TDED 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探究

劉志慧， 李愛華， 牛懷磊

（1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東青島266580；2.中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程（青島）有限公司質(zhì)量監(jiān)督站，山東青島266555）

0 引 言

21 世紀(jì)以來(lái)，海洋能源成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)，海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略成為保障我國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略。習(xí)近平總書記指出，強(qiáng)起來(lái)要靠創(chuàng)新，創(chuàng)新要靠人才。我校船舶與海洋工程專業(yè)立足于海洋油氣資源開發(fā)的海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)與制造，力在培養(yǎng)具有解決復(fù)雜問題能力和創(chuàng)新能力的海洋工程專業(yè)人才。

目前，船舶與海洋工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式采用分組教學(xué)，每組4 ～6 人，教師設(shè)置實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（教的環(huán)節(jié)），學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告（學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)），教師是主導(dǎo)者，學(xué)生是跟隨者。多數(shù)學(xué)生僅是跟著“實(shí)驗(yàn)步驟”走了一遍，而對(duì)于實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)涉及的理論知識(shí)缺乏“內(nèi)化”的認(rèn)知和理解，對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果缺乏“深化”的分析和討論，達(dá)不到創(chuàng)新型的實(shí)踐能力培養(yǎng)。

如何提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高階性、挑戰(zhàn)度、創(chuàng)新性，打造船舶與海洋工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)“金課”，培養(yǎng)具備綜合素質(zhì)和能力的船舶與海洋工程專業(yè)人才，有必要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式上另辟蹊徑，進(jìn)行較大的改革。

1 以學(xué)生為主，構(gòu)建TDED教學(xué)模式

Think-Pair-Share［1］教學(xué)模式是美國(guó)馬里蘭大學(xué)雷曼（Frank Lyman）教授針對(duì)閱讀及討論課程設(shè)計(jì)的一種使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的有效策略，后來(lái)被一些專家應(yīng)用于自然科學(xué)的理論教學(xué)［2］。借鑒Think-Pair-Share 模式，構(gòu)建以成果為導(dǎo)向的“思考-設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)-討論”（簡(jiǎn)稱“TDED”）實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式分為4 個(gè)步驟：① 老師提出實(shí)驗(yàn)主題，學(xué)生圍繞該主題進(jìn)行思考，確定實(shí)驗(yàn)將要探究的具體內(nèi)容（該過程需要學(xué)生查閱10 篇左右相關(guān)文獻(xiàn)）。②學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。③ 學(xué)生依據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。④每組學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、結(jié)果等成果進(jìn)行展示，與老師、同學(xué)進(jìn)行交流討論。在交流討論中相互學(xué)習(xí)，開拓思維與視野。

從該4 個(gè)步驟可見，TDED 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式具備以學(xué)生為中心和以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向兩個(gè)特點(diǎn)。

與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比，TDED 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在教師和學(xué)生角色、評(píng)價(jià)考核等方面都有較大的變化，如圖1 所示。

（1）遵循學(xué)生為主體、教師輔助的原則，轉(zhuǎn)換教學(xué)角色。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師承擔(dān)了從文獻(xiàn)調(diào)研—提出問題—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟），到實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的全部工作；學(xué)生僅為實(shí)驗(yàn)方案的“跟隨者”“執(zhí)行者”。

圖1 教學(xué)模式改革前后對(duì)比圖

在TDED教學(xué)模式中，學(xué)生承擔(dān)了從文獻(xiàn)調(diào)研—提出問題—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（包括：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟），到實(shí)驗(yàn)操作和結(jié)果處理、討論的全過程。傳統(tǒng)模式中教師包辦的任務(wù)大多還給了學(xué)生，教師從“主導(dǎo)者”演變?yōu)椤耙龑?dǎo)者”，參與學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的全過程，即課前預(yù)習(xí)（微課制作）—文獻(xiàn)調(diào)研檢查—實(shí)驗(yàn)方案審核—實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)—實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。

（2）增加分組討論、匯報(bào)環(huán)節(jié)。采用小組合作和PPT匯報(bào)的形式。從一開始的提出問題，到最后的解決問題，學(xué)生通過交流研討、深化思考、相互汲取、以學(xué)促學(xué)，達(dá)到知識(shí)的內(nèi)化吸收、融合升華，使學(xué)習(xí)過程形成一個(gè)完整的閉環(huán)。

TDED教學(xué)模式堅(jiān)持以學(xué)生為中心展開研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)［3］、自我挑戰(zhàn)、協(xié)作創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)秀的人格素養(yǎng)和堅(jiān)韌的意志品質(zhì)。

2 以成果為導(dǎo)向，反向設(shè)計(jì)

TDED教學(xué)模式基于成果導(dǎo)向教育理念（OBE 理念［4-9］），由OBE指標(biāo)反向設(shè)計(jì)［10-14］9 個(gè)最終學(xué)習(xí)成果（見表1）。

表1 成果導(dǎo)向反向設(shè)計(jì)表

各個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)應(yīng)達(dá)成反向設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)成果，整個(gè)過程對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的4 重境界，達(dá)成學(xué)生動(dòng)手能力、思考能力、發(fā)現(xiàn)問題的能力以及開發(fā)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，如圖2 所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的4重境界

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生跟隨老師的節(jié)奏，模仿完成實(shí)驗(yàn)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第1 重境界，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力；在實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析過程中能夠回答老師提出的問題，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第2 重境界，達(dá)成學(xué)生思考能力的培養(yǎng)。

TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生以小組團(tuán)隊(duì)的形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不是機(jī)械式地跟隨模仿。在實(shí)驗(yàn)中能夠發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行討論，能夠結(jié)合文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)室條件提出問題，設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)解決方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。整個(gè)過程既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的思考能力，同時(shí)達(dá)成了學(xué)生提出問題的能力和設(shè)計(jì)開發(fā)能力的培養(yǎng)，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)4 重境界的第1 ～4 重境界，綜合培養(yǎng)了學(xué)生復(fù)雜問題的研究能力。

TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)施對(duì)學(xué)生提出了更高的要求。學(xué)生需要充分利用課下的時(shí)間進(jìn)行文獻(xiàn)查閱，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的條件和老師的引導(dǎo)提出要研究的問題，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)的分析和研究報(bào)告。對(duì)比傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生課下只需要完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，使得實(shí)驗(yàn)難度大大提高，學(xué)生的課后時(shí)間被充分調(diào)動(dòng)利用。

TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)施同時(shí)對(duì)教師也提出了更高的要求。老師需要制作微課，利用微信公眾號(hào)發(fā)布微課信息，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，保證實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)連貫性；對(duì)學(xué)生進(jìn)行案例分析的引導(dǎo)，使學(xué)生感到有趣并受到啟發(fā)；對(duì)學(xué)生的每個(gè)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行詳細(xì)地指導(dǎo)，并根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案盡可能地提供材料，制作實(shí)驗(yàn)所需工具；在實(shí)驗(yàn)過程中答疑解惑；組織實(shí)驗(yàn)成果匯報(bào)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，教師只需掌控整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程，對(duì)學(xué)生進(jìn)行答疑解惑。相比較而言，TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式需要教師不斷地學(xué)習(xí)，豐富自己的知識(shí)體系以及付出更多的心血。

TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，通過提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)，學(xué)生具有了解決復(fù)雜問題的能力和科學(xué)研究的高級(jí)思維；通過文獻(xiàn)閱讀和提出問題環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與前沿結(jié)合，學(xué)習(xí)具有探究性；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難度提升，學(xué)生需要付出努力，認(rèn)真研究才能完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。因此，TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)滿足了金課的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的要求，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，為培養(yǎng)合格人才邁進(jìn)了一大步。

3 教學(xué)方法

TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式基于船舶與海洋工程專業(yè)人才培養(yǎng)的成果為導(dǎo)向，反向設(shè)計(jì)了9 個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)期望學(xué)生達(dá)到的能力和具備的素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)的途徑分布于TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，具體實(shí)施方案見圖3。

圖3 TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式實(shí)施方案

教學(xué)實(shí)施過程分為課堂和課下兩個(gè)學(xué)習(xí)階段，采用線上、線下相結(jié)合的學(xué)習(xí)空間，涵蓋所有的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，采用引導(dǎo)式、互動(dòng)式、自主式、合作式、發(fā)現(xiàn)式等學(xué)習(xí)模式，形成多元混合式教學(xué)方法。

（1）學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)問題提出問題，將教師講授的專業(yè)理論知識(shí)和文獻(xiàn)查閱的知識(shí)內(nèi)化吸收，形成對(duì)專業(yè)更深層次的認(rèn)知，提出擬解決的問題。

（2）學(xué)生通過合作學(xué)習(xí)進(jìn)行小組討論，根據(jù)提出的問題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，這一過程充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。

（3）通過引導(dǎo)式學(xué)習(xí)和互動(dòng)式學(xué)習(xí)，教師完成對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)和思維拓展以及對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的修正，加強(qiáng)了教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的聯(lián)系，充分展示教師的輔助作用。

4 全過程、多元化考核

TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的考核，堅(jiān)持以學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出為導(dǎo)向，在教學(xué)實(shí)施的各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生達(dá)成成果的程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，考核內(nèi)容與目標(biāo)成果對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2。

評(píng)價(jià)因素為對(duì)應(yīng)的9 個(gè)目標(biāo)學(xué)習(xí)成果，考核結(jié)果為百分制，用矩陣x表示為：

目標(biāo)成果分配權(quán)重用w表示為：

表2 考核內(nèi)容與目標(biāo)成果對(duì)應(yīng)關(guān)系

實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)結(jié)果可表示為：s ＝w*xT。

考慮自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)價(jià)的權(quán)重用W表示：W ＝（W1，W2，W3），對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果用S 表示為：S ＝ （s1，s2，s3），則最終實(shí)驗(yàn)成績(jī)可以表達(dá)為：S總＝W*ST。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單純以結(jié)果作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，考核的是學(xué)生的分析水平，考評(píng)環(huán)節(jié)不能反映學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)的過程，有失公平性。TDED 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以學(xué)生的學(xué)習(xí)過程作為過程性評(píng)價(jià)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生參與的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)，充分反映了學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程，公平合理。

TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)從學(xué)生參與的微課、文獻(xiàn)閱讀、提出問題、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)成果展示匯報(bào)7 個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行構(gòu)建，依據(jù)每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)目標(biāo)學(xué)習(xí)成果的相關(guān)度設(shè)置分值比例。

考核的7 個(gè)環(huán)節(jié)包含了實(shí)驗(yàn)難度、學(xué)生的參與狀態(tài)、學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)等幾個(gè)方面的內(nèi)容，通過觀察小組團(tuán)隊(duì)成員之間的互動(dòng)與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中團(tuán)隊(duì)成員之間的配合情況、團(tuán)隊(duì)成員參與的廣度，通過小組團(tuán)隊(duì)實(shí)際解決問題的難易程度判斷學(xué)生參與的廣度；通過觀察小組團(tuán)隊(duì)成員是否積極參與并投入思考，是否在討論時(shí)發(fā)表意見建議來(lái)判斷學(xué)生參與的深度。

采用基于自評(píng)、互評(píng)、教師評(píng)價(jià)綜合的評(píng)價(jià)方法，其中自評(píng)占10%，互評(píng)占20%，教師評(píng)價(jià)占70%，使得評(píng)價(jià)結(jié)果合理可靠。

5 結(jié) 語(yǔ)

從海洋能源戰(zhàn)略背景下船舶與海洋工程專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，提出基于成果導(dǎo)向教育理念的TDED實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，對(duì)船舶與海洋工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行了一系列的教學(xué)模式改革探討，包括實(shí)施方案、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法以及考核評(píng)價(jià)機(jī)制。TDED 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以學(xué)生為主體，將學(xué)生能力的培養(yǎng)與素質(zhì)教育融入整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，為培養(yǎng)合格的專業(yè)人才提供強(qiáng)有力的支撐。