“做中學”讓我學會學習

　　編者按：學生是學習的主體，是教育的主要利益相關者和直接受益者。學生蘊藏著巨大的學習激情和創新潛力。學校、教師應當創造良好的基于項目的主動學習環境，啟發、引導、指導學生高效地學習。社會及學生對學校教育的滿意程度是衡量學校辦學成功與否的關鍵指標。學子心聲表達的是學生在校期間接受到的最有觸動、最有收獲的教與學方式，是值得教師認真思考并作為教學改進的重要依據。
　　
　　當前教育提倡推行素質教育、培養創新型人才。“做中學”的教育模式可以讓學生全程參與教學、實踐，自主學習，充分調動學生主動獲取知識的積極性。在學習的過程中做項目，可以使學生的理論知識和實踐技能得到提升，培養團隊意識，并具備一定的處理工程問題的能力，這也正是企業所需要的；同時，老師可以在學生應用所學知識時給予指導和幫助，實現“做中教”，使教與學有機結合，相互促進。
　　基于項目的“主動學習”，是“做中學”在高等教育階段一種非常有效的形式，也是CDIO的重要標準之一。通過這種形式，讓學生自己規劃學習、自己主動查找學習資料，發現問題、分析問題、主動提出解決方案，直至解決問題。在這個過程中，學生自己規劃學習和自學的能力得到強化，團隊合作能力、溝通能力和辯證思維能力得到提高。
　　根據我在北京交通大學工業工程專業讀本科時基于項目的“主動學習”經歷，本文從以下幾點與大家分享“做中學”的收獲和體會。
　　
　　1　發現問題(尋找問題)
　　
　　基于已有的知識，由老師或學生去發現一些現實中的，或者從現實中提煉出來的、力所能及的問題，分析問題產生的原因和所涉及的大致內容與范圍。在這個環節中，老師對題目和研究內容的指導和建議起著非常重要的作用。此外，項目小組的同學集思廣益，發散思維，通常會取得不錯的效果。
　　在我讀大學三年級時，“人因工程”和“基礎工業工程”這兩門專業課提到了工人的工作效率是與工作環境有關的。當時我正在國家工科物理基地的創新天地實驗室尋找立項的題目，于是我想到可以設計制作一套簡單、有效的控制系統，來解決工作環境中包括照明、溫度、空氣質量和濕度等環境因素的自動控制問題。這樣既可以實踐我所學習的管理科學專業知識，又可以應用課程中學到的技術方法。接著，我復習了相關的專業知識，并得到了指導老師的認真指導和幫助，確定項目的可行性：又找來感興趣的學生組成項目小組，和我一同去圖書館查閱環境因素控制相關的資料，在互聯網上檢索具體技術的常見實施方法。由于對項目背景和初步方案有較為充分的準備和分析，我們這個題目通過了立項。
　　隨后的國家級大學生創新項目“向日葵太陽追蹤系統”等選題申報也是相似的：通過觀察發現，通常使用的太陽能電池板都是固定式安裝，太陽光線長時間處于斜射狀態，而這種斜射狀態會降低太陽能電池板的能量轉換效率，于是我開始嘗試利用向日葵的仿生學原理來解決這個問題。
　　針對發現的問題，分析解決問題的方向和方法，較為深入地研究，也可以組織多人討論，此處可以應用“頭腦風暴法”，得出一套或幾套可行的方法和執行路線。有了初步的執行方向，就可以大致確定這個問題所包含的子問題，以及解決各個子問題需要用到的方法和途徑。新的方法需要學習，新的途徑需要摸索。將問題細化歸類，也可以得出大致的難度系數，可以根據難度系數來決定簡化問題，或者拓展問題。在確定問題之后，即可以開始著手準備，分析哪一部分問題可以用已有的知識解決，哪一部分問題需要通過學習，獲取解決問題的新知識。這個過程就像一次探險，解決問題的結果是探險活動的目的地，在出發前需要根據已有的知識，研究前進路線和前進方式：繼而較為深入地分析為了這次活動所需要解決的困難，以及哪些可以用目前的知識解決，哪些問題可以在學習后解決，并分析出預期的風險和制定活動計劃。
　　完成項目可分為三個層次：創意設計、技術制定、加工制作。在項目立項時，可以根據學生的受鍛煉程度分級訓練。對于實踐經驗較少的同學，可以首先培養動手操作的技能，增強感性認識，然后循序漸進地提高要求：對于具備一定實踐技能的學生，可以加強創意設計環節，鼓勵發散思維，培養創新精神。在小組內，也可根據小組成員的不同特點，分配適合完成的任務。
　　
　　2　實施方案
　　
　　項目的順利進行，是與老師的適時指導和幫助分不開的，同時也需要團隊成員分工合作，積極配合。
　　工業工程這門學科非常講求提高效率，降低成本。在做項目的過程中，我就應用了課堂上老師講授的管理方法和技術。首先，對項目題目進行細致的分析，將大任務細化、分解為子任務；對項目中各子任務的完成時間做出估計，確定各子任務間的緊前、緊后關系，即后面的子任務要在完成前面子任務的基礎上開始實施；制定出項目初期的進展計劃和時間表。
　　在給小組成員分配任務時，也要根據他們各自的特點來確定分工。例如，喜歡電子控制的學生可以負責電路部分，熱愛機械設計的學生主管機械結構，思維靈活的學生可以安排較為概念性的設計任務，踏實肯干的學生安排較為細致的工作和落實較為具體的任務，擅長溝通交流的學生可以負責采購和零件加工等。
　　根據制定的計劃和執行方案，采用統籌的方法安排進度，并分配小組成員的任務，在盡可能短的時間內完成計劃。
　　實施方案的過程是一個將概念轉化為實物的過程。例如我在做太陽追蹤項目時，開始在我頭腦中的方案概念就是一棵向日葵：接著，我要分析向日葵的追日原理，了解太陽能光伏行業的基礎知識，考慮如何將向日葵的仿生原理用到太陽能電池板上，使之可以追日旋轉；然后繪制圖紙，制作電腦仿真，確定一套可行的方案；購買原材料和器件，像搭積木一樣，將一堆原料變成最后的一個可以自動追日轉動的太陽能追蹤系統。這個過程可能會持續比較長的時間，但這也是收獲最大的階段。
　　在執行的過程中，可能會遇到預料之外的問題，比如按原有的設計，某個零件可能存在安裝的問題，這時就需要想解決的安裝辦法，更改尺寸，設計零件安裝座等，或者修改相關的空間結構。
　　另外，在設計實現某個功能時，可能根據已有的知識無法達到目的，就需要查閱資料學習新方法了。例如，在太陽追蹤項目中，需要選擇驅動電機，而這個很具體的知識在課本中較少涉及，就需要先去圖書館查閱電機的種類、特性等知識，再到網上以及電子材料市場查找合適的電機。
　　這個過程中存在一定的不確定性，既包括時間進度，也包括方案的修改和完善。
　　由于需要解決問題的目的明確，在學習新知識時就更有針對性，如何盡快找到所需的知識，并在短時間掌握、應用，也是對工程實踐能力的很好鍛煉。
　　
　　3　應用新知識解決新問題
　　
　　解決問題的時間是有限的，在遇到關鍵問題或不容易解決的問題時，及時向老師請教是一種非常有效的方法：此外，還要求項目小組的學生具有團隊意識，分工明確地到圖書館或者網絡上，從大量的信息中較為高效地獲取所需的內容，并在盡可能短的時間內掌握這些新知識——實現知識和數據的共享。在這一環節中，學生檢索信息和利用信息的能力得到提高，增強了適應信息化時代的技能。此后，新學會的知識會很快得到利用，在應用中加深對知識的理解。由于沒有過多的相關已有經驗的限制，發散思維更加活躍，也容易有所創新。有些創新性想法是科學合理的，這會為相關行業的發展提供動力：有些通過實踐驗證是不可行的，但在這個過程中，也同樣深化了學生對該領域的研究與思考，仍然是有益的。
　　我在開始決定做太陽能追蹤設備時，已掌握的是機械和電子方面的專業知識，但對于太陽能相關的內容，知道的非常少。為了從實際角度解決追蹤問題，就必須熟悉太陽能光伏發電行業的專業知識和行業背景，于是，我從零開始查閱太陽能光伏的書籍。有時，為了尋找某些問題的答案，我可以在一個晚上翻閱十幾本太陽能的書籍，并做記錄；當遇到其他問題時就可以憑記憶將問題歸類，更有針對性地查詢，這樣堅持不斷的學習，使我在短時間內掌握了太陽能行業的基礎知識。
　　制作印刷電路板，通常需要用Protel軟件繪制PCB板的電路圖。Protel這種軟件我在課堂上沒有接觸過，就在圖書館借幾本入門的書，去互聯網找一些視頻教程，不會的地方再問老師和同學。由于項目進度的需要，我積極地學習新的知識，于是在很短的時間里就掌握了基本的繪制PCB板電路圖的技能。
　　在實物樣機制作時，這些太陽能方面的知識更是發揮了很大作用。同時，在部件采購的過程中也會遇到相關行業的技術人員，學習和交流實踐的經驗，改善產品設計，使其更符合市場需求。有幾位企業的人員曾告訴我：產品要切合實際，成本低，才容易賣出去。這對我的設計思路有很大的啟發。
　　
　　4　方案的修改與完善
　　
　　方案的修改與完善，是一個持續、漸進的過程。一個項目的方案，從最初版到最終版，通常要修改很多次。實施和完成方案的過程，就是將一個想法轉變為實實在在的產品或者切實可行的結果，是從理論到實踐的過渡。方案的執行，會受到現實條件的制約，要做的就是在約束條件下的可行區域內選擇可行的、或者最優的方法。在這個環節中，通常會出現很多新的、預想之外的問題，是對項目執行者能力的考驗，可以增強參與者解決實際問題的能力。
　　當我們做太陽追蹤這個項目時，由于對部分電子元件的特性不夠了解，電路控制部分經常出問題。我們就從頭開始檢查問題的來源，并思考解決辦法。后來用另一種性能更好的元件替換原來的元件，從功能實現的方法上去改進。
　　一個項目小組，經過了較長時間的努力，可能會出現一些疲憊、懈怠的情緒，這也是一個考驗意志與戰勝困難的過程。此時，與完成任務只是一步之遙，需要振作精神，不急不躁，繼續思考解決問題的辦法，并勇于嘗試，才能見到勝利的曙光。這也印證了“堅持就是勝利”的道理。在高速發展的時代，具有頑強的意志品質是十分必要的。
　　
　　5　解決問題與總結
　　
　　良好的學習和研究氛圍，是項目順利完成的保障。經過一整套基于項目的學習，有很多收獲與體會，也有新的體驗。在完成前文所述工作之后，還需要小組認真總結項目完成過程中的經驗與教訓，猶如學習之后的復習。成功的小組成員會充滿信心，積極踴躍地面對下一個挑戰；項目沒有得到預期效果的小組成員也需總結教訓，增強抵御挫折的能力，滿懷斗志地投入下一項任務，證明自己的實力。
　　做項目的過程中，需要小組每一位成員的協調和配合：在遇到問題時，大家一起尋找原因，探討解決辦法；在制定新方案時，需要集思廣益，共同規劃：遇到困難時，大家互相鼓勵、彼此支持……
　　每個小組成員都要主動學習新知識，以便更好地解決問題；有不同意見時，應更理性地思考，辨證地看待問題，積極地參與討論，而不是一味地認同。與此同時，學生自我規劃、自學能力有所增強，團隊意識、思辨能力和溝通能力得到了提高。學生在做項目的過程中不斷應用所學新知識，并根據項目進度，預習新知識和自學課外的延伸知識，親身體驗最優化項目發現問題和解決問題的完整過程，提高了處理現實中最優化問題的能力。
　　學生根據各自的特長組成小組，自主提出問題、分析問題、建立模型、設計算法、編寫程序、計算結果，最后做最終的小組項目總結陳述。由于項目題目是學生根據自己的興趣愛好選擇的，所以在學習和完成項目時積極性更高。例如，有的小組選擇機械優化設計，有的選擇物流問題，我們小組就選擇了“太陽追蹤系統的優化設計”。在做課后項目時，充分利用了課堂上學到的知識，并應用于實踐。經過我們“太陽追蹤(Solar Tracker)”小組6名同學的努力，最后得到了滿意的項目優化結果，而這個結果對于我們以后在太陽能方面的學習也是有指導意義的。
　　此外，“最優化理論與方法”全英文的授課模式，不僅讓我們學到了最優化的理論與方法，還鍛煉了我們英語聽說和書面表達的能力，更加適應國際化發展的潮流。
　　
　　6　項目的設計改進
　　
　　在太陽能追蹤系統項目完成后，我開始考慮如何改進系統的設計和控制參數。因為太陽能追蹤系統在提高太陽能電池板能量轉化率的同時，也要消耗電能，這對光伏發電系統是一種損失。如何能在實現追日功能的基礎上，降低系統的能耗，成為一個新的問題。
　　查建中教授開設的“最優化理論與方法”這門課程，幫助我解決了太陽追蹤系統功耗優化的問題。談到查老師的優化課，同學們一致的評價是“受益匪淺”。這門課就是采用“做中學”的方法：老師在課堂上講授理論知識和方法，要求同學課前預習，課后復習，并推薦給同學優秀的參考書目，拓展知識；在課程開展的同時，由學生組成5～6人的項目小組，自己選擇項目題目，親自完成其所選的最優化項目。學生在課后自己規劃學習、自己主動查找資料學習，分析問題、解決問題，完成作業和項目所涉及的內容。
　　
　　7　總結
　　
　　“做中學”的教育模式，將科研項目、自學內容與教學計劃有機地結合起來，讓學生更加主動學習、熱愛學習。通過“做中學”的學習方法，學生們鍛煉了工程實踐能力，也增強了戰勝困難的勇氣和信心。同時，合理有效利用時間的能力和處理問題的邏輯能力也得到了提高。
　　基于這樣的教育模式，我不僅扎實地掌握了理論知識，同時，利用課余時間參加的科技項目也取得了一些成績。在本科的第三和第四學年里，我在指導老師的帶領下，與小組同學配合，申請了7項發明專利(其中兩項已授權)和1項實用新型專利(已授權)，在大學生科技競賽中取得國家級二等獎1項，國家三等獎兩項，北京市級二等獎1項，校級一等獎4項，與此同時，學院里也掀起了本科學生搞科研、做項目的熱