“以學(xué)生為中心”的工程材料與熱成形技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要：文章介紹了“以學(xué)生為中心”教育教學(xué)范式的科學(xué)原理。為滿足工程教育認(rèn)證的基本要求，按照“以學(xué)生為中心”的教育教學(xué)原理，作者對(duì)“工程材料與熱成形技術(shù)”課程進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證;以學(xué)生為中心;ADDEI

一、引言

工程教育是我國高等教育的主體，代表我國高等教育的水平和質(zhì)量。數(shù)據(jù)表明，我國每年普通本科高校工科畢業(yè)生數(shù)達(dá)113萬，其中制造業(yè)相關(guān)專業(yè)工科畢業(yè)生近60萬，我國滿足21世紀(jì)全球化需求的工程師僅16萬人，不足全國工程師總數(shù)的十分之一。為了提高工科畢業(yè)生培養(yǎng)質(zhì)量，補(bǔ)齊我國工程教育的短板，盡快與國際工程界有效接軌，我國于2016年正式加入了《華盛頓協(xié)議》，在全國高校的工科專業(yè)廣泛開展工程教育認(rèn)證工作。

工程教育認(rèn)證的核心理念是以學(xué)生為中心，考核學(xué)生的產(chǎn)出。而我國現(xiàn)有的大學(xué)教育主要采用傳授式，圍繞著教材、教師、教室進(jìn)行。這種模式傳授知識(shí)雖然迅捷、高效，能夠與工業(yè)中的批量生產(chǎn)相適應(yīng)，卻嚴(yán)重忽視了受教育的主體——學(xué)生的個(gè)性化培養(yǎng)，難以實(shí)現(xiàn)人人成才的教育目標(biāo)。

美國高校從上世紀(jì)80年代開始進(jìn)行“以學(xué)生為中心”的本科教學(xué)改革運(yùn)動(dòng)，提出了“以學(xué)生為中心”的新的教學(xué)范式。其基本特征是：以學(xué)生發(fā)展、學(xué)生學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)效果為中心。以提高學(xué)習(xí)能力，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展為目的的教學(xué)理念的推廣和采用，改善了美國的本科教育，使美國成為很多國家本科教育改革的樣本，這也是美國成為世界各國優(yōu)秀留學(xué)生目標(biāo)國的重要原因。

“以學(xué)生為中心”的教學(xué)改革運(yùn)動(dòng)是以科學(xué)為基礎(chǔ)的教學(xué)改革。在過去的五、六十年里，學(xué)習(xí)科學(xué)研究領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)步，教育科學(xué)的黑箱正在逐步打開。但是直到今天，在工程教育領(lǐng)域，教育科學(xué)理論的發(fā)展與進(jìn)步并沒有帶來大學(xué)教學(xué)水平的迅速提升。大學(xué)教師專業(yè)不同，不同專業(yè)的學(xué)科理論差異較大，他們更多地是強(qiáng)調(diào)課程教學(xué)的專業(yè)性，對(duì)教育教學(xué)的科學(xué)性與規(guī)律性重視不足。

二、“以學(xué)生為中心”的科學(xué)原理

腦科學(xué)、青春期大學(xué)生培養(yǎng)研究、認(rèn)知心理學(xué)與認(rèn)知科學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)等四個(gè)領(lǐng)域的研究為“以學(xué)生為中心”教育教學(xué)范式的實(shí)施和發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。

（一）腦科學(xué)

腦科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了“運(yùn)動(dòng)—環(huán)境變化—生存挑戰(zhàn)—大腦發(fā)展”的規(guī)律。教育可以通過改變學(xué)習(xí)環(huán)境來改變學(xué)生的大腦。環(huán)境變化越大，生存挑戰(zhàn)越大，對(duì)大腦發(fā)展的促進(jìn)作用也越大。

大腦在工作時(shí)需要大量的能量供給，學(xué)生要通過嚴(yán)格的自律達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。它要求學(xué)生具備以下條件：①足夠的營養(yǎng);②充足的睡眠;③充分的體育鍛煉。通過參加體育鍛煉把盡可能多的能量和氧氣輸送給大腦。

學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)的參與程度會(huì)隨著時(shí)間的延長而下降，大多數(shù)學(xué)生的注意力保持時(shí)間為6～12分鐘，微課的時(shí)長是據(jù)此設(shè)計(jì)的。大腦發(fā)展適用用進(jìn)廢退原則，教學(xué)上采取的方法一是規(guī)定學(xué)習(xí)科目，規(guī)定學(xué)分，并通過考核來強(qiáng)制學(xué)生。二是寓教于樂，通過教學(xué)內(nèi)容的趣味化來吸引學(xué)生學(xué)習(xí)。根據(jù)“用進(jìn)廢退”原理，知識(shí)需要重復(fù)加工才能實(shí)現(xiàn)從感覺記憶、工作記憶到長時(shí)記憶的轉(zhuǎn)換。大腦又需要用多媒體刺激來保持新鮮度和維持興奮點(diǎn)。因此，利用多感官接收信息可以有效刺激大腦，增強(qiáng)記憶效果。記憶遵循從短時(shí)記憶到工作記憶到形成初級(jí)認(rèn)知模型，再經(jīng)過思維整理產(chǎn)生更大的思維模型進(jìn)而形成知識(shí)體系。

大腦中負(fù)責(zé)情緒的是邊緣系統(tǒng)，邊緣系統(tǒng)控制產(chǎn)生各種情緒反應(yīng)，如憤怒、厭惡、恐懼、高興、悲傷、驚訝等;而情緒影響學(xué)習(xí)和記憶。邊緣系統(tǒng)還控制皮質(zhì)醇和多巴胺的分泌，使人產(chǎn)生快樂和上癮行為，這可以用來理解維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論和記憶的優(yōu)先性。

模仿和交流是實(shí)現(xiàn)社會(huì)性學(xué)習(xí)的主要形式。人類的認(rèn)知能力、模仿能力都建立在鏡像神經(jīng)元的功能之上。人腦中存在的鏡像神經(jīng)元，具有視覺思維和直觀本質(zhì)的特性，由于有鏡像神經(jīng)元的存在，人類才能學(xué)習(xí)新知、與人交往。鏡像神經(jīng)元能夠直接吸收文化。每一代人都是通過模仿、觀察來教育下一代人的。美國南加州大學(xué)神經(jīng)學(xué)家邁克爾·阿爾比指出，人類的語言就是建立在鏡像神經(jīng)元的基礎(chǔ)上的。阿爾比教授認(rèn)為，復(fù)雜的手勢以及人類在說話時(shí)舌頭和嘴唇的運(yùn)動(dòng)，都是基于同樣的原理。因此發(fā)展學(xué)生的語言能力可以促進(jìn)學(xué)生思維能力的提高。

（二）青春期大學(xué)生培養(yǎng)研究

人的大腦到25歲左右發(fā)育完全成熟。青春期結(jié)束，大腦開始衰退。大學(xué)教育的重要任務(wù)是幫助學(xué)生在青春期這一人生發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，強(qiáng)化思維能力訓(xùn)練，發(fā)展大腦能力，培育理性和理性能力。大學(xué)生發(fā)展的另一項(xiàng)任務(wù)是促進(jìn)人的社會(huì)化進(jìn)程，自我認(rèn)同是大學(xué)生發(fā)展的核心問題。

（三）認(rèn)知心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)

20世紀(jì)認(rèn)知科學(xué)的最重要成果是提出了認(rèn)知模型論。認(rèn)知模型論認(rèn)為，大腦不能直接接觸外部世界，而是通過形成一種相對(duì)定型的心智結(jié)構(gòu)來組織和表征外部世界，即認(rèn)知模型。認(rèn)知模型是由一些概念和他們之間的固定聯(lián)系構(gòu)成，是一種知識(shí)模式。

其次是元認(rèn)知理論。元認(rèn)知是關(guān)于人們思考過程的知識(shí)。元認(rèn)知理論用于調(diào)節(jié)思維和學(xué)習(xí)，有三種元認(rèn)知技能：計(jì)劃、監(jiān)控和評(píng)價(jià)。計(jì)劃決定在一個(gè)任務(wù)上花的時(shí)間、使用的策略、怎樣開始、收集什么資源、遵循什么程序等。監(jiān)控過程提示自己這個(gè)是否有意義，我是不是太快了？我學(xué)夠了嗎？評(píng)價(jià)是對(duì)思維過程和學(xué)習(xí)結(jié)果的判斷以及對(duì)判斷做出的反應(yīng)。

第三是專家（新手）研究。專家擁有大量專門領(lǐng)域的知識(shí)，包括陳述性知識(shí)、程序性知識(shí)和條件性知識(shí)。專家形成了有關(guān)領(lǐng)域的長時(shí)工作記憶并且能很快地通達(dá)相關(guān)知識(shí)和策略來解決該領(lǐng)域的難題。

（四）學(xué)習(xí)科學(xué)。

20世紀(jì)以來，學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的研究轉(zhuǎn)向以“學(xué)”為主，為學(xué)而教，即“以學(xué)生發(fā)展、學(xué)生學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)效果”為教學(xué)活動(dòng)的中心。建構(gòu)主義心理學(xué)是“以學(xué)生為中心”的直接理論基礎(chǔ)，社會(huì)建構(gòu)主義有重大影響。最近發(fā)展區(qū)理論對(duì)以“以學(xué)生為中心”的教學(xué)改革的一系列理論和實(shí)踐提供基礎(chǔ)。

三、工程材料與熱成形技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)采用著名的ADDEI模型，即：分析、設(shè)計(jì)、發(fā)展、實(shí)施、教學(xué)評(píng)價(jià)。

（一）分析

本課程與學(xué)生前導(dǎo)課程數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等課程差異較大，是一門科學(xué)、技術(shù)與工程緊密結(jié)合的技術(shù)基礎(chǔ)課，有利于培養(yǎng)學(xué)生的批判性和理性思維能力。課程屬于工程類課程，與金工實(shí)習(xí)、工程材料課程實(shí)驗(yàn)聯(lián)系緊密。

（二）設(shè)計(jì)

教學(xué)大綱設(shè)計(jì)：本課程用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生根據(jù)教師布置的自主學(xué)習(xí)任務(wù)課前學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下的有效學(xué)習(xí)。自學(xué)中的疑難問題可以通過與同學(xué)、教師的相互交流得到解決，難題帶到課堂上由師生討論解決，在課堂上進(jìn)行進(jìn)階練習(xí)，加深對(duì)知識(shí)的理解掌握，完成知識(shí)的內(nèi)化。

（三）發(fā)展

教學(xué)計(jì)劃設(shè)計(jì)：組建學(xué)習(xí)小組進(jìn)行學(xué)習(xí)合作，一般是一個(gè)寢室4到6人一個(gè)學(xué)習(xí)小組，學(xué)生自薦、推薦或選出組長。組長負(fù)責(zé)分配小組內(nèi)角色，主要角色有發(fā)言人、記錄人、協(xié)調(diào)人、觀察員等。組長安排集體學(xué)習(xí)時(shí)間和集中討論時(shí)間。合作學(xué)習(xí)一方面方便學(xué)生學(xué)習(xí)交流，解決學(xué)習(xí)中同伴更容易解釋的一些問題，另一方面通過輪流擔(dān)當(dāng)發(fā)言人角色，也鍛煉發(fā)展了學(xué)生的語言能力。

通過碎片化學(xué)習(xí)內(nèi)容，錄制微課進(jìn)行教學(xué)，試圖解決學(xué)生專注時(shí)間短，注意力容易分散的問題。也通過把微課作為任務(wù)點(diǎn)的方法來督促學(xué)生復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)。

（四）實(shí)施

1.課前教學(xué)資料和學(xué)習(xí)任務(wù)單上傳于超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，根據(jù)遺忘曲線，學(xué)生上課前1～3天在平臺(tái)上預(yù)習(xí)。學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn)設(shè)置成闖關(guān)模式，完成前一個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)后才能進(jìn)入到下一個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)。課前資料和學(xué)習(xí)任務(wù)包括教學(xué)視頻、課件、擴(kuò)展閱讀資料以及練習(xí)題等。

2.課堂教學(xué)按下列步驟進(jìn)行：①學(xué)習(xí)小組由組長主持討論自主學(xué)習(xí)中的疑問和教師出的思考題。②小組自學(xué)總結(jié)。學(xué)生用幾句話總結(jié)學(xué)到了什么，還想學(xué)什么。③疑難講解。④討論練習(xí)題。根據(jù)語言能力是思維能力的先導(dǎo)的科學(xué)原理，在小組內(nèi)討論練習(xí)題，小組發(fā)言人代表小組回答問題，發(fā)言人由小組內(nèi)成員輪流擔(dān)當(dāng)。⑤教師總結(jié)本次課學(xué)習(xí)內(nèi)容，對(duì)學(xué)生課堂表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

通過結(jié)構(gòu)化的教學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師的有效互動(dòng)。

（五）教學(xué)評(píng)價(jià)

1.學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。采用過程性或形成性評(píng)價(jià)方法，對(duì)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行全面過程考核?？己顺煽儼ㄍ瓿删W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)任務(wù)統(tǒng)計(jì)、網(wǎng)上作業(yè)統(tǒng)計(jì)、課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、大作業(yè)等，考核成績占總成績的50%。另50%成績通過期末集中考試來取得，集中考試試卷要體現(xiàn)出課程知識(shí)的特點(diǎn)，考查學(xué)生掌握課程知識(shí)的系統(tǒng)性、完整性以及知識(shí)應(yīng)用能力。

2.教師教學(xué)評(píng)價(jià)。按照程序教學(xué)原則，教師分析學(xué)生在各階段的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和成績，發(fā)現(xiàn)自己在教學(xué)過程中各環(huán)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)和不足，并加以記錄，稱為教學(xué)后記。

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