基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的工科課堂教學(xué)模式研究

王麗影 何永垚 呂磊 王建 杜常亮

[摘? 要]針對課堂教學(xué)改革持續(xù)推進中存在的學(xué)生創(chuàng)新能力不足的問題，本次研究采用文獻調(diào)研、理論分析和實踐驗證的方法，從學(xué)生創(chuàng)造潛力開發(fā)原理及其對課堂教學(xué)的啟示入手，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，結(jié)合相應(yīng)的課程特點和工程教育認證中的畢業(yè)要求，重構(gòu)課程目標(biāo)，優(yōu)化知識單元，融入行業(yè)精神，建立課程資料庫及學(xué)習(xí)指南，精心設(shè)計教學(xué)過程，組織多樣化的課堂教學(xué)，推行“3+X+1”教學(xué)模式，最終形成“知識學(xué)習(xí)—能力形成—實踐應(yīng)用—知識再學(xué)習(xí)”閉環(huán)，有效促進學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]創(chuàng)新能力? 混合式教學(xué)? 油層物理? 教學(xué)設(shè)計? 教學(xué)模式

基金項目：陜西高等教育教學(xué)改革研究項目（項目編號：19BY067）;延安大學(xué)研究生教改項目（項目編號：YDYJG2019013）;延安大學(xué)教學(xué)改革研究項目（項目編號：YDJGYB19-03）。

引? 言

黨的十九屆五中全會提出堅持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，國家對創(chuàng)新型人才的需求達到了一個前所未有的高度。而高校作為教育的大本營，其現(xiàn)代化建設(shè)任務(wù)是實現(xiàn)以人為本的教學(xué)改革實踐探索和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)。沉浸式學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂等被應(yīng)用于教學(xué)實踐，一大批“金課”的誕生，則標(biāo)志著高校教學(xué)改革進入到百花齊放的階段。然而，如何將“金課”建設(shè)成果轉(zhuǎn)換成學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生成長為具有多元素養(yǎng)的創(chuàng)新型人才，目前仍處于探索階段。本次研究探索多樣化培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的適配條件，優(yōu)化工科課堂教學(xué)模式，為學(xué)生提供創(chuàng)新環(huán)境，使課堂成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的基地。

創(chuàng)新能力研究及其對課堂教學(xué)的啟示

縱觀近年來的研究成果，國內(nèi)學(xué)者對創(chuàng)新能力的理解各不相同，但他們對創(chuàng)新能力內(nèi)涵的闡述基本上可以劃分為三種。莊壽強等認為創(chuàng)新是從創(chuàng)造引申而來的，個人創(chuàng)造能力=K（常量）×創(chuàng)造性×知識量。其中，創(chuàng)造性指創(chuàng)造意識、創(chuàng)造人格、創(chuàng)造思維、創(chuàng)造原理、創(chuàng)造方法之和，知識量指一個人所擁有知識的廣度和深度，而個人創(chuàng)造能力是可以通過相關(guān)的教育、激勵等來逐漸提高的。張寶臣等認為創(chuàng)新能力由創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能三大要素構(gòu)成，核心是創(chuàng)新思維。安江英認為創(chuàng)新能力表現(xiàn)為兩個相互關(guān)聯(lián)的部分，一部分是對已有知識的獲取、改組和運用;另一部分是對新思想、新技術(shù)、新產(chǎn)品的研究與發(fā)明等。盡管不同的學(xué)者對創(chuàng)新能力內(nèi)涵的界定有所不同，但都包涵了知識基礎(chǔ)、知識重組運用能力及積極創(chuàng)新意識三個方面，并且他們都認為創(chuàng)新能力是可以培養(yǎng)的。

教育的過程應(yīng)該是創(chuàng)造潛力培養(yǎng)的過程，而創(chuàng)造潛力的培養(yǎng)要遵循一定的科學(xué)原理，《行為創(chuàng)造學(xué)》認為：一是要先培養(yǎng)創(chuàng)造人格，如自信、質(zhì)疑、勇敢、勤奮、情感態(tài)度、認真求實和獻身精神等。二是開發(fā)創(chuàng)造潛力應(yīng)培養(yǎng)與創(chuàng)造有關(guān)的能力，如自學(xué)能力、觀察想象能力、接受新思想能力和社交能力等。三是創(chuàng)造性思維產(chǎn)生過程大致可分為頭腦中有一個待解決的中心問題;有足夠的知識儲備和信息資料積累;對要解決的問題進行反復(fù)長時間的思考;適當(dāng)擱置;靈感產(chǎn)生。四是一個人必須有一定的壓力，這樣才能驅(qū)散怠惰，激發(fā)求知欲，適當(dāng)?shù)墓ぷ骰驅(qū)W習(xí)壓力有利于創(chuàng)造潛力的開發(fā)。五是研討和爭論能夠振奮精神，開闊視野，增強人們的創(chuàng)新意識。六是知識的多少和層次的高低決定著創(chuàng)造成果的層次和科技含量。七是積極友好的創(chuàng)造環(huán)境對創(chuàng)造潛力的開發(fā)有推動作用。

創(chuàng)造潛力開發(fā)原理給了我們?nèi)c啟示：一是單純靠提升講課質(zhì)量無法完成學(xué)生創(chuàng)造潛力的培養(yǎng)，可以采用混合式教學(xué)，充分利用課前課后的延伸，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛力。二是每門課程都應(yīng)形成幾個系統(tǒng)性的復(fù)雜工程實踐問題，課程學(xué)習(xí)的過程就是問題解決的過程，給學(xué)生營造一個長期思考與積淀的環(huán)境，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維。三是推進課堂思政，用行業(yè)精神育人，培養(yǎng)學(xué)生的優(yōu)秀品質(zhì)和創(chuàng)造性人格。通過五年的“油層物理”課堂教學(xué)改革實踐研究總結(jié)出的“3+X+1”教學(xué)模式（3即“行業(yè)精神+《學(xué)習(xí)指南》+復(fù)雜工程實踐問題”三種基本構(gòu)件，X即為多樣化課堂教學(xué)模式，1即為一種有效督促考核方式），可以有效促進學(xué)生創(chuàng)造潛力的開發(fā)。

“3+X+1”教學(xué)模式

1.講好行業(yè)故事，用“行業(yè)精神”喚醒創(chuàng)造人格

認知因素和情感因素是影響學(xué)習(xí)投入度的主要因素，學(xué)習(xí)者個人的情感、態(tài)度和價值觀對學(xué)習(xí)行為具有引導(dǎo)和控制功能。好的課堂思政能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，培養(yǎng)創(chuàng)造人格，促進自主學(xué)習(xí)。如何優(yōu)選思政內(nèi)容，使之既能很好地融入專業(yè)課堂又能引起學(xué)生的共鳴，是課堂思政改革的難點。實踐表明，將行業(yè)精神引入課堂是很好的解決方案，行業(yè)精神源于工作實踐，形成于特定的行業(yè)背景，蘊含著令人感動的行業(yè)故事。因而，尋找行業(yè)精神與專業(yè)知識的結(jié)合點，挖掘其中蘊含的感人故事，以文字、圖片或影視資料的形式再現(xiàn)這些感人故事，讓學(xué)生感受平凡的行業(yè)故事中所蘊含的不平凡的“行業(yè)精神”。另外，要注意時長和頻率的把控。學(xué)生調(diào)查問卷和課堂實施經(jīng)驗表明，每門課程課堂思政的頻率為1～2周進行1次比較合適，而每節(jié)課的思政時長控制在5～10分鐘最為適宜。

以“油層物理”為例，講解石油精神中的“鐵人精神”時，可在課前把大慶油田開發(fā)背景資料發(fā)送給學(xué)生，讓學(xué)生在閱讀中感受創(chuàng)業(yè)的艱難，組織學(xué)生觀看“大慶會戰(zhàn)”視頻，并優(yōu)選鐵人王進喜在寒冬中跳進泥漿池里用身體攪拌泥漿的片段，使學(xué)生在觀影中感受什么是“鐵人精神”。課后拓展部分，讓學(xué)生進一步調(diào)研“鐵人”事跡，記錄“鐵人名言”，進一步感受“鐵人精神”，最終幫助學(xué)生形成自信、勤奮、認真求實的創(chuàng)造人格。

2.明確課程目標(biāo)，建立學(xué)習(xí)指南，完善課程資料庫，培養(yǎng)自學(xué)能力

根據(jù)課程特點，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為基礎(chǔ)設(shè)計課程目標(biāo)，構(gòu)建系統(tǒng)而完備的知識框架。然后根據(jù)課程目標(biāo)，構(gòu)建詳細可行的《課程學(xué)習(xí)指南》，在《課程學(xué)習(xí)指南》中盡可能詳盡地給出各個章節(jié)所涉及的不同形式的資料索引，如學(xué)習(xí)視頻、閱讀材料、分析案例、討論問題、拓展材料、行業(yè)背景及思政故事等，以利于學(xué)生自學(xué)時的查找閱讀。

培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的基石。隨著互聯(lián)網(wǎng)與信息技術(shù)的快速發(fā)展，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式呈現(xiàn)多元化的特征，大部分基礎(chǔ)知識學(xué)生可以通過在線學(xué)習(xí)獲得，教師的角色已從傳統(tǒng)的“知識的傳遞者”變成“知識的引導(dǎo)者”，教師的教學(xué)過程也變成了指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，優(yōu)化評價測試，督導(dǎo)學(xué)生完成自學(xué)，引入章節(jié)測試掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，然后將所有過程性評價結(jié)果作為學(xué)生平時成績的一部分。

3.組織多樣化的課堂教學(xué)，開展課堂深度討論，提升學(xué)習(xí)效果

單一“講授式”教學(xué)，無論教師講得多么精彩，都可能會忽視學(xué)生的主體性，進而扼殺學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，最好的教育方式是引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)知識。另外，如果學(xué)生課下進行了充分預(yù)習(xí)，教師課堂上就不用再照本宣科，而是可以結(jié)合學(xué)生預(yù)習(xí)反饋的問題確定教學(xué)的重點，然后進行深度教學(xué)，教師可以通過問題導(dǎo)向、交流討論、成果匯報等方式強化學(xué)生的課堂參與度，使學(xué)生在互動中學(xué)會分析問題和解決問題，深度的課堂學(xué)習(xí)能活躍學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和深度思考問題的習(xí)慣，從而實現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的。

以“儲層巖石的孔隙度”課堂教學(xué)為例（見表1）。課堂教學(xué)采用改良版的BOPPPS教學(xué)模式，在上節(jié)課結(jié)束時布置下節(jié)課的作業(yè)，并進行課程導(dǎo)入，給出明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)。新一節(jié)課開始時，公布上節(jié)課學(xué)生過程性評價成績，幫助學(xué)生正確評價自己的學(xué)習(xí)效果和進行自我定位。課堂實現(xiàn)了全員參與式討論，并點評了學(xué)生上節(jié)課的預(yù)習(xí)作業(yè)，然后進行“常規(guī)設(shè)計結(jié)果、實驗成敗關(guān)鍵問題分析、前沿測試技術(shù)討論”三個階段的深入學(xué)習(xí)。在充分的課堂學(xué)習(xí)討論后，回顧這個實驗的設(shè)計過程，講解開發(fā)玉門油田時形成的缺乏設(shè)備自己制造的“窮搗咕”精神，對比自己實驗設(shè)計過程遇到的困難和開發(fā)玉門油田時遇到的困難，用“石油精神”鼓勵學(xué)生面對困難時要勤于想辦法，攻堅克難，即適時融入“體驗式”思政育人。最后給出知識的應(yīng)用范圍，并用思維導(dǎo)圖的形式總結(jié)章節(jié)內(nèi)容。

4.形成“5+1”課堂評價方法，加強過程性評價，引導(dǎo)學(xué)生注重學(xué)科素養(yǎng)的提升

考核是檢驗學(xué)習(xí)效果的工具而不是目的。然而，從應(yīng)試教育下走出的學(xué)生，總是本末倒置，更多的是關(guān)注備考的方式和策略，而不是知識本身，造成自己的學(xué)科知識相對碎片化。教學(xué)的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，即在某一學(xué)科的學(xué)習(xí)過程中逐漸形成的學(xué)科知識、學(xué)科能力、學(xué)科思維方式和學(xué)科情感等的綜合。因此，課程考核過程要多元化，引導(dǎo)學(xué)生注重平時的學(xué)習(xí)和積累，而不是“考前突擊”。

“5+1”課堂評價方法為“5種過程性評價成績和1種期末考試成績”，期末總評成績計算公式如下：期末總評成績=所有過程性評價成績平均值×60%+期末考試成績×40%，過程性評價成績=中國大學(xué)MOOC網(wǎng)站作業(yè)互評得分×20%+優(yōu)慕課網(wǎng)站測試得分×20%+課堂互動加分×20%+工程實踐作業(yè)×20%+小組作業(yè)×20%。其中，預(yù)習(xí)效果可由課前測試成績得出，課堂參與度根據(jù)個人課堂表現(xiàn)打分，個人及小組作業(yè)成績根據(jù)中國大學(xué)MOOC網(wǎng)站互評得分統(tǒng)計得出。

結(jié)? 語

工科課堂要想成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效載體，必須進行精心的課堂設(shè)計，采用混合式教學(xué)，充分利用課前課后延伸，調(diào)動學(xué)生主動性，開發(fā)學(xué)生各項潛力。教師可以將“行業(yè)精神”引入課堂，利用體驗式教學(xué)引起學(xué)生的情感共鳴，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造人格，促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)。此外，教師還應(yīng)積極完善課程資料庫，建立學(xué)習(xí)指南，優(yōu)化評價測試，促進學(xué)生自學(xué)能力的形成，組織多元化的課堂教學(xué)，促進學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，最終形成“知識學(xué)習(xí)—能力形成—實踐應(yīng)用—知識再學(xué)習(xí)”閉環(huán)，有效促進學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

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作者單位：延安大學(xué)石油工程與環(huán)境工程學(xué)院? 陜西延安