材料專業(yè)工程問(wèn)題教學(xué)法及其實(shí)踐

【摘 要】探討材料專業(yè)工程問(wèn)題教學(xué)法及其實(shí)踐，包括學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)的組建，教學(xué)用工程問(wèn)題的設(shè)計(jì)、實(shí)施和評(píng)價(jià)，以及實(shí)踐特點(diǎn)與教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】材料專業(yè) 工程問(wèn)題教學(xué)法

實(shí)踐

【中圖分類號(hào)】G【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2012）12C-

0149-02

在經(jīng)濟(jì)全球化的視野下，通過(guò)類似“寬專業(yè)、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”等主流高等工程教育理念的多年實(shí)踐，我國(guó)高等學(xué)校工科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)一直在由技術(shù)型工程師向工程型工程師轉(zhuǎn)變，即淡化專業(yè)技術(shù)細(xì)節(jié)培訓(xùn)，注重眼界常識(shí)拓展，倡導(dǎo)人文情懷醞釀，以期滿足社會(huì)對(duì)復(fù)合型人才的迫切需要。但來(lái)自國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)一線的反饋和工科學(xué)生的切身感受都并不令人樂(lè)觀。筆者認(rèn)為，造成這種結(jié)果的一個(gè)重要原因是一些主流教學(xué)理念不易具體落實(shí)。顯然，這個(gè)問(wèn)題不是一朝一夕形成的，也不可能一蹴而就地解決，需要每個(gè)高等教育工作者一點(diǎn)一滴地去努力。筆者在材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)踐多年的工程問(wèn)題教學(xué)法（Engineering Problem Teaching，EPT）就是這些努力的一個(gè)實(shí)例。

一、EPT學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)的組建

EPT是一種團(tuán)隊(duì)型工程教學(xué)方法，即學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)為解決既定工程問(wèn)題而開(kāi)展的有目的的知識(shí)組織和知識(shí)運(yùn)用。教師和團(tuán)隊(duì)學(xué)生共同構(gòu)成這一教學(xué)活動(dòng)的主體，而后者既是學(xué)習(xí)的直接受益者也是學(xué)習(xí)的最活躍因素。團(tuán)隊(duì)每個(gè)成員的知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)習(xí)慣、做事能力和就業(yè)態(tài)度（或職業(yè)期許）等皆對(duì)EPT教學(xué)效果有重要影響。這是以往高等教育研究長(zhǎng)期忽略的問(wèn)題。為此，EPT要求教師盡快了解學(xué)生的基本情況，遴選和組建有效的學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)。

具體來(lái)說(shuō)，教師需要對(duì)學(xué)生的如下情況進(jìn)行了解：一是學(xué)生的職業(yè)期許。無(wú)論是打工、創(chuàng)業(yè)還是走進(jìn)機(jī)關(guān)，工科大學(xué)生一般都需要扎扎實(shí)實(shí)的工程意識(shí)培養(yǎng)和訓(xùn)練，因?yàn)槠髽I(yè)或政府管理部門的大多數(shù)工作崗位均需要任職者有大局觀念、整體意識(shí)、系統(tǒng)思想。二是學(xué)生的素質(zhì)差異。學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)、基礎(chǔ)科學(xué)與人文常識(shí)、已經(jīng)具備的專業(yè)知識(shí)和技能因人而異，差別很大，并構(gòu)成了實(shí)施EPT的重要前提。教師應(yīng)對(duì)不同學(xué)生間的差異有所認(rèn)知，但不可過(guò)分強(qiáng)調(diào)這種差異性，更應(yīng)避免先入為主。三是學(xué)生的動(dòng)手能力。事實(shí)上，學(xué)生的動(dòng)手能力經(jīng)常超乎教師的想象，教師需要做的事情應(yīng)是調(diào)動(dòng)學(xué)生動(dòng)手的意愿。四是學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣。筆者認(rèn)為，學(xué)習(xí)能力首先應(yīng)該表現(xiàn)為一定的學(xué)習(xí)習(xí)慣。學(xué)習(xí)習(xí)慣的差別并不宜用通常習(xí)見(jiàn)的是否帶書包、做筆記、講課、開(kāi)小差等來(lái)評(píng)價(jià)，而是看學(xué)生對(duì)新知識(shí)是否表現(xiàn)出起碼的好奇心和自學(xué)習(xí)響應(yīng)（這里主要指對(duì)學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題有主動(dòng)繼續(xù)探求的行為）。

通過(guò)上述的了解，教師即可大致確定在自己的教學(xué)班級(jí)建立多大規(guī)模的EPT學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，進(jìn)而可以設(shè)計(jì)或修訂教學(xué)目標(biāo)，著手開(kāi)展EPT教學(xué)。

二、EPT教學(xué)用工程問(wèn)題的設(shè)計(jì)、實(shí)施和評(píng)價(jià)

根據(jù)學(xué)生已具備的科學(xué)、人文、工程知識(shí)，生活常識(shí)，以及學(xué)習(xí)習(xí)慣和動(dòng)手能力，結(jié)合教師對(duì)本專業(yè)的認(rèn)知、工程經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)現(xiàn)狀來(lái)設(shè)計(jì)合適的EPT教學(xué)用工程問(wèn)題（以下簡(jiǎn)稱“EPT問(wèn)題”），是EPT的核心。由于實(shí)際工程項(xiàng)目往往需要遷就一時(shí)一地甚至一人的特殊要求，往往不具備普適性、開(kāi)放性、拓展性和不確定性，反而容易給學(xué)生帶來(lái)先入為主的隱患。因此，EPT一般不主張直接引入已經(jīng)投入使用或正在建設(shè)中的實(shí)際工程項(xiàng)目。

（一）設(shè)計(jì)。一個(gè)典型的EPT問(wèn)題應(yīng)具備普適性、開(kāi)放性、拓展性和不確定性四個(gè)基本特性。其中，普適性要求EPT問(wèn)題應(yīng)為在很多行業(yè)獲得應(yīng)用的典型工程問(wèn)題，如工業(yè)煙囪、干燥裝置、除塵系統(tǒng)、多跨廠房設(shè)計(jì)等，而問(wèn)題的核心內(nèi)容（原理、結(jié)構(gòu)或組成）在知識(shí)構(gòu)成或求解程序上相似。開(kāi)放性是指EPT問(wèn)題應(yīng)具有跨學(xué)科構(gòu)成和跨專業(yè)應(yīng)用的屬性，因此必然包含一些本專業(yè)課程體系（培養(yǎng)方案）未直接講授的知識(shí)。而通過(guò)對(duì)未知知識(shí)領(lǐng)域目標(biāo)明確的探究，可以讓學(xué)生切實(shí)認(rèn)識(shí)到工程意識(shí)的建立首先意味著要淡化專業(yè)，開(kāi)闊視野，注重方法。拓展性則要求EPT問(wèn)題的功能（或結(jié)構(gòu)）應(yīng)具有多方面開(kāi)發(fā)延伸的可能。這樣可以訓(xùn)練學(xué)生注意工程資料和工程經(jīng)驗(yàn)的積累，有效克服學(xué)習(xí)中的時(shí)效性習(xí)慣（即應(yīng)試性學(xué)習(xí)）。不確定性是指EPT問(wèn)題設(shè)計(jì)條件的不完備性和目標(biāo)的多值性規(guī)定，前者旨在忽略或簡(jiǎn)化一些未知、不確定或較深?yuàn)W的影響因素，同時(shí)留下足夠的疑問(wèn)和思考空間；后者是考慮實(shí)際工程項(xiàng)目建議、上馬、建成、驗(yàn)收過(guò)程的一種常見(jiàn)情況，即可以按不同指標(biāo)體系評(píng)價(jià)項(xiàng)目的優(yōu)劣。

（二）實(shí)施。在完成EPT問(wèn)題設(shè)計(jì)及確定學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)成員分工之后，先從基礎(chǔ)資料檢索出發(fā)，根據(jù)設(shè)計(jì)條件，參考相關(guān)實(shí)際工程案例，在學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)范圍確定初步解決方案；在明確問(wèn)題的目標(biāo)、意義和具體功能后，學(xué)習(xí)并收集解決問(wèn)題所需要的其他專業(yè)知識(shí)，形成可操作的解決方案；最后分工協(xié)作完成各項(xiàng)工作，如分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、施工規(guī)劃、工程預(yù)算等（在條件允許時(shí)，也可以包括制作、裝配、建設(shè)施工等）。

在問(wèn)題解決中，教師應(yīng)提醒學(xué)生特別注意兩個(gè)問(wèn)題：第一，牢固樹立全局觀，隨時(shí)注意各實(shí)施環(huán)節(jié)對(duì)總體目標(biāo)的影響，及時(shí)溝通、協(xié)調(diào)或調(diào)整可能出現(xiàn)的問(wèn)題；第二，加強(qiáng)規(guī)范意識(shí)，明白問(wèn)題的解決必須遵循“細(xì)節(jié)處處有來(lái)歷”的原則，不可存創(chuàng)新意圖，行杜撰之實(shí)。對(duì)任何非常規(guī)做法，要能從基礎(chǔ)科學(xué)原理及相關(guān)專業(yè)常識(shí)迅速判定其合理性或有無(wú)繼續(xù)嘗試的必要，進(jìn)而尋找可行的替代方案。

（三）評(píng)價(jià)。EPT問(wèn)題涉及的知識(shí)領(lǐng)域較為廣泛，與現(xiàn)實(shí)社會(huì)的結(jié)合也比較具體，因此，對(duì)學(xué)習(xí)成績(jī)的評(píng)定不宜設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)答案或預(yù)先公布所謂參考答案，而應(yīng)基于“適合的最好”的理念進(jìn)行評(píng)判，沒(méi)有唯一正確，沒(méi)有最好，也不一定需要更好。另外，EPT的一個(gè)重要目的就是讓學(xué)生對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目的完成有一個(gè)全面的了解，而項(xiàng)目完成情況的評(píng)價(jià)正是其重要組成部分，應(yīng)盡量做到客觀、透明、規(guī)范、合理。

對(duì)于以不確定性為主要特征的問(wèn)題，例如煙囪設(shè)計(jì)，其完成的優(yōu)劣既要考慮設(shè)計(jì)的合理性、計(jì)算的準(zhǔn)確性、圖文的規(guī)范性，同時(shí)也必須充分考慮學(xué)生的創(chuàng)造性及項(xiàng)目的多種應(yīng)用可能，適當(dāng)放寬設(shè)計(jì)條件，鼓勵(lì)學(xué)生給出盡可能科學(xué)的解釋。而對(duì)于以普適性為主要特征的問(wèn)題，如廠房設(shè)計(jì)，一般可以將評(píng)價(jià)體系建立在實(shí)際工程考核的指標(biāo)之上；也可以讓學(xué)生作為第三方（使用者、驗(yàn)收者、供貨者等）換位思考，以某種人為指標(biāo)（如施工難易、能耗高低、周期長(zhǎng)短、影響大小、外觀美丑等），對(duì)自己的工作進(jìn)行評(píng)價(jià)。

三、EPT的實(shí)踐特點(diǎn)與教學(xué)效果

（一）實(shí)踐特點(diǎn)。EPT在學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)內(nèi)容擴(kuò)展、學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)以及對(duì)學(xué)生知識(shí)構(gòu)成需求和對(duì)教師的隱性要求等方面均有所創(chuàng)新和思考，是一種基于工程觀、系統(tǒng)觀、發(fā)展觀的師生互動(dòng)、教學(xué)相長(zhǎng)的工程教學(xué)方法。此外，EPT既強(qiáng)調(diào)如何學(xué)，更注重如何教，與時(shí)下流行的CDIO模式有明顯差別。

教學(xué)法或教學(xué)模式的發(fā)明首先應(yīng)該是實(shí)踐的結(jié)果，且必須對(duì)具體受教育群體發(fā)生積極作用才有意義。EPT充分考慮了教學(xué)主體（教師和學(xué)生）在具體時(shí)代甚至地區(qū)所應(yīng)該承擔(dān)的使命，將教師的主導(dǎo)作用放在首位，積極充實(shí)自我，周到了解學(xué)生，把教學(xué)理念落實(shí)到和學(xué)生的每一次相遇，即從細(xì)微處入手，行大工程步履。在問(wèn)題設(shè)計(jì)上，EPT由于其具普適性、開(kāi)放性、廣延性和不確定性特點(diǎn)，而具有更廣泛的教學(xué)適應(yīng)性、知識(shí)構(gòu)建性和應(yīng)用擴(kuò)展性，便于不同專業(yè)背景的教師在教學(xué)中發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，并能夠很好地克服“比葫蘆畫瓢”帶來(lái)的消極影響，使學(xué)生容易做到知其然也知其所以然。在實(shí)施策略和成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方面，EPT要求師生從教學(xué)活動(dòng)一開(kāi)始即在規(guī)劃層面、設(shè)計(jì)層面、管理層面和實(shí)施層面并重地構(gòu)建和評(píng)估學(xué)生的工程經(jīng)歷，并在各主要環(huán)節(jié)設(shè)置專題討論和考評(píng)制度，因而教學(xué)視野、知識(shí)構(gòu)成和知識(shí)運(yùn)用更加開(kāi)闊、靈活、深入和系統(tǒng)化，學(xué)生經(jīng)常參與教學(xué)活動(dòng)即可實(shí)實(shí)在在地獲得工程歷練，增強(qiáng)就業(yè)信心與就業(yè)能力。

因EPT項(xiàng)目不脫離學(xué)生的生活常識(shí)（由問(wèn)題的普適性決定），并能最大限度地應(yīng)用于較廣泛的行業(yè)領(lǐng)域（由問(wèn)題的開(kāi)放性和拓展性決定），因此可以更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生已有的感性認(rèn)識(shí)和動(dòng)手意愿，使其積極開(kāi)展相關(guān)信息的辨識(shí)、理解、收集和整理加工，有利于其在學(xué)習(xí)、討論和學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)過(guò)程中形成共識(shí)，順利地進(jìn)入交流與協(xié)作狀態(tài)，從而逐漸獲得專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。

（二）教學(xué)效果。目前，筆者已經(jīng)在專業(yè)課學(xué)習(xí)（典型教學(xué)案例如“陶瓷生產(chǎn)廠區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中工藝條件的影響分析”、“工業(yè)窯爐設(shè)計(jì)中的傳熱學(xué)計(jì)算”、“個(gè)人冬暖夏涼設(shè)計(jì)”等）、專業(yè)實(shí)驗(yàn)（典型教學(xué)案例如“玻璃線脹系數(shù)測(cè)定方法與裝置”、“材料硬度分析的共性問(wèn)題與個(gè)性解決”、“溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等）、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)開(kāi)展了EPT嘗試，取得了良好的教學(xué)效果。

學(xué)生通過(guò)相互合作解決EPT問(wèn)題，在建立專業(yè)興趣和一定成就感的同時(shí)，知識(shí)結(jié)構(gòu)得到拓展與豐富，自主學(xué)習(xí)習(xí)慣得以形成與鞏固，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題意識(shí)得到增強(qiáng)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作和多專業(yè)協(xié)調(diào)工作方法得以形成。一些積極參與EPT教學(xué)活動(dòng)的學(xué)生，在畢業(yè)前后的求職、任職和重新?lián)衤氈羞M(jìn)一步體會(huì)到，所謂工程觀、系統(tǒng)觀、發(fā)展觀這些很難把握的東西，因?yàn)樵?jīng)得到過(guò)實(shí)實(shí)在在的踐行而對(duì)個(gè)人前途發(fā)生了積極的影響。

可以預(yù)期，教師在本科專業(yè)課教學(xué)期間不斷地跟蹤專業(yè)課所涉及主要工業(yè)部門與行業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)，通過(guò)縝密的工程問(wèn)題設(shè)計(jì)，可以積極引導(dǎo)學(xué)生強(qiáng)化專業(yè)歷練，同時(shí)亦將顯著提高自己解決實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題的能力和專業(yè)教學(xué)水平。

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[2]E. F. Crawley， J. Malmqvist， S？ren ？stlund. Rethinking Engineering Education[M]. New York： Springer， 2007

【基金項(xiàng)目】常州大學(xué)教學(xué)研究基金（GJY10020018）

【作者簡(jiǎn)介】杜慶柏（1962- ），男，河南焦作人，常州大學(xué)材料學(xué)院副教授，博士，研究方向：材料加工及材料表面工程應(yīng)用；方必軍（1971- ），男，安徽巢湖人，常州大學(xué)材料學(xué)院教授，材料科學(xué)與工程教研室主任，博士，研究方向：電介質(zhì)物理、晶體生長(zhǎng)、水熱法合成等；魏 偉（1974- ），江蘇徐州人，常州大學(xué)材料學(xué)院副教授，博士，研究方向：金屬塑性加工及新金屬材料應(yīng)用。

（責(zé)編 吳 筱）