(xué)PPT、動(dòng)畫及操作視頻,按照教學(xué)順序上傳到網(wǎng)絡(luò),使知識(shí)點(diǎn)變得直觀、生動(dòng)且有趣,并通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布任務(wù)單。教師通過學(xué)習(xí)平臺(tái)監(jiān)督學(xué)生網(wǎng)上的預(yù)習(xí)情況,同時(shí)可以要求學(xué)生課余時(shí)間到開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自主實(shí)訓(xùn)。
(2)課中。課堂上教師首先通過問題提問、和學(xué)生討論等方式,了解學(xué)生對知識(shí)的掌握情況;其次抽選部分學(xué)生進(jìn)行匯報(bào);最后師生共同總結(jié)存在的問題,并針對重點(diǎn)和難點(diǎn)問題進(jìn)行分組討論。
(3)課后。教師在課后設(shè)置拓展任務(wù),便于加強(qiáng)學(xué)生對知識(shí)的運(yùn)用和掌握。學(xué)生通過開放實(shí)驗(yàn)室自主實(shí)驗(yàn)、錄制并上傳視頻、線上討論完成拓展任務(wù)。學(xué)生還可以根據(jù)老師提出的拓展項(xiàng)目,開展分組探究,以項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的形式開展項(xiàng)目研究并形成最終成果,用于申報(bào)SRTP科研課題,參加國際國內(nèi)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽。
圖3 項(xiàng)目教學(xué)+翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式
筆者以控制科學(xué)與工程專業(yè)《傳感器件與應(yīng)用技術(shù)》課程中的“近距離檢測觸發(fā)的自動(dòng)播放系統(tǒng)”項(xiàng)目教學(xué)為例,來展示“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式在項(xiàng)目式教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中,循序漸進(jìn)、科學(xué)合理地安排各項(xiàng)目內(nèi)容,確保覆蓋各主要知識(shí)點(diǎn),同時(shí)做到項(xiàng)目內(nèi)容組織上整體連貫,同時(shí)兼具啟發(fā)性[5]。
第一,教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)確定知識(shí)點(diǎn),并根據(jù)知識(shí)點(diǎn)明確教學(xué)基本任務(wù)是“設(shè)計(jì)一款近距離檢測觸發(fā)的自動(dòng)播放系統(tǒng)”,拓展任務(wù)是研究如何將此自動(dòng)播放系統(tǒng)應(yīng)用于汽車4S店或大型展廳內(nèi)用于循環(huán)播放。
在基本任務(wù)中,相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有電路原理、單片機(jī)應(yīng)用、傳感器測量和C++編程。清楚這些知識(shí)點(diǎn)后,將教學(xué)過程設(shè)計(jì)成理論講解→動(dòng)畫演示→視頻展示三個(gè)部分。理論講解主要針對原理講解;動(dòng)畫演示主要針對工作過程和安裝方法;視頻展示主要是將工作人員工作的視頻向?qū)W生播放,向?qū)W生呈現(xiàn)一個(gè)真實(shí)的工作環(huán)境、工作過程和方法。
第二,課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)過程。按照8人一組進(jìn)行分組,各小組通過討論預(yù)習(xí)時(shí)記錄的問題,來確定安裝步驟和流程、時(shí)間進(jìn)度、工作職責(zé)等。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的初期,學(xué)生使用按鈕觸發(fā)方式啟動(dòng)檢測部件,其優(yōu)勢在于速度快,抗光、電干擾能力強(qiáng),量程大,精度高,但是人體接近時(shí)無法達(dá)到自動(dòng)完成播放。后期在教師的指導(dǎo)下,學(xué)生通過換用光電開關(guān)傳感器實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)播放功能。在軟件編程方面,利用單片機(jī)串口檢測傳感器電壓信號(hào)的輸出,低電平為有效信號(hào),同時(shí)通過口令控制語音模塊的開通或者關(guān)閉。該設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室完成初步調(diào)試:首先是相關(guān)電路的調(diào)試,傳感器調(diào)試,使用萬用表測量傳感器的電路輸入電壓和輸出電壓;在檢測區(qū)域有人或無人的情況下,電壓將發(fā)生改變。其次調(diào)試語音模塊與單片機(jī),在讀卡器中存儲(chǔ)一段音頻文件,將程序下載到單片機(jī)中,從而完成整體電路的鏈接,通電測試在有人狀況下是否會(huì)自動(dòng)播放音頻文件。最后,檢測整體式降壓模塊,是否能夠?qū)崿F(xiàn)抗震、防水、內(nèi)置過壓、過流和過熱保護(hù)。在完成上述實(shí)驗(yàn)操作步驟后,教師組織學(xué)生進(jìn)行結(jié)果評(píng)估和經(jīng)驗(yàn)交流,進(jìn)一步加深學(xué)生對整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程的理解,為下一步的知識(shí)創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。
第三,教師課后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步完成項(xiàng)目拓展任務(wù),讓學(xué)生將自己在課上學(xué)習(xí)的原理進(jìn)一步進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化,引導(dǎo)學(xué)生思考“近距離檢測觸發(fā)的自動(dòng)播放系統(tǒng)若安裝在車輛上”將有怎么樣的應(yīng)用前景,并設(shè)置對比實(shí)驗(yàn):首先,在車身前、后、車側(cè)、大燈、加裝光電位置檢測引入自動(dòng)播放系統(tǒng);其次,在車身前、后、車側(cè)、大燈、引擎和車門開合位置檢測;再次在引擎和車門開合處安排車身狀態(tài)檢測。不同位置的檢測數(shù)據(jù),可以為下一步?jīng)Q策提供數(shù)據(jù)支撐。這樣的拓展任務(wù),使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以與一線的生產(chǎn)生活實(shí)際緊密結(jié)合,在解決一個(gè)個(gè)現(xiàn)實(shí)生活的小問題時(shí)激發(fā)學(xué)生的科研興趣,提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新能力。
首先,基于翻轉(zhuǎn)課堂的后期推廣與改進(jìn),我們對本專業(yè)的342位學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查。問卷調(diào)查由開放式問題和選擇題構(gòu)成,內(nèi)容涉及學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、學(xué)習(xí)能力、課堂教學(xué)效果、學(xué)習(xí)中的困惑等,歸一化的調(diào)查結(jié)果見表1。從表1可以看出學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂這種學(xué)習(xí)方式的認(rèn)同度較高,學(xué)習(xí)興趣得到提升,理論知識(shí)的接受程度得到加強(qiáng),但是顯現(xiàn)出學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力提升還不明顯。
表1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果調(diào)查表
通過對學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力提升存在的問題進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),“傳感器件與應(yīng)用技術(shù)”是理論與實(shí)踐一體化課程,實(shí)踐性較強(qiáng),基礎(chǔ)理論較多,涉及知識(shí)面較廣,對于控制科學(xué)與工程專業(yè)基礎(chǔ)課程來說,關(guān)鍵是提升學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)和解決實(shí)際問題的能力。
筆者在三個(gè)實(shí)驗(yàn)班級(jí)中隨機(jī)抽取52名學(xué)生進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查,發(fā)現(xiàn)學(xué)生對翻轉(zhuǎn)課堂這種新的教學(xué)形態(tài)滿意度和接受度較高,學(xué)生普遍認(rèn)為項(xiàng)目教學(xué)符合他們的學(xué)習(xí)要求。為驗(yàn)證項(xiàng)目教學(xué)的效果,我們對10組采用“項(xiàng)目教學(xué)+翻轉(zhuǎn)課堂”學(xué)習(xí)的學(xué)生和傳統(tǒng)教學(xué)方法學(xué)生分別進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)(歸一化后的對比分析結(jié)果見表2),從表中可以看出采用項(xiàng)目教學(xué)模式的學(xué)生在知識(shí)掌握程度、學(xué)習(xí)參與度、表達(dá)能力、動(dòng)手實(shí)踐能力明顯高于采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的學(xué)生。
表2 教學(xué)效果評(píng)價(jià)對比表
第一,提高了學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效果。通過教學(xué)模式的創(chuàng)新和教學(xué)手段的改革,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對學(xué)科知識(shí)的整合,明顯提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力?;趩栴}導(dǎo)向,學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確,有很多學(xué)生在課余都會(huì)主動(dòng)去電子閱覽室點(diǎn)擊教學(xué)資源進(jìn)行學(xué)習(xí),并把學(xué)習(xí)過程中遇到的疑問帶到課堂中和教師探討。
第二,通過學(xué)生課前的自學(xué)、課程中的實(shí)驗(yàn)操作以及課后進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室完成項(xiàng)目拓展任務(wù),真正地實(shí)現(xiàn)了課堂和實(shí)驗(yàn)室的開放,將學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間向課堂前、后延伸,改進(jìn)了課堂的教學(xué)形態(tài)。
第三,從本案例項(xiàng)目拓展任務(wù)的發(fā)展前景看,可以應(yīng)用到大型展銷會(huì)、汽車4S店等場所。當(dāng)顧客進(jìn)入檢測區(qū)域設(shè)備就會(huì)自動(dòng)循環(huán)播放產(chǎn)品賣點(diǎn),從而極大地降低了人工成本。通過拓展任務(wù),學(xué)生能夠?qū)⒖菰锏睦碚搩?nèi)容與實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合,與社會(huì)的生產(chǎn)實(shí)際需要相結(jié)合。這有利于學(xué)生樹立“產(chǎn)學(xué)研一體化”的思想,訓(xùn)練學(xué)生將科研成果向現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的能力轉(zhuǎn)化。
總體來說,“項(xiàng)目教學(xué)+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式的引入和實(shí)施,有效提升了教學(xué)效果,特別是提升了學(xué)生的動(dòng)手能力,增強(qiáng)了他們的創(chuàng)新能力。從教學(xué)模式看,教學(xué)重心轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)+自主探索學(xué)習(xí)”。翻轉(zhuǎn)課堂打破了教師“一言堂”的傳統(tǒng)教學(xué)模式,項(xiàng)目式教學(xué)提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。從教學(xué)效果看,計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在課程當(dāng)中的廣泛應(yīng)用提升了學(xué)生的興趣和能力。不過要將翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于項(xiàng)目教學(xué)這一新的教學(xué)模式進(jìn)行普遍推廣,還有很多軟、硬件條件的制約,需要進(jìn)一步努力和探索。