圍繞結構不良問題進行課堂教學

[摘要]文章首先對結構良好問題與結構不良問題的相關概念進行了闡述，然后指出了解決結構不良問題的方法：仔細分析結構不良問題的成分，培養學生的元認知能力，探究最優解決方案。最后提出了“機械設計”課程引入結構不良問題的實施策略：根據“機械設計”課程教學目標與課程內容設計結構不良問題，制定基于結構不良問題教學模式的評價指標體系，提供以結構不良問題為導向的優質視頻課程資源。

[關鍵詞]結構不良問題 “機械設計”課程 課堂教學改革 職業教育

[課題項目]本文系浙江省2015年度高等教育教學改革項目“結構不良問題引入機械類課程教學改革研究——以‘機械設計’課程為例”的階段性研究成果。（項目編號：jg2015349）

[中圖分類號]G712 [文獻標識碼]A [文章編號]1004-3985（2017）08-0090-04

一、引言

作為高等教育的一種類型，高等職業教育的目標是培養具有一定理論知識和較強實踐能力，面向基層、面向生產、面向服務和管理第一線職業崗位的實用型、技能型專業人才。通過近幾年的建設，高等職業教育的整體實力明顯增強，現代職業教育體系日臻完善。但一些職業院校還存在著培養定位不清晰，管理理念相對滯后，學生文化基礎薄弱、可持續發展能力不強，教學模式、課程教材體系不能很好地適應發展需要等問題，嚴重影響了現代職業教育的快速健康發展。高等職業教育教學改革已成為當前我國教育界的一大熱點問題。高等職業教育教學改革不僅需要宏觀培養方案、課程體系的改革，更重要的是要把改革精神貫穿于具體的課程教學改革，培養具有自主學習能力、實踐能力和創新能力的人才。總之，要實現職業教育培養的人才與經濟社會發展的有效對接，真正做到產學無縫對接、就業與崗位零距離、學生及用人單位雙滿意。

那么，到底如何提高學生的自主學習積極性、提高學生的課堂學習效率？近年來，結構不良問題引起了研究者的關注。新建構主義高度重視結構不良問題對于培養學生創新思維和可遷移性技能的作用，強調應當變傳統知識的接受者為主動的問題解決者。因為現實生活中充斥著大量結構不良問題，需要解決者從諸多現象中自己分析、設計出解決方案，如修電腦、寫論文、做Excel等。深入研究和探討在課堂教學中運用結構不良問題模式對優化教學過程、提高教學效率具有重大意義。

“機械設計”課程是機械類和近機類專業的主干課程，其內容繁多、理論計算枯燥乏味，歷來是機械類和近機類專業里最難學習的課程之一。因此，研究在“機械設計”課程中進行結構不良問題設計，從而調動學生的學習積極性，提高教學效果，具有重要的現實意義。

二、結構良好問題與結構不良問題

（一）結構良好問題與結構不良問題的特征

所謂問題指這樣一種情境：個體想做某件事，但不能立即知道做這件事所需采取的一系列行動。問題包含四個成分：（1）給定信息（問題初始狀態）；（2）目標（問題結果狀態）；（3）障礙；（4）方法，即個體可以用來解決問題的程序和步驟。

問題分為結構良好問題與結構不良問題。結構良好問題（Well-structure problem）有以下兩個特征：（1）問題的明確性。結構良好問題一般都有明確的條件和明確的問題。（2）答案的明確性。只應用有限數量的規則和原理，就會得到確定的答案。例如，一道數學應用題，一般情況下，條件、問題明確，且答案明確。

結構不良問題（ill-structure problem）指初始狀態、目標狀態、解決方法至少有一項不清晰的問題，而且不一定有顯性的解決問題的策略和確定的運算規則。結構不良問題有以下特征：（1）和具體的情境相聯系；（2）問題的起始條件不充分、目標狀態也不清晰以及其中用于解決問題的概念、規則、原理等也不明確；（3）存在多種解決方案和評價標準；（4）答案存在多樣性、開放性。在日常生活和職業生涯中，人們每天要面對各種各樣的問題，如技術人員排除機器故障、醫生診斷病人的病情等，這些問題就其性質而言，都屬于結構不良問題。

北京師范大學劉儒德教授最早把“基于問題學習模式”引入教學改革。他認為“基于問題學習模式”能持續地維持學生自主學習的學習動機和主動參與精神，能讓學生通過教材和講演以外的大量信息資源的搜集、學習、交流，通過解決問題獲得知識并靈活應用知識，實現了知識掌握與能力培養并舉的目標。國內外眾多學者對“基于問題學習”進行了深入研究，并取得了一定的進展。

（二）在教學中應用結構良好問題的缺點

1.結構良好問題無法促使學生獲取高級知識。在傳統教育中，提出的“問題”大多屬于結構良好問題，具有明確的條件、目標和解答。問題過于簡單化，往往會導致學生對知識的理解簡單、片面和僵化，并阻礙學生廣泛而靈活地將知識遷移到具體情境中。例如，在“機械設計”課程中，提出“三個不在一條直線上的支撐釘可以限制幾個自由度？”這一問題。答案是明確的：限制三個自由度。這是可以由個體單獨解決、有確定答案的問題，不利于學生獲得高級知識，并影響學習的有效性。

2.未針對性設計結構不良問題，導致學生解決實際問題的能力較弱。教師在教學過程中，通常注重抽象概念的講解和規則的學習，甚至將解決問題直接看作概念和規則的應用，而未將解決問題作為直接教學目標，未針對問題進行有效設計。這在一定程度上造成教育與現實脫節，導致學生的科學素質結構存在明顯缺陷，解決實際問題的能力較弱。

3.灌輸式教學造成學生學習積極性和主動性較差。在傳統教學中，灌輸式講授幾乎占據全部的課堂教學時間，學生長期處于被動接受的地位。學生在此模式下學習興趣不大，導致職業院校課堂沉悶，工學結合的程度和質量不高，難以實現教學與企業生產無縫對接。

（三）在教學中應用結構不良問題的意義

結構不良問題由于其具有情境性、開放性、不確定性等特點越來越受到教育專家、一線教師的關注。基于結構不良問題的教學模式突出了學習者在學習過程中的主動性和意義建構在學習中的作用，并且強調在教師的引導下，學生自主學習，自我、相互監測并自我提高。將結構不良問題引入課堂教學，將學生從被動的信息加工者變為主動的問題解決者，對“機械設計”課程教學改革具有重大意義。

三、解決結構不良問題的方法

國內外眾多學者圍繞“基于問題學習模式”做了大量的理論研究和實踐探索。李同吉等進行了關于解決結構不良問題的能力的實質、如何測量和培養等方面的問題研究。魯志鰓等認為傳統教學大多呈現給學生的是結構良好問題，而學生自我解決問題能力的提高則需要通過結構不良問題的設計，在教師的引導下，進行自主學習來實現。解決結構不良問題需主要考慮以下三方面要素：

（一）仔細分析結構不良問題的成分

一般來說，結構不良問題的主要成分包括認知成分、元認知成分、非認知成分和認識論認知。如果能充分理解這些成分，將為結構不良問題的解決提供幫助。在基于結構不良問題的教學模式下，應切實在課堂中落實自主學習、合作學習與探究學習，引導學生從多角度、多立場來認識問題、探索問題，從而提高學生的自主學習能力、知識吸收能力，以及分析問題、解決問題的能力。

（二）培養學生的元認知能力

采取“教師設計問題—學生提出問題—學生課后解決問題—課上分析問題—教師小結”教學環節，強調元認識在結構不良問題解決中的作用。通過結構不良問題的設計，促使學習者運用元認知技巧，監控問題解決過程，反省問題解決目標和解決過程、效果，實現學生自主監督、控制和掌握自己的認知過程。

（三）探究最優解決方案

教師設計結構不良問題，確保所呈現的條件未能顯露問題的關鍵點。通過設計結構不良問題，引導學生參與探究、思考，并嘗試通過多途徑探尋解決問題的策略，從而確定最優解決方案。

四、“機械設計”課程引入結構不良問題的實施策略

目前，嘗試將結構不良問題引入工程類課程的研究較少。因此，筆者在“機械設計”課程中將結構不良問題融入教學設計，并采用現代化的輔助教學設備和網絡信息資源輔助教學，促使學生學會獨立思考問題、解決問題，從而提高學生的綜合素質。“機械設計”課程教學中引入結構不良問題，是推動課堂教學改革的新舉措。基于結構不良問題的教學模式，突破了傳統灌輸式教學模式的束縛，使得教學不再“以教師為中心、以知識為本位”。

（一）根據“機械設計”課程教學目標與課程內容設計結構不良問題

基于結構不良問題的教學模式倡導自主、合作、探究的學習方式，把課堂還給學生，讓學生自主學習，學生是學習的主人，教師是學習活動的組織者、引導者和合作者。

改革“機械設計”課程的教學目標，使其從“使學生了解并掌握設計理論和設計方法”轉變為“使學生能夠進行理論計算、熟悉設計的程序和規范，從而形成工程實踐能力”。并且為實現此目標，筆者將“機械設計”課程的內容結構調整為基本理論知識、典型機構及產品設計計算與禁忌案例、工程應用背景的實際綜合案例三大部分。

基于課堂內容，教師設置課堂教學目標和教學重點及難點，收集與授課內容相關的教學資料，精心設計結構不良問題。學生以小組為單位開展合作學習，并通過查閱文獻、交流討論和梳理各單元知識結構等方式，形成個人觀點和學習方法。學生通過探索和解決結構不良問題，提高分析問題與解決問題的能力。例如，設計“某機構如何實現直線往復式運動”這一問題，引導學生發散思維，主動探索。

課堂教學上，采用“教師指導與小組討論的方式”來引導學生解決結構不良問題。課堂教學的關鍵在于通過結構不良問題的設計，引導學生認識理論、提煉理論、驗證理論和總結結論。

結構不良問題的解決使得傳統教學發生了諸多轉向，促使學生從一個被動的信息加工者變為一個主動的問題解決者，教師成為問題的設計者、問題解決的支持者和反思概括的引導者。

（二）制定基于結構不良問題教學模式的評價指標體系

通過學生在“機械設計”課程的學習過程，監測學生的認知、元認知、非認知的變量，評價學生的學習效果和教師的教學效果。在評價過程中，堅持過程評價和結果評價相結合，以確保評價結果的客觀真實性。評價點可為專題綜述、單元結構提綱、機構設計合理性、問題解決方案等。在評價過程中，要引導學生針對結構不良問題提出解決方案，并為自己確定的解決方案提供有力的數據支撐。評價主體要多元化，實施評價應注意教師評價、學生自我評價和學生間互相評價相結合。只有多元化地增強學生參加評價的意識，才能調動學生的積極性，才能充分發揮課程評價在“機械設計”課改中的杠桿作用。

（三）提供以結構不良問題為導向的優質視頻課程資源

網絡信息技術的發展，為新時期“機械設計”教學改革創新提供了良好的契機。一是教師基于結構不良問題，開發適合課程實踐的數字化教學資源。教師將“機械設計”課程的關鍵內容、知識點進行結構不良問題設計，并提供以結構不良問題為導向，以典型教學案例視頻、在線教學互動平臺為主要形式的學習資源。通過網絡，吸引學生自主學習與主動探索新知識。

二是通過計算機和互聯網絡，學生可以根據自己的需要選擇學習內容和學習方式。教師應利用網絡資源活化課本，在課前搜集、篩選、整理好相關資源，或者引導學生直接上網自學。通過這種學習方式，每個學習個體都可以按照自己的學習基礎和實際情況自主選擇學習內容，自由控制學習進度，重點突破薄弱點，實現高效、自主地學習。

總之，結構不良問題具有較大的開放性和靈活性，將它融入“機械設計”課程教學，既可以給予學生更大的發揮空間，也有利于培養學生綜合運用知識的能力和創新能力。

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