建構(gòu)式實驗教學(xué)探索
——以“結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作”課程為例

宋曉冰， 陳思佳

（上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院，上海200240）

0 引 言

改革開放40年，我國經(jīng)濟(jì)已逐步進(jìn)入以創(chuàng)新為主要驅(qū)動力的新發(fā)展階段，創(chuàng)新人才培養(yǎng)是新的發(fā)展階段對教育的要求和期望。大學(xué)教育承擔(dān)著為經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重任，但遺憾的是，長期以來，由于傳統(tǒng)教育觀念和“應(yīng)試教育”體制的影響，我國基礎(chǔ)教育實踐中主導(dǎo)的教學(xué)模式是接受型的。教師講知識，學(xué)生記知識，考前背知識，考后忘知識。教師側(cè)重于知識的系統(tǒng)性與完整性，生怕漏講了哪一部分，但是否丟失了其他教育要素，則缺乏考慮。最終的結(jié)果則是雖然考試成績尚可，但是考完即忘，一旦面對實際工程問題，則無從下手。這一現(xiàn)狀亟待改變。

筆者在長期從事土木工程專業(yè)的本科教學(xué)中，積累了豐富的結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽實踐教學(xué)指導(dǎo)經(jīng)驗，于2010年嘗試開設(shè)了以學(xué)生動手實踐為主的實驗類課程“結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作”。該課程以幫助學(xué)生理解知識、靈活運用知識為著眼點，經(jīng)歷了為期9年“接地氣”的實踐檢驗、調(diào)整和迭代。先后經(jīng)歷了獨立發(fā)現(xiàn)、指導(dǎo)性發(fā)現(xiàn)和建構(gòu)式發(fā)現(xiàn)三個發(fā)展階段，最終形成了具有典型建構(gòu)主義教學(xué)思想特征的“4步法”教學(xué)模式。課程開設(shè)至今，上過該課程的同學(xué)在國內(nèi)外各種級別的結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽上屢獲佳績，共獲得9屆全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽“一等獎”，兩組同學(xué)獲得兩屆國際校際高校結(jié)構(gòu)設(shè)計邀請賽“第一名”。本文著重介紹結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作課程的發(fā)展歷程，并對課程建設(shè)進(jìn)行了反思，希望對相關(guān)課程建設(shè)起到借鑒作用。

1 結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作教學(xué)模式的發(fā)展與實踐

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作課程最早開設(shè)于2010年，當(dāng)時開設(shè)課程的目的是“以教帶訓(xùn)”，為各種級別的結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽培養(yǎng)參賽選手。回顧9年來課程的演化歷程，共經(jīng)歷了從獨立發(fā)現(xiàn)到指導(dǎo)性發(fā)現(xiàn)再到建構(gòu)式學(xué)習(xí)的3個發(fā)展階段。

1.1 獨立發(fā)現(xiàn)階段

課程開設(shè)伊始，借由競賽指導(dǎo)中積累的經(jīng)驗，設(shè)計了一系列循序漸進(jìn)、由淺入深的模型制作題目。上課時學(xué)生隨機(jī)組隊，在規(guī)定的時間內(nèi)由學(xué)生隨機(jī)組隊完成任務(wù)，在模型制作完成后，每組同學(xué)單獨向指導(dǎo)教師陳述模型制作思路和心得體會，并進(jìn)行加載，根據(jù)模型加載表現(xiàn)為各組同學(xué)評定分?jǐn)?shù)。這種教學(xué)方式與學(xué)生所熟悉的接受式課堂教學(xué)有很大區(qū)別，它提倡學(xué)生的個人探索、重視知識的學(xué)以致用，對于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)實際操作能力是很有效的，因而深受學(xué)生歡迎。

這種教學(xué)模式與傳統(tǒng)的接受式教學(xué)區(qū)別明顯，具有發(fā)現(xiàn)式教學(xué)（比如“做中學(xué)”）的特征。但是，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)教學(xué)效果并不如表面看上去那樣美好。學(xué)生在實際操作中更多獲取的是直接經(jīng)驗，缺乏知識的系統(tǒng)性，學(xué)習(xí)效率較低，個體學(xué)習(xí)效果的差異大，大部分同學(xué)僅憑“動手做”并不能將表面的現(xiàn)象轉(zhuǎn)變?yōu)樯羁痰睦斫?，甚至學(xué)生發(fā)現(xiàn)的規(guī)律還可能是錯誤的。這種教學(xué)方式更多的是具有選拔隊員的功能，培養(yǎng)認(rèn)知的成分偏少。

1.2 指導(dǎo)性發(fā)現(xiàn)階段

針對學(xué)生獨立發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的不足，及時進(jìn)行了修正。將單獨交流改為集體交流，包括加載前介紹和加載后討論和總結(jié)。在討論中更加突出教師的意見的系統(tǒng)性，以加深學(xué)生對知識的理解。

這是一個學(xué)生在教師指引下的主動學(xué)習(xí)過程，在獨立發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，加入了些許接受式教學(xué)的“佐料”，是對學(xué)生理解知識前提下的指導(dǎo)，而不是簡單的傳授。教學(xué)實踐表明，由單獨發(fā)現(xiàn)向指導(dǎo)性發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)變，確實實現(xiàn)了強化學(xué)生“認(rèn)知的系統(tǒng)性”的目的。但是還存在不足，主要表現(xiàn)為學(xué)生在“做模型”過程中得到的“發(fā)現(xiàn)”的質(zhì)和量有很大差異，而這種差別與兩方面因素密切相關(guān)：①學(xué)生原有認(rèn)知框架的差異，即個體在先修課程中學(xué)習(xí)的知識儲備差異以及具備的生活經(jīng)驗差異；②學(xué)生想象力和創(chuàng)造性思維的能力差異。

1.3 建構(gòu)式學(xué)習(xí)階段

為了提升認(rèn)知的質(zhì)量和效率，參照建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)觀，對課程的教學(xué)方式進(jìn)行了進(jìn)一步的調(diào)整和補充。在“做”之前添加了“教”的環(huán)節(jié)，在“討論”之后增加了“拓展”部分，同時對每一個教學(xué)環(huán)節(jié)均進(jìn)行了補充、完善和豐富，最終形成“教、做、論、拓”的“4步法”教學(xué)方式。

第1步“教” 為了減小學(xué)生原有認(rèn)知框架差異的影響，在每一課程單元展開之前，加入了對該單元涉及的相關(guān)知識介紹。“教”并非是傳授新知識，而是回顧舊知識，是引出學(xué)生已有的觀念。這些已經(jīng)儲存在學(xué)生頭腦中的舊知識在個體之間存在不同程度的局限性，表現(xiàn)為碎片化、惰性和不靈活，有待通過課程中設(shè)計的一系列活動（實踐操作、小組討論或辯論）進(jìn)行整合、激活和轉(zhuǎn)化，上升為被理解和會運用的知識。“教”的目的是通過回顧，縮小學(xué)生之間原有認(rèn)知框架的差異。

第2步“做” 在“做”階段，學(xué)生沉浸在教師設(shè)計的情境中，在規(guī)定的時間內(nèi)，隨機(jī)分組，進(jìn)行方案確定、材料性能測定、設(shè)計計算、繪制圖紙、施工搭建等一系列活動。在這個段，學(xué)生不是簡單地忙于動手操作。整個過程伴隨著討論、思辨、頭腦風(fēng)暴。不僅需要手和腦的聯(lián)盟，還需要利用各種手段（圖紙、照相、攝像、錄音等）對活動過程進(jìn)行詳細(xì)記錄。老師不是提供了環(huán)境、條件和設(shè)備后就可以旁觀了，而是在學(xué)生“做”的過程中巡視、觀察各組同學(xué)對賽題的反應(yīng)，及時解答同學(xué)對賽題理解上的疑問。需要特別注意的是，對于涉及解題方法方面的問題，切記不要直接回答，而是用類似“你覺得呢？”這樣的反問，或者采用討論的方式，引導(dǎo)學(xué)生自己得出答案。不要給學(xué)生一個現(xiàn)成的想法，而是讓學(xué)生自己組裝出來，學(xué)生會更理解這個想法，更喜歡這個想法，更愿意去采取行動。

第3步“論” 在“論”階段，各組同學(xué)逐一介紹設(shè)計思路、展示制作過程、模型加載測試、教師點評、學(xué)生互評。課程進(jìn)展到這一步是學(xué)生觀念發(fā)生變化、延伸或改變的階段。在這個階段要充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，教師需要在3個方面進(jìn)行引導(dǎo)：①糾偏，將學(xué)生主觀形成的觀念偏差引向正確的方向；②引導(dǎo)反思，不僅引導(dǎo)對具體的行動進(jìn)行反思，更要引導(dǎo)對行動的目標(biāo)展開反思；③引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成批判性思維和創(chuàng)造性思維能力。

第4步“拓” 每一次課為一個單元，著重解決一個主題問題。課上部分由以上3步組成，第4步“拓”是課后拓展部分，公布一個難度和復(fù)雜程度更高的具有挑戰(zhàn)性的模型設(shè)計制作題，在下一次上課前的任何時間都可以到模型室制作模型和加載測試，測試成績計入最終成績評定。這一階段讓學(xué)生在更加復(fù)雜困難的情境下進(jìn)行對知識二次發(fā)現(xiàn)。

研究表明［1］：建構(gòu)性的學(xué)習(xí)符合學(xué)習(xí)的本質(zhì)，有利于開發(fā)人腦的潛力，能促進(jìn)人的整體、可持續(xù)發(fā)展。它不是一種具體的學(xué)習(xí)方法，而是人探索、認(rèn)識、發(fā)現(xiàn)世界的方式。以上“4步法”教學(xué)模式具有建構(gòu)性學(xué)習(xí)的基本特征，表現(xiàn)在：①探究式學(xué)習(xí)，學(xué)生是主動的、積極的知識探究者；②情境化學(xué)習(xí)，情境體驗貫穿學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的始終；③問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)，學(xué)習(xí)者在解決問題過程中扮演積極的角色；④社會性學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者采用協(xié)作和討論的方式互教互學(xué)、質(zhì)疑釋疑；⑤內(nèi)在驅(qū)動學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者有強烈的好奇心和求知欲，學(xué)習(xí)者渴望理解、掌握知識以及陳述與解決問題。

教學(xué)實踐表明，學(xué)生通過“4步法”學(xué)習(xí)，將碎片化的知識進(jìn)行整合，內(nèi)化學(xué)習(xí)內(nèi)容，深刻理解了學(xué)習(xí)內(nèi)容；將惰性的知識激活，將陳述性知識轉(zhuǎn)化為程序性知識，學(xué)會了應(yīng)用；將不靈活的知識盤活，實現(xiàn)了廣泛而靈活的遷移和創(chuàng)新［2-3］。

2 對提高教學(xué)方式有效性的反思

2.1 以學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律為依據(jù)

認(rèn)知規(guī)律是指個體認(rèn)識活動中客觀存在的規(guī)律。對認(rèn)知規(guī)律的認(rèn)識是一切課程建設(shè)的前提［3］。建構(gòu)主義是20世紀(jì)80年代以來興起的一種具有廣泛國際影響的學(xué)習(xí)理論，建構(gòu)主義強調(diào)學(xué)習(xí)者的主動性，認(rèn)為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者基于原有的知識經(jīng)驗生成意義、建構(gòu)理解的過程，而這一過程常常是在社會文化互動中完成的［4］。作為人類認(rèn)識世界的一種認(rèn)知方式（但不是唯一的），建構(gòu)主義在教學(xué)領(lǐng)域里總是有意無意地存在著并發(fā)生著影響，特別是一些優(yōu)秀教師或多或少都進(jìn)行著建構(gòu)主義的教學(xué)實踐［5］。選擇教學(xué)方式的判定依據(jù)是這種方式是否更有助于知識的建構(gòu)，是否更有效。

2.2 需要創(chuàng)造性地情境設(shè)計，引人入勝是關(guān)鍵

情境是學(xué)生實現(xiàn)知識意義構(gòu)建的物理和精神環(huán)境，建構(gòu)主義強調(diào)“情境”在教學(xué)中的重要地位，這是因為相比于單純的講授，讓學(xué)生看見和身體力行地做更有利于學(xué)生對知識的理解和運用［6］。一個好的情境設(shè)計好比是一個好故事，需要打動學(xué)生的情感，拉近學(xué)生與知識之間的距離，達(dá)到引人（學(xué)生）入勝的效果［7］。教師應(yīng)該在課堂教學(xué)中使用真實的任務(wù)和日常的活動或?qū)嵺`，要富有參與性、互動性、結(jié)果不確定性或可期待性、挑戰(zhàn)性。情境不是靜態(tài)的，要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況動態(tài)調(diào)整。學(xué)生必須參與分析、推理的過程，讓他看到觀點、思想、理論是如何產(chǎn)生的。

2.3 教師的角色——“導(dǎo)演”而非“演員”

教師不僅僅需要有相關(guān)的專業(yè)知識，重要的是要具備教育理論知識，不僅能夠講清楚知識，更應(yīng)該具備引導(dǎo)學(xué)生提高學(xué)習(xí)能力的本領(lǐng)。淵博的知識和富有感染力的演講口才，對成為優(yōu)秀教師起錦上添花的輔助作用，但并非優(yōu)秀教師的必要條件。超強講臺表現(xiàn)力，會引起學(xué)生的崇拜，但如果僅限于精彩的講授，則還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。如果將課堂比喻成劇場，稱職的教師不應(yīng)該是舞臺中心的演員，而應(yīng)該是幕后的導(dǎo)演，應(yīng)該將舞臺的中心讓位給每一位學(xué)生。優(yōu)秀的教師應(yīng)該做好4件事：教學(xué)形式的設(shè)計和教學(xué)內(nèi)容篩選；教學(xué)情境的設(shè)計和搭建；組織教學(xué)環(huán)節(jié)推進(jìn)；服務(wù)學(xué)生。

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作這門課具有明顯的理論與實踐并重的特點，擔(dān)當(dāng)好“導(dǎo)演”角色對教師的能力儲備是多方面的。對任課教師的基本要求是：教師本人必須親自完成課程中涉及的所有模型制作題目，要做到對每一個細(xì)節(jié)了然于胸。只有經(jīng)歷了這種體驗，才有可能將理論知識與具體的情境結(jié)合，才能夠在親身體驗中發(fā)掘批判性思維和創(chuàng)造性思維的著眼點，才能夠言之有物，才能夠在面對新的挑戰(zhàn)性難題時成為學(xué)生的表率［8］。

2.4 學(xué)生的角色——“演員”而非“觀眾”

經(jīng)歷了多年小學(xué)、初中、高中的應(yīng)試教育，學(xué)生們已經(jīng)習(xí)慣于在課堂上當(dāng)觀眾，被動地接受知識。建構(gòu)主義要求學(xué)生面對認(rèn)知復(fù)雜的真實世界的情境，并在復(fù)雜的真實情境中完成任務(wù)，因而學(xué)生需要采取一種新的學(xué)習(xí)風(fēng)格、新的認(rèn)識策略，形成自己是知識與理解的建構(gòu)者的心理模式［9］。在教學(xué)中，教師不僅需要力圖做好自己的角色定位，同樣重要的是要引導(dǎo)學(xué)生做好角色定位，實現(xiàn)從“觀眾”到“演員”的轉(zhuǎn)變。

2.5 教育需“留白”

在大學(xué)里，教師特別注重理論的系統(tǒng)性和完整性，生怕有所漏失。學(xué)生被動接受，課堂上聽知識、考前背知識、考后忘知識。需要認(rèn)識到我們現(xiàn)在所處的時代，具有高度的不確定性、復(fù)雜性、模糊性、快變性，能力、素養(yǎng)和智慧就變得越重要，能力需要訓(xùn)練和實踐，素養(yǎng)需要熏陶和滋養(yǎng)，智慧需要感悟和啟迪。這些不是簡單地以灌輸知識為主的課堂教學(xué)可以獲得的！

在信息爆炸的今天，知識迅速更新，獲得知識的途徑有許多種，教師的知識傳授不必也不可能面面俱到，新局面下教師應(yīng)該學(xué)會“留白”，為學(xué)生的獨立思考留白。應(yīng)該給學(xué)生們以更多的可支配時間、更寬容的環(huán)境，以激發(fā)他們的好奇心、發(fā)揮他們的想象力、培養(yǎng)他們的批判性思維能力?！傲舭住钡暮x是為學(xué)生的思考和建構(gòu)留出空間，既不是一味地做，也不是一味地講。

應(yīng)該將教學(xué)內(nèi)容精煉到核心概念和基本命題上，用一個邏輯線將它們連接起來。對于基礎(chǔ)力學(xué)，這條邏輯線就是固體力學(xué)的三大基本方程。在這之下，展開第2層、第3層的概念與命題。主干邏輯連接的內(nèi)容，會被學(xué)生反復(fù)實踐、理解并運用。次層展開的內(nèi)容，不求周全但求深入。不求周全不是說其他知識不重要，而是取其中一個問題，通過與學(xué)生一起分析、解決，讓學(xué)生獲得各種能力。人的一生會遇到許多問題，教師不要試圖將解決問題的所有知識都教給學(xué)生，而是培養(yǎng)學(xué)生分析問題，解決問題的能力。學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)知識，更要學(xué)會學(xué)習(xí)，學(xué)會和別人合作。

2.6 小班教學(xué)的組織形式

鑒于建構(gòu)式教學(xué)的形式和特點，班級規(guī)模宜小不宜大。小班教學(xué)有利于教學(xué)的組織，進(jìn)行基于情景的問題導(dǎo)向的教學(xué)；有利于教師傾聽學(xué)生的看法，洞察學(xué)生想法的由來；有利于學(xué)生針對某些問題進(jìn)行探索，相互交流和質(zhì)疑，相互合作［10］。在結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作課堂上，25人左右是理想的學(xué)生人數(shù)。一旦超過這個數(shù)字，教學(xué)效果將隨學(xué)生人數(shù)的增加下降。這種師生比例對教學(xué)的師資配備提出了很高的要求。

2.7 注重教學(xué)的實效性

學(xué)生的學(xué)習(xí)是否有效是檢驗教學(xué)模式的唯一標(biāo)準(zhǔn)，在確定教學(xué)設(shè)計時應(yīng)該實事求是，針對課程的性質(zhì)和特點，具體問題具體分析，不可過分強調(diào)形式和技巧?！?步法”教學(xué)方式，比較適合學(xué)生通過先修課程已經(jīng)具備了一定數(shù)量的相關(guān)知識儲備的情況，只不過這些知識更多地屬于陳述性的知識和處于碎片化、惰性和不靈活狀態(tài)，需要借助本課程進(jìn)行整合、轉(zhuǎn)化、激活和遷移。這種方法更適合操作性和實踐性很強的一些學(xué)科課程，而對于經(jīng)典的理論密集型的課程則學(xué)生的可操作空間不多。特別是對于講座式的基礎(chǔ)課教學(xué)，留給老師和學(xué)生的空間就比較小了。關(guān)鍵的一點是在教學(xué)思想上貫徹“建構(gòu)主義”的思想，在行動上體現(xiàn)“學(xué)生中心”的理念即可，不必搞形式主義。

3 結(jié) 語

本文回顧了我校實驗類課程結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作的授課模式的發(fā)展演變過程，介紹了以“教、做、論、拓”為教學(xué)步驟的“4步法”教學(xué)模式，探討了“4步法”教學(xué)模式與建構(gòu)主義教學(xué)理論的契合。經(jīng)過9年的實踐表明，這種授課模式可以有效激發(fā)學(xué)生的專業(yè)熱情，將原本零碎的知識加以整合，融會貫通，可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力、動手實踐能力、口頭表達(dá)能力和創(chuàng)新能力。選修過這門課程的學(xué)生在國內(nèi)外各個級別的結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽上均有優(yōu)異表現(xiàn)。

正如沒有“包治百病的良方”，任何教育模式都有其適用的范圍。教育技術(shù)是次要的，教育思想是首要的。教學(xué)的關(guān)鍵是老師換位思考，站在學(xué)生的角度想一想學(xué)生的接受能力、學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效果，而不是一味地以老師固有的觀點來傳授知識。知識固然重要，但更重要的是讓學(xué)生通過被啟發(fā)的探索，獲得持續(xù)性的學(xué)習(xí)興趣和動力，這對他們的終身學(xué)習(xí)是大有裨益的。