工科類(lèi)課程的歸納教學(xué)模式研究

李忠學(xué)　吳國(guó)祥

[摘 要]工科課程教學(xué)過(guò)程一般都是先講授概念、術(shù)語(yǔ)，再講授理論，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)這些概念、術(shù)語(yǔ)和理論，其目的在于驗(yàn)證這些已經(jīng)被人們所證明過(guò)的概念、術(shù)語(yǔ)和理論的正確性。通過(guò)比較分析歸納教學(xué)模式與演繹教學(xué)模式的差異、歸納教學(xué)模式與問(wèn)題探究式教學(xué)的相似性，以此為契機(jī)，面向工科類(lèi)課程，以工程流程為橫向軸線(xiàn)，以歸納法認(rèn)識(shí)問(wèn)題的過(guò)程為縱向軸線(xiàn)，可以構(gòu)建工程類(lèi)課程的一種新型的歸納教學(xué)模式，以此探索工程流程導(dǎo)向下大機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的課程教學(xué)改革。

[關(guān)鍵詞]工程教育 歸納教學(xué)模式 演繹教學(xué)模式 問(wèn)題探究式教學(xué)

[中圖分類(lèi)號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2014）14-0103-03

工程教育是關(guān)于工程職業(yè)的專(zhuān)業(yè)教育，我國(guó)現(xiàn)有工程教育模式的實(shí)踐性與綜合性不強(qiáng)，在課程教學(xué)方法上大多采用傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)，缺乏從眾多的工程現(xiàn)象中歸納事物演變規(guī)律、構(gòu)建理論框架的研究性?xún)?nèi)容。這種單一的教學(xué)方式，使得學(xué)生普遍缺少獨(dú)立思考能力，影響了學(xué)生主動(dòng)探究科學(xué)知識(shí)的積極性和創(chuàng)新性思維的發(fā)揮。因此，“面向現(xiàn)實(shí)問(wèn)題、回歸工程實(shí)踐的綜合工程教育體系”的理念，就有必要打破原有的課程界限和框架，將信息加工的心理認(rèn)知理論納入“實(shí)踐—理論—再實(shí)踐—再理論”的持續(xù)改進(jìn)的工程教育體系，改變現(xiàn)有的只截取從理論到實(shí)踐的片段作為工程教育過(guò)程的局限，為人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新提供可行途徑。

一、歸納教學(xué)模式與演繹教學(xué)模式的比較

工科課程教學(xué)過(guò)程一般都是先講授概念、術(shù)語(yǔ)，再講授理論，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)這些概念、術(shù)語(yǔ)和理論，其目的在于驗(yàn)證這些已經(jīng)被人們所證明過(guò)的概念、術(shù)語(yǔ)和理論的正確性。這個(gè)過(guò)程把學(xué)生的教育變成了對(duì)已有知識(shí)的培訓(xùn)，學(xué)生習(xí)慣于接受已經(jīng)系統(tǒng)化的、被認(rèn)為是正確的課程內(nèi)容，沒(méi)有了求知的好奇心，導(dǎo)致學(xué)生被動(dòng)參與教學(xué)過(guò)程，被動(dòng)獲取知識(shí)，缺乏主動(dòng)探索事實(shí)真相的積極性。

真實(shí)的認(rèn)知心理、工程實(shí)踐，與我們現(xiàn)在遵循的教學(xué)過(guò)程，有著顯著的區(qū)別。它是一個(gè)在實(shí)踐中采集各類(lèi)工程現(xiàn)象，提煉指導(dǎo)實(shí)踐的理論架構(gòu)，再到實(shí)踐中檢驗(yàn)其是否有效的螺旋上升過(guò)程。在此過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)教學(xué)過(guò)程設(shè)定的觀察實(shí)驗(yàn)或工程實(shí)踐，主動(dòng)獲得知識(shí)，探究解決問(wèn)題的方法；教師引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際生活中獲取素材，對(duì)素材進(jìn)行加工，提煉工程問(wèn)題，層層遞進(jìn)構(gòu)建理論使之系統(tǒng)化，再將完善后的理論用于實(shí)踐，解決實(shí)際的工程問(wèn)題。在這兩個(gè)過(guò)程中，教師扮演的角色，學(xué)生獲取知識(shí)的方式，信息的流向，評(píng)價(jià)的結(jié)果，都不相同，如表1所示。我們將前一教學(xué)過(guò)程稱(chēng)之為演繹教學(xué)模式，將后一教學(xué)過(guò)程稱(chēng)之為歸納教學(xué)模式。一般歐美國(guó)家的教學(xué)重歸納，中國(guó)教學(xué)善演繹；文科教學(xué)主演繹，理工科教學(xué)多歸納；理論教學(xué)用演繹，實(shí)驗(yàn)教學(xué)用歸納。而工科作為工程性、實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，歸納教學(xué)模式更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能和解決未知工程問(wèn)題的能力。

歸納教學(xué)模式的核心在于如何從實(shí)踐中采集加工素材，通過(guò)素材提煉出解決工程問(wèn)題的概念、術(shù)語(yǔ)及理論，再回歸工程實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證。這一過(guò)程與面向現(xiàn)實(shí)問(wèn)題、回歸工程實(shí)踐的問(wèn)題探究教學(xué)過(guò)程極其相似，如表1，故我們將問(wèn)題探究式教學(xué)作為歸納教學(xué)模式的一項(xiàng)原則。

二、面向工程類(lèi)課程的歸納教學(xué)模式

（一）基于工程流程的工科類(lèi)課程框架

我國(guó)工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在大學(xué)四年中，通常要修讀幾十門(mén)課程，但很多學(xué)生并不清楚這些課程之間的相互作用及聯(lián)系，也不明白課程教學(xué)的目標(biāo)，總是抱著一種消極的、被動(dòng)的心態(tài)接受課程內(nèi)容，難以呈現(xiàn)出自身的創(chuàng)新能力。對(duì)此現(xiàn)象，我們需要從教學(xué)相長(zhǎng)的根本問(wèn)題出發(fā)，探尋工科類(lèi)課程的教學(xué)模式。

本文采用CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）的工程教育理念，遵循從眾多工程問(wèn)題中歸納出解決問(wèn)題的方法和規(guī)律的認(rèn)知心理過(guò)程，梳理了工科類(lèi)課程在工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐、工程服務(wù)等環(huán)節(jié)中的內(nèi)在作用，篩選出專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中能夠圍繞的典型化產(chǎn)品，將課程中的工程知識(shí)和非工程知識(shí)合理地納入工程范疇，按工程流程（產(chǎn)品認(rèn)知、BOM表設(shè)計(jì)、典型化產(chǎn)品、材料設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品服務(wù)和再制造工程）組織課程體系和設(shè)計(jì)探究的問(wèn)題，如表1所示。

（二）歸納教學(xué)模式界定

歸納教學(xué)模式以工程素材、工程問(wèn)題作為教學(xué)的起點(diǎn)，學(xué)生是主動(dòng)參與者，教學(xué)過(guò)程是學(xué)生對(duì)工程問(wèn)題的綜合體驗(yàn)過(guò)程，既包含對(duì)工程問(wèn)題的認(rèn)知，又包括工程實(shí)踐過(guò)程，整個(gè)歸納教學(xué)模式遵循“設(shè)定工程問(wèn)題—預(yù)設(shè)情景進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)—試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與分析—相似工程問(wèn)題擴(kuò)展—求解方法系統(tǒng)化”這一工程流程。該過(guò)程蘊(yùn)含了以下三個(gè)基本要素。

1.工程問(wèn)題。工程問(wèn)題來(lái)源于企業(yè)或生活中的實(shí)際問(wèn)題，由教師提供工程問(wèn)題的背景材料，學(xué)校與企業(yè)共同制訂教學(xué)內(nèi)容，授課教師由經(jīng)驗(yàn)豐富的企業(yè)工程師和高校學(xué)院派的教師組成。通過(guò)對(duì)工程問(wèn)題的認(rèn)知，學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)產(chǎn)品，強(qiáng)化解決工程問(wèn)題的能力。

2.預(yù)設(shè)情景的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。針對(duì)企業(yè)或生活中的實(shí)際問(wèn)題，對(duì)工程問(wèn)題呈現(xiàn)出的現(xiàn)象、特征提出合理的假設(shè)，界定工程問(wèn)題范圍，并預(yù)設(shè)實(shí)際的工程環(huán)境，通過(guò)可行的計(jì)算機(jī)仿真、實(shí)物試驗(yàn)等方法精細(xì)描述該工程問(wèn)題的演化進(jìn)程，獲取解釋工程問(wèn)題并予以評(píng)價(jià)的證據(jù)方法。

3.問(wèn)題擴(kuò)展與求解方法系統(tǒng)化。借助獲取的證據(jù)方法，對(duì)工程問(wèn)題做出解釋?zhuān)⑼ㄟ^(guò)各種途徑（如觀察、調(diào)查、搜集資料等）尋找類(lèi)似工程問(wèn)題的求解方法，以便獲取解決類(lèi)似工程問(wèn)題的通用科學(xué)方法，體現(xiàn)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解與綜合運(yùn)用，將知識(shí)體系系統(tǒng)化。

在實(shí)現(xiàn)這三個(gè)基本要素的過(guò)程中，教師的工程實(shí)踐能力和問(wèn)題的歸納能力倍加受到挑戰(zhàn)，它要求教師不僅是教學(xué)過(guò)程的組織者，同時(shí)也是教學(xué)過(guò)程的引領(lǐng)者。作為歸納教學(xué)過(guò)程的組織者，教師要搭建一個(gè)包括音視頻材料、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、工程實(shí)踐等在內(nèi)的綜合性教學(xué)平臺(tái)，與企業(yè)工程師一起選定工程問(wèn)題，設(shè)定需要完成的任務(wù)，組織課程教學(xué)與工程實(shí)踐；作為教學(xué)過(guò)程的引領(lǐng)者，教師要按照工程問(wèn)題的設(shè)定任務(wù)，使學(xué)生明確如何收集數(shù)據(jù)，獲得證據(jù)，并對(duì)選定的工程問(wèn)題進(jìn)行解釋和評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上，調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，使之主動(dòng)對(duì)類(lèi)似工程問(wèn)題進(jìn)行觀察、試驗(yàn)、分析，尋找解決類(lèi)似工程問(wèn)題的通用科學(xué)方法。

（三）歸納教學(xué)模式的構(gòu)建

表2中的課程順序遵循工程流程，沿工程流程逐層分解工程問(wèn)題，將復(fù)雜的工程問(wèn)題分解為局域性、多階段的簡(jiǎn)單問(wèn)題的集成。而歸納教學(xué)遵循“事實(shí)觀察與問(wèn)題提煉—問(wèn)題范圍界定與解決方法—知識(shí)點(diǎn)提煉—相似問(wèn)題擴(kuò)展—解決方法系統(tǒng)化與理論化—回歸工程實(shí)踐”這一流程，沿教學(xué)流程逐層解決每一工程階段的工程問(wèn)題界定、知識(shí)點(diǎn)提煉、求解方法的系統(tǒng)化與再實(shí)踐，如表2所示。

表2中以機(jī)床類(lèi)課程為例，構(gòu)建了歸納教學(xué)模式。同理，我們可以根據(jù)不同的典型化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，構(gòu)建不同工程類(lèi)課程的歸納教學(xué)模式，以此指導(dǎo)工科專(zhuān)業(yè)的教學(xué)進(jìn)程，改善現(xiàn)有工科類(lèi)課程教學(xué)中實(shí)踐能力培養(yǎng)的不足。

三、結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代工程背景下，工科作為工程性、實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，單一、封閉、演繹性的教學(xué)模式已經(jīng)不適應(yīng)我國(guó)高等工程教育發(fā)展的需要。歸納教學(xué)模式遵循“設(shè)定工程問(wèn)題—預(yù)設(shè)情景進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)—試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與分析—相似工程問(wèn)題擴(kuò)展—求解方法系統(tǒng)化”的流程，全方位地體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思、研發(fā)、運(yùn)行、改良到廢棄的生命周期全過(guò)程，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：覃侶冰]