谈项目式实验教学方法对工科大学生自主学习能力的培养

一、引言 
  当前国内高等工程教育矛盾突出,工科教育理科化,实验教学脱离实际。2017年2月,教高司发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》,其中明确指出推进新工科的建设与发展,加快实现我国从工程教育大国走向工程教育强国[1]。虽然对新工科的内涵和外延还在进一步探讨中,但是针对卓越工程师教育培养难以通过几年的高等教育一蹴而就的问题,要培养学生的自主学习能力,受到高校教师的重视。自主学习能力决定学生的终身学习能力[2],也是通过学习新知识成功解决未来发展出现问题的关键。 
  目前在本科教育中,工科类学生的培养模式是:理论课以教师讲解为主,实验课多是验证性实验。验证性实验的模式是学生按照实验内容以验证方式来理解所学的知识,缺少创造性和实际应用背景。学生虽然掌握了相应的知识点,但是不能将知识较好地运用于实际工程,其自主创新能力和分析问题、解决问题的能力培养不足。本文通过课程实验的项目教学方法的实践探索,分析项目式实验教学对工科大学生自主学习能力培养的影响,旨在引发人们对新工科学生实践能力的多种思考。 
  二、项目教学概述 
  项目教学(Project-based Learning),简称PBL,通常解释为“以实际问题为依托,以开展项目为手段,通过完成项目同时掌握理论知识和实践技能的教学方法”[3]。项目教学以皮亚杰为先驱的建构主义、哈佛大学加德纳的多元智能理论、行动导向教学理论等为理论依据,其核心理念强调“以学生为主体,以教师为主导,以实际为背景,以项目为媒介,通过项目实施与目标的达成提高学生的综合能力”[4]。相較于传统的教学方法,项目教学贯彻“工学结合,深度融合”的教育思想,侧重培养学生运用已有的知识和技能解决实际工程问题的能力和自主学习主动探索的学习能力,有利于学生整合已有知识构建新的知识。目前,项目教学模式在我国高职教育的应用研究中逐渐受到重视,但在本科教育中应用较少,主要是受科学范式下工程教育模式思想的影响。在目前基于科学范式的本科课程体系中,教师可以先从课程的实验课环节探讨引入类似项目教学的教学方法,因实验课本身就是在已有理论知识的基础上开展的教学实践,通过实验环节构建创造性实验,以“做中学”的方式提高工科大学生的创新能力和自主学生能力。本文在后续段落介绍了笔者基于项目式实验教学方法的实践,阐述了对此方法的思考,总结了项目式实验教学方法对工科学生自主学习能力的积极影响。 
  三、项目教学在课程实验中的实践与思考 
  1.项目教学的设计。项目教学主要应用于实践性和应用性比较强的课程。以笔者教授的数字图像处理技术课程为例,在图像/视频视觉大数据时代,对数字图像的自动处理和智能化分析技术在娱乐和交通等领域有着广泛的应用,该课程具有比较强的应用性。课程的实验教学在本科课程体系中有着重要的地位,它和理论课程共同构成了大学课程的完整体系,是学生消化理论知识、认识所学知识本身价值的重要手段,也是培养学生形成创新能力的重要途径。 
  因此,项目教学方法在实验课的项目设计环节上对教师提出了更多的要求,要求教师不仅要娴熟掌握专业知识,更要具备基于该课程知识体系的工程实践,本着真实性、系统化和探究开放性的原则来灵活构建实践项目。真实性原则是指项目的问题应该真实的,这样学生感受到的是在解决一个真实的工程问题,启发学生理论联系实际;系统性是指以真实项目问题为基点,以紧紧围绕理论课的系统知识体系为原则,以培养学生的实践能力为目标,开展相应的教学实践活动;探究开放性原则是指项目问题不是对已有知识的简单重现,而是学生通过对项目问题的自主学习探究,构建问题的解决方案,从而提高自主能力和创新能力。 
  “学起于思,思起于疑。”教师要以项目问题为导向,引导学生应用和整合已有的理论知识,在解决项目问题的过程中主动思考,多动手实践,从“要我学”逐渐培养学生“我要学”的自主学习意识,使其可以更好地理解所学的理论知识,从而构建起自己的知识体系,提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。 
  2.项目教学在课堂实验中的尝试。以笔者教授的16学时的数字图像处理实验课为例,在以往的实验教学中,实验内容是根据课堂教授的章节内容设计并指导学生验证完成的。若以整体连贯、有故事角度审视以往的实验内容,不难发现以往设计的实验内容缺乏较好的顶层设计,实验内容相对较零散,连续性和逻辑性不足,没有形成基于问题或项目的整体导向,存在学生主动学习性不高和实践体验不足等问题。针对此类问题,笔者秉承以问题为导向、结合实际项目、“做中学、做中思”的教学思想,设计了“车牌定位与识别”项目。“车牌定位与识别”问题在交通监控中有着广泛的应用,学生对此工程背景也不陌生。该项目问题所设计的技术解决方案与数字图像处理理论课程的基础知识相对应,项目问题解决过程中涉及的图像获取、图像增强、图像分割和形态学滤波等方法,恰好与课堂所学的理论知识相契合。这样的以项目的实际解决方案为脉络,整体设计一个完整的“实验故事”,并分解到每次的实验内容,可以让学生融入有意义的任务完成过程。同时,该项目的解决方案不是对已学知识的简单堆砌,需要学生结合工程实践问题积极思考、主动探索所学理论知识的本质,引导学生学以致用,自主地找到解决问题的途径,增强学生的实践能力,培养他们的研究性思维和创新精神。 
  3.项目教学法的思考。2016年笔者在实验教学环节首次尝试了项目教学法,发现该方法对学生实践能力的提升有着积极的作用。通过引导学生在实验中亲自解决工程实际问题,激发学生的学习兴趣和主动学习意识,有利于培养他们自主学习和探索创造的能力与精神。但是在项目实验教学实践中,也发现了一些需要注意和完善的问题,其中比较突出的是学生在教学实践中表现得参差不齐。因为项目实验较以往的验证式实验增加了实验难度,学生的自身基础本就各有高低,自身能力也各有千秋,呈现出来的实验结果也有一定的差异,这就要求教师不能仅侧重对实验结果的评估,还需要考量实验过程中学生体现出来的理论知识理解、构建及创新思维能力,鼓励学生分析实验结果不好的原因并给出指导建议,从而引导学生达到“做中学”“学而思”的教学目的。 
  四、结束语 
  中国自古就有“授人以鱼,不如授人以渔”的道理。项目式的实验教学方法以项目问题为导向,启发学生通过主动的学习、思考,构建自身的知识体系,锻炼解决问题的能力,从而提高获取知识的方法和能力。该方法可以帮助工科大学生培养自主学习能力,同时也督促教师不断更新知识体系,实现教学相长的良性互动。 
  参考文献: 
  [1]教高司函[2017]6号,教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知[EB/OL].http://www.moe.edu.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201702/t20170223_297158.html,2017.02.20. 
  [2]陈敏,陈伯望,江学良.从教与学的辩证关系谈工程专业学生自主学习能力培养[J].当代教育理论与实践,2016,8(12):54-57. 
  [3]徐小贞.中国高职英语专业教育理论研究[M].外语教学与研究出版社,2006. 
  [4]宗亚妹,李建启.系列化项目教学的研究与实践[J].中国大学教学,2013,(11):44-46.
浏览次数:  更新时间:2017-11-30 09:52:55
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