基于建構主義學習理論的大學生創造發明教學模式探討

朱輝+莊光亮+楊會

[摘 要]高等工程教育是工程科技人員培養的主渠道，其人才培養水平直接決定了工程技術的水平和發展的速度，對國家的工業競爭力起重要影響。提升學生的創新能力是工程教育重要內容。以建構主義學習理論來組織實施創造發明課程教學模式是一種有益的嘗試。實踐證明，開設這類創造發明課程可有效激發學生學習興趣與動機，提升其創造發明的能力，并能帶動學生對其他課程學習的積極性和增強學習效果。

[關鍵詞]工程教育；建構主義；發明創造；教學改革

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）01-0032-02

隨著我國產業結構的升級和《中國制造2025》強國戰略的提出，產業界迫切需要能夠進行設計、開發產品與提出創新構想的高級工程人員。[1]因此，如何在學校提供學生適當的課程或活動，使學生除了具有工程設計的一般基礎知識外，更具備豐富的創造發明能力，并能運用創造力產生創新的構想與設計，是當前工程教育著重改革的方向之一。[2]世界上較發達國家的高等院校、研究機構及產業在20世紀五六十年代已大力開展發明創造教育，如哈佛大學、麻省理工學院和日本松下公司等。實踐證明，以發明創造教育為載體開展創造教育是一種高效的創新人才培養模式。為增強我國高校學生的創新能力和在創新基礎上的創業能力，培養適應創新型國家建設需要的高水平創新人才，教育部通過實施國家級大學生創新創業訓練計劃，促進高等學校轉變教育思想觀念，改革人才培養模式，強化創新創業能力訓練。然而，大學生創新項目的實施對象并不面向全體學生群體，參與大學生創新項目的學生仍為少數。此外，學生的創新活動多以學生自我探索或依附于教師的科研課題，缺乏系統有效的創造發明的思維訓練。因此，筆者認為在課程規劃中開設創造發明課程，系統培養學生的創新思維能力，是提升學生創新能力的重要途徑之一。

一、國內外大學創造發明教學模式分析

隨著國際競爭的加劇，各國積極推行創造教育模式培養高素質創新人才，以期在未來激烈的國際競爭中取得優勢。國外一些大學在課程教學中十分強調以實際操作的教學方式讓學生能動手操作，參與設計及創新的活動，并在課堂中融入創造發明思維，鼓勵學生將所學知識運用于創造發明的活動上。如麻省理工學院的設計課程教學包含了創造發明能力培養所需要的合成、分析、實作等三大要素的訓練。斯坦福大學機械系的創造力培訓課程是與企業界合作，運用團隊的方式，進行專題制作與設計研討會。[3]這些大學除了在課程教學中注重創造發明能力的培養外，也注重培育創造發明的師資培養，為學生進行系統的創新思維培訓。這些成功教育經驗值得國內大學借鑒與學習。此外，由于美國大學研究所申請入學的方式注重考查學生的整體表現與實際研究潛力，大部學生較愿意投入更多的精力與時間在實際操作課程上，這也有助于提高學生創造發明課程的學習效果。

近年來，國內也有部分大學嘗試開設創造發明課程，如西安交通大學于2006年成立了“工程坊”，為學生提供專業的器材設備與技術指導，并為學生提供創新培訓；山東大學開設了“創造發明學”公共選修課，學生通過對該課程的學習，創造發明的積極性和實際創新能力均有較大的提升，累計獲得近千項國家專利。[4]然而，國內多數院校所開設的創新教育課程仍以專利申請、科技文獻查詢等選修課程或舉辦相關講座或者學生協會社團的形式為主，尚未形成完整的創造發明教學體系。在實際基礎理論和專業課程教學中，側重于知識的系統性和完整性的表達，容易忽視對學生創造發明思維的培養。

二、 基于建構主義的創造發明教學的原則

（一）建構主義學習理論

建構主義是一種討論知識論的理論，異于傳統的知識觀點。建構主義認為知識是建構而來的，將學習者視為能夠主動建構知識的認知主體，因此十分重視學習者的自然想法和已有的經驗。[5]由于學習是一個主動建構知識的過程，學習者在學習歷程中，會以自己既有概念為基礎，建立學習的意義，主動地參與知識的社會建構，而不是被動地從教師那里接受已構建好的知識包裹。教師與學生在教學中共同參與教學過程，通過討論與互動，讓學生在已知知識的基礎上，主動探索與架構新的概念。由此可見，建構主義學習與傳統知識傳授的教學方式有著顯著的區別，更強調學生的主動探索和自我知識的構建，這一思想與創造發明的實際過程相一致。因此，應用建構主義學習理論架構創造發明課程教學模式是一種有益的嘗試。

（二）基于建構主義的創造發明教學原則

以建構主義學習理論指導創造發明課程教學，要求教學實施過程應遵循如下幾條基本原則：1.學生主動建構出創造發明的想法，而不是被動接受知識與指導。因此，創造發明教學應注重激發學生的創新欲望和創造性思考能力的培養，而不是僅限于學習創造發明理論與技法。2.創造發明的解答無標準答案，是存于人腦中的主觀思想，而認知的目的則是組織一個更能適應現實的經驗世界。因此，教學過程應引導學生主動發掘問題之所在，設法解決問題，而不是直接將解決問題的方法傳授給學生。3.創造發明是人與人之間磋商與妥協的社會建構結果，不獨立存在于技巧與方法之中，技巧與方法只是一種工具，其意義由發明人所賦予。因此，教學時應強調小組成員的相互討論、學生與教師之間的有效溝通，與學生共同架構創造發明的思考與想法。

三、 基于建構主義學習理論的創造發明教學模式

（一） 創造發明課程教材設計

創造發明作為一門課程來學習，需要從理論層面對創造發明思想內涵進行闡述，教師也需要有相應的教材來規劃和指導實際授課范疇。根據建構主義對創造發明的要求，教材內容應包括：創造的定義，創造力的本質；創造的理論，創造的過程及創造的障礙；問題的種類、層次與屬性；想象力的重要及種類與運用；創造發明的方法（相反、合并、轉移）；創造與發明的實例討論；專題報告及討論。由于創造發明課程的教學終極目標是創新思維的培養，而不是一般的技能訓練，因此，專利申請、科技文獻查詢等知識不應納入本課程教學中。

（二）創造發明教學的原則與技巧

依據教材的內容和建構主義對創造發明的要求，課程開展的方式建議采用講授、問答對話、小組討論、專題制作與報告等形式。教學時應彈性運用上述方式，務求課堂氣氛活潑。同時，教師在教學時應掌握下列原則：1.知識理論與可行方法的傳授應做到互相呼應，不可只有理論，也不可只注重方法，而應著眼于學生知識的實際運作。2.實例的探討及創造發明的演練要能互相配合，根據學生學習的領域、主題，收集前人的發明實例，在課堂上說明并一起討論。同時，也讓學生能以專題的形式進行完整的演練，從問題的尋找、方法的設定、問題的解決到最后完成作品和申請專利。3.教師應多采用啟發式的問答與討論讓學生主動學習。4.教學應盡量配合相關的設備、教具與教材、模型、投影機、計算機等實體展示，讓學生透過實際的體驗產生更多的感受及啟發。5.教學成效無法以知識獲得的程度來評量，必須由平時的表現、經常性的記錄，考核學生進步構成，并在最后的專題報告中，作為綜合評分的標準。6.注重創造發明的演練教學，邀請發明家（或有豐碩的發明創造成果的人員）演講發明經驗，并現場組織一項發明創造的演練全過程，讓學生領會發明的思維構建和樂趣。

（三）創造發明教學師資要求

創造發明課程教學的主體是學生，但需要教師來調動討論氣氛和把握主題。一位優秀的創造發明的授課教師應具有一定的特質與條件：1.擁有廣博的知識，能吸收不同領域的專業學識；2.擁有寬容的心胸，容忍學生的挑戰；3.要能帶動討論，引導學生進行團體討論及一對一問答；4.具有幽默風趣的特質與流利的口才，讓課堂能在輕松氣氛下進行；5.具備實務的經驗并與現實生活不脫節；6.對創造發明有興趣，有豐富的創造發明經歷；7.具有很強的實際動手能力和扎實的工程知識。

四、結語

工程教育強調培養學生解決復雜工程問題的能力，創造發明的提出和目標在很大程度上是基于對工程難題解決的現實需求。因此，將創造發明作為獨立的課程納入常規教學體系并應用于其他課程教學，符合工程教育大綱要求。筆者在多年指導大學生的創新實踐中深刻體會到，創造發明不只是提出想法，還需要掌握一套符合認知規律的思維培養方法，并將創造發明的想法付諸實踐以形成產品實際運作能力。以建構主義學習理論來組織實施創造發明課程教學模式是一種有益的嘗試。實踐證明，開設這類創造發明課程可有效激發學生學習興趣與動機，提升其創造發明的能力，并能帶動學生對其他課程學習的積極性和增強學習效果。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 黃群慧， 賀俊. 中國制造業的核心能力、功能定位與發展戰略——兼評《中國制造2025》[J].中國工業經濟，2015（6）： 5-17.

[2] 周緒紅.中國工程教育人才培養模式改革創新的現狀與展望——在2015國際工程教育論壇上的專題報告[J].高等工程教育研究，2016（1）：1-4.

[3] 白強.美國名校科技創新人才培養的實踐經驗與啟示——基于哈佛大學、斯坦福大學和麻省理工學院的考察[J].教師教育學報， 2015（3）：112-117.

[4] 樊麗明，王仁卿.開放、綜合、研究環境下的創新人才培養模式探索——山東大學的本科教學模式改革[J].國內高等教育教學研究動態，2009（11）：14-14.

[5] 溫彭年，賈國英.建構主義理論與教學改革——建構主義學習理論綜述[J].教育理論與實踐， 2002（5）：17-22.

[責任編輯：劉鳳華]