基于P-MASE 模型與當堂對分的研究性教學模式

任 寧，劉曉霞，申會鵬，丁 浩，馮 偉

（河南工業(yè)大學 機電工程學院，河南 鄭州 450001）

0 引言

提升高校的教學質量，是高等教育持續(xù)高質量發(fā)展的基本要求[1]。早在2005 年，教育部頒布“關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見”，并倡導“積極推動研究性教學”，由此，研究性教學成為高校教學改革的主要方向[2]。積極引導學生進行探究式與個性化學習、因材施教，從而培養(yǎng)出具備個性化特征的人才，這是當前高等教育階段的關鍵特征之一[3]。因此，在高校推行基于研究的研究性教學勢在必行。

研究性教學模式，自20 世紀80 年代起，在全球范圍內獲得了普遍的認可[4]。這種教學模式對于激發(fā)學生的學習熱情，提升他們的研究能力、自主學習能力、協(xié)作學習能力，以及創(chuàng)新能力具有顯著的促進效果[5]。目前，研究性教學已在國內外高校被普遍接受并廣泛使用，且作為教師們所廣泛認同和積極采用的一種創(chuàng)新教學模式[6]。課堂是實施研究性教學的主要場所，而如何設計并實施研究性教學一直是教師們所關注并亟待解決的核心問題[7]。

P-MASE 模型是由南開大學張偉剛教授于2018年創(chuàng)建的，自2019 年起已在教學實踐中開始應用[8]。該模型可以有效地幫助學生根據自身情況進行合理的時間管理和安排，以增強學習效果。P-MASE 模型的運作過程包括五個環(huán)節(jié)：引入問題（problem）、尋找方法（method）、科學分析（analysis）、有效解決（solution）和效果評價（evaluation）。

“機械設計基礎”作為高等院校近機類、非機類各個專業(yè)的一門主干技術基礎課，在我國高等院校相關專業(yè)教育教學中占有舉足輕重的地位[9]。該課程教學模式是影響專業(yè)人才培養(yǎng)質量的關鍵因素，同時也是“機械設計基礎”課程改革的核心研究領域。長期以來，“機械設計基礎”的教學方式主要采用傳統(tǒng)課堂傳授模式，學生在課堂中只能被動地聽講，師生及學生之間的互動極少，甚至可能忽視知識的內化和提升，從而難以達到預期的教學目標[10]。

在2014 年，復旦大學的張學新教授首度在國內提出了一種新型教學模式——對分課堂[11]。該教學模式強調讓學生在課堂上“活動”起來，使之能夠積極投入到學習過程中。目前對分課堂有三種操作模式，即當堂對分、隔堂對分和當堂+隔堂對分[12]。由于隔堂對分模式下學生需課后自主內化吸收教師講授的內容，并完成相應的作業(yè)，這需要花費大量的課余時間。為降低學生的學習負擔，本次教學改革選擇了當堂對分教學模式。

為將研究性教學理念引入“機械設計基礎”的課堂教學中，以推進我校學術型人才培養(yǎng)；同時為提高“機械設計基礎”的課堂教學效果，讓學生在課堂上“活動”起來，本研究將P-MASE 模型與當堂對分進行融合，針對“機械設計基礎”課程開展研究性教學模式研究。

1 教學改革思路

以培養(yǎng)學生的批判性思維、科研創(chuàng)新和實踐能力為目標，改革教學目標、教學內容、教學活動和評價體系，構建了一套適用于“機械設計基礎”的以學為中心的基于P-MASE 模型與當堂對分的研究性教學模式。如圖1 所示為研究性教學基本模式框架圖。

圖1 研究性教學基本模式框架

1.1 深入分析課程特點，明確課程研究性目標

根據學校人才培養(yǎng)定位和機類專業(yè)就業(yè)方向，“機械設計基礎”課程既是專業(yè)基礎，同時也是核心課程。其教學內容專注于解答機械的共性問題，并為后續(xù)專業(yè)課程提供理論和知識基礎。在教學過程中融入批判性思維、創(chuàng)新意識以及創(chuàng)新方法，可有效地激發(fā)學生對專業(yè)知識學習的熱情和積極性，從而提升他們的思維能力和擴展他們的能力邊界。本研究致力于改變傳統(tǒng)的教學觀念，把知識本位轉向研究性目標；明確教書育人并重，思想素質與業(yè)務素質均衡發(fā)展的新時代育人目標。

基于此，制定了包括知識、能力和素養(yǎng)在內的三維教學目標，以此實現(xiàn)培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、教學目標、教學內容、教學活動以及教學評價等各方面的階梯支撐和有機結合。

1.2 更新教學內容，融入學科前沿和課程思政

根據教學目標和學情分析，基于對大二學生以基本理論和基礎知識、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新方法培養(yǎng)為主，增加研究性學習項目；同時，把學科前沿、最新研究成果和實踐經驗融入課堂教學，在教學和考核中設置研究性學習內容。

如圖2 所示，采用項目化任務驅動式教學方式，將教學內容整合為四個項目，每個項目由不同的任務組成，而每個任務又包含若干子任務。

圖2 教學內容

1.3 體現(xiàn)研究性教學理念，創(chuàng)新教學活動

基于線上線下混合式教學模式，構建了涵蓋課前、課中和課后的全階段的教學活動，如圖3 所示。其中，將簡單易學的內容安排到課外進行線上學習，而將重難點內容安排到課內進行線下學習。

圖3 基于P-MASE 模型與當堂對分的研究性教學模式

基于P-MASE 模型，在課中構建引入問題、尋找方法、科學分析、有效解決和效果評價五大教學環(huán)節(jié)（圖4）。首先，在引入問題、尋找方法、科學分析環(huán)節(jié)，融入當堂對分的教師講授環(huán)節(jié)。然后，在有效解決環(huán)節(jié)，融入當堂對分的內化吸收和分組討論，讓學生帶著問題和任務自己嘗試解決問題。最后，在效果評價環(huán)節(jié)，融入當堂對分的全班交流環(huán)節(jié)，經由師生互動，幫助學生解決共性問題，并培養(yǎng)學生的批判性思維。

圖4 課中教學環(huán)節(jié)設計

1.4 強調過程性考核，建立多元評價體系

基于目標導向、持續(xù)改進和以學生為中心的理念，制定完善的研究性教學評價指標，對學生進行涵蓋線上線下學習行為以及涵蓋課前、課中、課后的全方位、全過程、全員考核，確保學生在整個學期內都努力學習（圖5）。其中，對部分評價指標點采用學生自評、組內/組間互評與教師評價的多元評價方式，同時評價對象可匿名、可實名。此外，經常關注平臺提供的學生學習行為數(shù)據，發(fā)現(xiàn)需要額外關注提醒的學生，在過程中及時進行干預。其中，將全國大學生機械創(chuàng)新設計比賽題目作為期末大作業(yè)的題目，全面考察學生的研究性教學目標達成情況。

圖5 教學評價方式

2 教學案例

以“機械設計基礎”的“平面機構的自由度計算”為例，說明基于P-MASE 模型與當堂對分的研究性教學模式的具體實施過程。

2.1 教學目標設計

從知識、能力、素養(yǎng)三個方面制定本節(jié)課的教學目標。

知識目標：記住機構具有確定運動的條件；寫出平面機構自由度的計算公式；識別與處理復合鉸鏈。

能力目標：培養(yǎng)學生分析與解決問題的能力；提高學生的自主學習以及溝通與合作能力；具備判斷機構能否產生確定運動的能力。

素養(yǎng)目標：提醒學生重視集體的力量；激發(fā)學生認真嚴謹?shù)摹按髧そ场本瘛?/p>

2.2 教學內容設計

更新教學內容，不僅介紹教學大綱必學的內容，還將學科前沿、最新研究成果和課程思政內容融入課堂教學以優(yōu)化教學內容。

課內必學內容：平面機構的自由度。該內容是確定機構能否產生確定運動的關鍵因素，也是對機構進行結構分析和運動分析的基礎；知識點包括：機構具有確定運動的條件、構件自由度、約束、平面機構自由度計算公式、復合鉸鏈。

融入課外拓展內容。學科前沿理論：在【拓展延伸】環(huán)節(jié)，指出通常情況下機構的原動件數(shù)目應等于機構的自由度以確保該機構能產生確定的運動，但也有一類特殊機構如欠驅動機構，其原動件數(shù)目小于機構的自由度。盡管該機構不能產生確定的運動，但其可以應用于特殊功能機械如夾持不規(guī)則物體的機械手中。

融入課程思政內容。課內：在【科學分析】環(huán)節(jié)演示如何利用結構化思維工具推導平面機構的自由度時，發(fā)現(xiàn)活動構件雖然自由，但只能進行雜亂無章運動，只有當其受到運動副的約束作用后才形成能產生確定運動的機構，從而發(fā)揮更大的作用。這類似于個人與集體的關系，從而自然融入集體主義思政元素；在【效果評價】環(huán)節(jié)，展示自由度計算公式時，提醒學生符號是一種用于交流的工程語言，必須認真嚴謹?shù)匾?guī)范書寫，從而自然融入認真嚴謹?shù)拇髧そ乘颊?；課程結束時，引入名言金句對學生進行集體主義方面的思政教育。課外：參與主題交流：在學習、生活中遇到困難時，相信集體的力量。

2.3 教學活動設計

課前準備：

教師提前系統(tǒng)梳理教學內容，將“機構具有確定運動的條件”安排到課前由學生進行線上自主學習，主要包括：微課學習和測試；學生按照教師發(fā)布的學習指南進行自主學習，教師動態(tài)掌握學習情況和學習進度。

課中實施：

在【引入問題】環(huán)節(jié)，結合生活情景，基于項目式教學法和問題引導教學法，引導學生提出專業(yè)問題：（1）機構具有確定運動的條件是什么？（2）如何計算平面機構的自由度？在【尋找方法】環(huán)節(jié)，回顧結構化思維工具。在【科學分析】環(huán)節(jié)，基于啟發(fā)式教學法，教師以曲柄滑塊機構為例，向學生展示如何利用結構化思維工具推演平面機構自由度的計算公式；在此過程中，教給學生分析問題和解決問題的思路。在【有效解決】環(huán)節(jié)，學生首先完成平面機構自由度計算相關的學習任務，再依據學習任務，展開小組討論學習。在【效果評價】環(huán)節(jié)，首先任選兩組，每組推薦一名代表，講解本組分析計算的過程，可用PPT 或板書進行講解；然后教師對各小組解決方案及結果進行點評，肯定成績，指出不足；最后各小組針對教師點評意見進行反饋，對不同意見闡述其申訴理由。

課后提升：

教師發(fā)布課后學習資源和學習任務，要求學生通過閱讀教材，復習PPT 課件及微課課件等，完成教師布置的作業(yè)，復習鞏固課中所學知識，進行內化吸收和提升；教師及時批改作業(yè)，及時發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，及時給予指導。

2.4 教學評價設計

通過在“機械設計基礎”課程中實施基于PMASE 模型與當堂對分的研究性教學，提高了學生的學習興趣，培養(yǎng)了學生的批判性思維，增強了學生的科研創(chuàng)新精神和實踐能力。

教學目標與評價方式的對應關系，見表1。

表1 教學目標與評價方式的對應關系

3 結語

通過對教學目標、教學內容、教學方法和評價體系的改革，構建了一套適用于“機械設計基礎”的基于P-MASE 模型與當堂對分的研究性教學模式。此教學模式將研究性教學理念貫穿課堂教學全過程，營造研究性教學氛圍，培養(yǎng)學生的批判性思維，提高學生的科研創(chuàng)新精神和實踐能力。