基于建構(gòu)主義學習理論的“紡織CAD”課程教學改革

劉 嫻，劉 瑞，肖遠淑，王新厚

(1.新疆大學 紡織與服裝學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.東華大學 機械工程學院，上海 201620)

在科技革命和產(chǎn)業(yè)變革大背景下，紡織工業(yè)的發(fā)展急需實用技能型、創(chuàng)新型、復(fù)合型人才[1]，因而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力成為紡織工程專業(yè)教學改革的主要目標之一。紡織CAD因其具有高效、精準、快捷的優(yōu)勢，目前已成為紡織企業(yè)快速設(shè)計新產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)，也是我國紡織工業(yè)由制造向“智造”轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)，因此“紡織CAD”是紡織工程專業(yè)培養(yǎng)方案中的重要課程之一?！凹徔桟AD”課程的信息量大，實操要求高，在教學過程中存在知識體系零散、理論與實訓脫節(jié)，以及傳統(tǒng)教學方法不利于學生將所學知識轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實踐能力等問題，亟需進行改革。

一、建構(gòu)主義學習理論

建構(gòu)主義學習理論[2]最早由皮亞杰提出，認為學習是一種自我建構(gòu)，知識的產(chǎn)生離不開認知主體的建構(gòu)活動[3]；維果茨基提出學習是基于社會建構(gòu)的觀點，認為學習是認知主體從已有的受到社會、文化環(huán)境影響的經(jīng)驗建構(gòu)新的知識；布魯納提出知識是某一學科領(lǐng)域的基本觀念，而學習應(yīng)該是一個能動的、積極的探究知識的過程，認知主體依靠已有知識主動探索并建構(gòu)新的思想和概念，強調(diào)激發(fā)學習者的內(nèi)部動機以產(chǎn)生學習興趣，從而主動參與到學習中去[4]。建構(gòu)主義學習理論是一種認知主體在其先驗知識基礎(chǔ)上積極主動重組、建構(gòu)新知的學習理論。

建構(gòu)主義學習理論的四個基本觀點[5]：(1)知識觀。知識不是對現(xiàn)實的準確表征，而是會隨著人類的進步不斷革新和改變的現(xiàn)實參照。(2)學習觀。學習不是教師對學生的知識灌輸，而是學生自我主動構(gòu)建新認識的過程。(3)學生觀。強調(diào)以學生為主體，激發(fā)學生的求知欲和探索激情，促進學生建構(gòu)能力的發(fā)展。(4)教師觀。教師不是知識的傳遞和呈現(xiàn)者，而是學生學習過程的幫助者和引導(dǎo)者。因此，基于建構(gòu)主義學習理論的教學模式可以概括為教師在教學過程中激發(fā)學生的能動性和積極性，并利用情境、協(xié)作、會話等要素來組織和引導(dǎo)學生實現(xiàn)所學知識的意義建構(gòu)[6-7]。

二、“紡織CAD”課程教學存在的問題

1.知識點多且體系零散

“紡織CAD”課程的知識點多，知識體系零散，學生難以掌握課程的知識信息，從而影響實踐能力的提高。“紡織CAD”課程不僅包含計算機和紡織方面的知識，在實驗教學中還融合了藝術(shù)學、設(shè)計學基礎(chǔ)內(nèi)容，從課程內(nèi)容的學科交叉性和應(yīng)用實踐的創(chuàng)新性角度來講，該課程不是一門輔助設(shè)計的計算機操作類課程，而是一門以應(yīng)用多學科交叉領(lǐng)域知識來實現(xiàn)綜合設(shè)計與創(chuàng)新實踐能力訓練的課程，而這也使該課程存在知識信息龐雜、學生難以掌握的問題。

2.傳統(tǒng)講授法不利于能力培養(yǎng)

傳統(tǒng)的講授和引導(dǎo)型教學方法不利于培養(yǎng)學生將知識信息轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新實踐的能力。“紡織CAD”課程實操要求高，傳統(tǒng)的教學方法雖可以使學生按部就班地掌握課程知識，但不利于提升其解決實際工程問題的能力。

3.理論與實訓脫節(jié)

“紡織CAD”課程理論和實訓脫節(jié)，難以有效調(diào)動學生的探索興趣，從而影響其深度學習的自主性以及創(chuàng)新實踐能力的提升。我們在學情分析和課程調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，學生對該課程的主要學習預(yù)期是提升自我創(chuàng)新能力。學生對課程興趣點和難點內(nèi)容(表1)的調(diào)研結(jié)果顯示，學生最感興趣的是織物組織分析和來樣設(shè)計，最難掌握的是計算機輔助設(shè)計原理和各種模型的建立與設(shè)計。此外，在調(diào)研中還發(fā)現(xiàn)，學生最想進一步加強學習的是圖案設(shè)計與創(chuàng)作方法，他們希望教師多提供一些能夠拓展思維的案例分析等。這說明學生對于課程的學習預(yù)期不只是計算機操作實踐，更傾向于課程內(nèi)容的創(chuàng)新實踐；學生不僅提出對于專業(yè)基礎(chǔ)知識、拓展思維案例、設(shè)計與創(chuàng)作的要求，同時對紡織與計算機、藝術(shù)學、設(shè)計學等學科的交叉領(lǐng)域知識具有自主學習的期望。

表1 學生對課程的興趣點和難點內(nèi)容分析

三、“紡織CAD”課程教學的改革實踐

針對上述問題，借鑒建構(gòu)主義學習理論，“紡織CAD”課程教學改革思路為：(1)教學內(nèi)容改革應(yīng)以學生知識體系的建構(gòu)效果為指標，在學生已有知識的基礎(chǔ)上逐步、分層次地整合課程知識體系。(2)教學方法改革應(yīng)以學生創(chuàng)新實踐能力的意義建構(gòu)為指標，結(jié)合多種教學方式，利用情境、協(xié)作、會話等教學活動實現(xiàn)意義建構(gòu)。通過教學內(nèi)容和教學方法的改革使學生從知識建構(gòu)到意義建構(gòu)，最終實現(xiàn)創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。

1.教學設(shè)計

首先，結(jié)合“紡織CAD”課程的學科多元化和交叉性特點，將課程定位從原來的計算機輔助設(shè)計操作訓練類課程改變?yōu)榫C合設(shè)計與創(chuàng)新實踐能力訓練課程。其次，針對該課程知識體系零散以及理論與實訓脫節(jié)的問題，在課程內(nèi)容方面通過增加小樣試織訓練來銜接紡織CAD系統(tǒng)理論教學和仿真設(shè)計實訓，整合課程知識體系，使學生在調(diào)用已有的織物組織結(jié)構(gòu)和織造訓練知識的基礎(chǔ)上，能更好地理解紡織CAD系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計的理論背景和技術(shù)原理，同時也使學生易于把握仿真設(shè)計實訓的技術(shù)要點。再次，教學過程根據(jù)內(nèi)容的難易程度采用梯度設(shè)計的方法分階段實施，主要包括三個層次：基礎(chǔ)知識、綜合訓練、創(chuàng)新實踐。整合后的教學內(nèi)容和教學過程旨在逐步實現(xiàn)理論—實踐—檢驗—提升的學習目標。

2.“梯度設(shè)計、建構(gòu)新知”的系統(tǒng)教學內(nèi)容

以學生知識體系的建構(gòu)效果為目標，在合理拓展學科交叉領(lǐng)域知識范圍以及挖掘知識深度的情況下，將課程內(nèi)容依據(jù)難度梯度分成基礎(chǔ)知識、綜合訓練、創(chuàng)新實踐三個層次。

(1)在基礎(chǔ)知識層次，以學生課前的知識結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以紡織CAD技術(shù)基礎(chǔ)、系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用原理、模擬仿真原理、軟件應(yīng)用等知識點為主，使學生從整體上認知紡織CAD的學習意義和實現(xiàn)路徑。相應(yīng)的訓練以軟件應(yīng)用為主，條件明確、要求具體、答疑細致的訓練可以幫助學生盡快熟悉軟件應(yīng)用和任務(wù)分析中的問題，并提高完成設(shè)計任務(wù)的興趣和信心。

(2)在綜合訓練層次，采用案例教學方式，以織物來樣設(shè)計、上機仿真設(shè)計和小樣試織訓練為主，使學生熟練掌握所學知識并建構(gòu)知識體系，相應(yīng)的訓練以來樣分析為主。這一階段應(yīng)注意使學生在對比仿真效果與織造效果的差異中，逐步建立實踐觀念和工程思維。這種實踐觀念需要學生正視將科學理論應(yīng)用于工程實踐時所存在的問題，并且這些問題是對學生長期應(yīng)試教育下形成的“正確答案”思維模式的挑戰(zhàn)，也是幫助學生理解科學理論在工程實踐中需要通過修正才能真正得以應(yīng)用的過程，這也將達成培養(yǎng)學生工程實踐觀念的目標。

(3)在創(chuàng)新實踐層次，以織物產(chǎn)品設(shè)計、模擬仿真設(shè)計和織造效果對比分析為主要內(nèi)容，使學生學會根據(jù)項目需要拓展學習相關(guān)知識。相應(yīng)的訓練主要是以市場需求為導(dǎo)向的設(shè)計實踐，學生需逐步自主深度學習設(shè)計過程中所需的綜合知識，如調(diào)查問卷的設(shè)計與統(tǒng)計方法，創(chuàng)新設(shè)計中的圖案、色彩搭配方法等，從而達成培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力的目標。

3.“意義建構(gòu)、能力提升”的組合教學方法

以學生創(chuàng)新實踐能力的意義建構(gòu)為指標，針對傳統(tǒng)教學方法難以實現(xiàn)知識信息向能力培養(yǎng)的有效轉(zhuǎn)化，根據(jù)上述三個層次的教學內(nèi)容和對應(yīng)的階段訓練，逐次組合運用相應(yīng)的教學方法，使學生在知識體系上實現(xiàn)“意義建構(gòu)”和在實操訓練中得到“能力提升”，如圖1所示。

圖1 組合教學方法與實施過程

在第一階段，圍繞基礎(chǔ)知識，采用問題驅(qū)動式講授方法，有利于學生調(diào)動已有知識，參與到新知識點的思考與學習中；同時在實踐環(huán)節(jié)輔以任務(wù)驅(qū)動式訓練，使學生在整體認知的基礎(chǔ)上，對訓練任務(wù)產(chǎn)生一定的探索興趣。在第二階段，圍繞綜合訓練內(nèi)容，采用案例教學方式，使學生在分析和模仿案例實施過程中，深入探究與學習知識點，尤其在任務(wù)驅(qū)動和小組討論教學環(huán)節(jié)，學生可以通過配套的織造練習，對比設(shè)計效果與織造效果間的不同，分析原因并改進等，逐步樹立工程實踐觀念。在第三階段，圍繞創(chuàng)新實踐內(nèi)容，進一步拓展學生完成創(chuàng)新實踐所需的知識結(jié)構(gòu)，在實踐中檢驗知識信息的準確性與合理性，在思維層面和應(yīng)用層面建構(gòu)自己的知識體系，并在實踐中實現(xiàn)自主學習、思考、協(xié)作、創(chuàng)新設(shè)計和表達輸出等能力的全面提高，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力。

4.教學效果

在課程教學改革后的反饋和評價中，我們發(fā)現(xiàn)改革后的課程內(nèi)容和相應(yīng)的梯度訓練不僅與學生的學習預(yù)期相契合，而且借助這一課程的訓練，學生對于織物組織結(jié)構(gòu)、紡織CAD仿真設(shè)計和織物小樣織造三部分知識逐步構(gòu)建起了系統(tǒng)的認知，避免了因知識點龐雜而造成學習效果不佳的問題，并且解決了理論知識和實訓要求脫節(jié)的問題。同時，梯度設(shè)計的課程教學過程以及多種組合的教學方法使學生完成了知識點從單一到復(fù)雜的逐步建構(gòu)，也實現(xiàn)了學生的課堂學習從被動參與到主動求知的轉(zhuǎn)變，尤其在梯度設(shè)計的各教學環(huán)節(jié)的學習反饋中，學生不斷得到肯定，其解決實際問題的能力和信心也不斷增強。在鼓勵和指導(dǎo)學生參與各種學科競賽(如國家紡織工程教學指導(dǎo)委員會主辦的中國高校紡織品設(shè)計大賽等)過程中，學生對提高自身綜合能力表現(xiàn)出較強的責任驅(qū)動意識，說明學生已逐步進入深度自主學習狀態(tài)，這將有助于學生形成持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新實踐能力。

四、教學反思

總結(jié)本次教學改革成果，借鑒建構(gòu)主義學習理論進行課程教學改革需注意以下幾個方面：(1)要充分了解學情，與學生共建學習預(yù)期。這是以學生為中心開展教學的重要基礎(chǔ)工作。(2)在教學設(shè)計中需要安排系統(tǒng)、合理的課程內(nèi)容。常規(guī)采用單一教材的授課內(nèi)容易局限于教材本身，而忽略學生在建構(gòu)新知過程中遵循承前啟后的規(guī)律，從而造成課程內(nèi)容繁雜、脫節(jié)等問題，因此課程內(nèi)容的設(shè)計應(yīng)考慮知識體系的整體性以及適于各學習階段的合理性。(3)根據(jù)具體教學內(nèi)容采用合適的教學方法。合適的教學方法有助于提高學生的學習效果，并且可以培養(yǎng)學生解決工程實際問題的信心和能力。(4)配套相應(yīng)的創(chuàng)新實踐能力訓練項目。通過項目訓練使學生不斷運用和檢驗所形成的知識體系，全面提高創(chuàng)新設(shè)計能力和實踐操作能力，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力。

基于建構(gòu)主義學習理論開展教學改革的難點在于，應(yīng)防止主觀經(jīng)驗主義和教條主義。由于學生存在認知有限、基礎(chǔ)不同的情況，主觀經(jīng)驗主義和教條主義會在一定程度上影響學生知識建構(gòu)和能力提升的效果，因而也給教學效果的提高帶來阻礙。因此，在教學中除了對應(yīng)階段的授課和訓練以外，針對性地開展主題講座、跨學科教學合作和知識講座，以及鼓勵學生參加各種活動和競賽等，可幫助學生在交流中減少或避免此類學習障礙。

五、結(jié)語

在培養(yǎng)紡織工程專業(yè)學生創(chuàng)新實踐能力的目標下，以建構(gòu)主義學習理論為指導(dǎo)，對“紡織CAD”課程教學內(nèi)容和教學方法進行了深入分析和改革實踐，將創(chuàng)新實踐能力具化為工程實踐觀念和創(chuàng)新實踐能力兩個層面，將理論授課和計算機操作訓練課程重新定位為學生創(chuàng)新實踐訓練的綜合課程，解決了以往知識體系零散、傳統(tǒng)教學方法不足以及理論與實訓脫節(jié)等問題，實現(xiàn)了“梯度設(shè)計、建構(gòu)新知”教學內(nèi)容的系統(tǒng)整合和“意義建構(gòu)、能力提升”的組合教學方法改革，使學生不僅在學習與訓練中逐步建構(gòu)新的知識體系，而且提高了創(chuàng)新實踐能力，同時也奠定了深度自主學習的基礎(chǔ)。