新工科背景下学生互动培养模式研究

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  摘 要:在新工科背景下通过对工科基础课传统的培养模式与四种互动培养模式进行比较,探索互动培养方法的理念以及对学生的培养模式。从辅助式翻转模式、启发研讨培养模式、系统与“分形”培养模式以及分层比较培养模式等几个方面阐述新工科背景下学生的培养模式。通过一切行之有效的培养方法,调动学生的学习积极性和主动性,不仅在知识的传授方面要广博深邃结合实践操作,而且最终的目的是培养学生的科学素养以及分析、解决问题的能力,使其提高到一个新的高度。
  关键词:新工科;互动教学;人才培养
  中图分类号:G642       文献标志码:A      文章编号:1673-291X(2021)30-0105-03
  课堂培养是素质教育的主阵地,是实现培养目标最基本的途径[1]。对于工科专业,专业基础课作为考试课或必修课程其内容多与学时少的矛盾越来越突出,也正是由于其学习内容多,分配学时少,成为专业课培养的一大难点[2]。因此,对于传统工科专业学生培养方式的改革成为必要。本文通过分析对比、总结和实践的方法,探讨工科专业学生培养的新思路。
  一、专业基础课学习形式
  不同的专业,其专业基础课的基本功能都是培育人,都是通过学习活动来实现,但学习的方式不同,取得的效果也大相径庭。传统的课堂式培养方式与互动式培养方式各有优势,对学生知识体系的构建与能力的培养都有各自的促进作用。传统的课堂式培养方式的优势在于可以在较短的时间内构建学生专业知识体系,但对于学生掌握知识的学习方式上,学生处于被动状态,学生不需要任何独立的探索,只需要认真听课将教师的授课内容加以理解和掌握。互动式培养方式以学生为主体,学生由被动转变为主动,主动学习和探索,让学生经历知识体系构建的过程,即从被动掌握到主动去发现问题—解决问题的过程中获得知识,授课教师在互动式教学中主要起指导作用,学生是主体,互动式的学习方式将学生转换为主动,主动去获得知识,从实践的培养过程中也发现,通过这种主动式的学习方式掌握的知识更加深刻、透彻和完整。
  二、互动式培养方法的研究与实践
  互动式的培养方式是双方的互动,不断引导学生,提高学生的学习兴趣,提高其学习知识的主观能动性,调动起学生的自主学习方式,开展自主学习。在实践培养模式中,主要采用了以下几种方式。
  (一)辅助翻转培养模式
  工程化的培养模式就是通过具体的事例结合本门课程的内容进行的分析和实践,以此来提高学生的学习兴趣以及明确学习这门课程的目的。例如汽车工程材料及制造基础,学习本门课程目标就是研究如何把材料制造成产品的技术,这其中还包含关于金属凝固和热处理的一些知识,比较难以理解,学生通过参与产品的制造,学习基础知识与实践环节结合,为将来继续深造和步入社会,面对新的知识技术打下坚实的基础。对于培养工科专业的学生,可以通过更好的管理方式与激励形式调动学生的积极性与主动性去学习,最大限度地让学生作为主体,让学生在学习的过程中建立科学的思维方式。调动学生的积极性,通过理论联系实践,锻炼学生们分析和解决问题的能力,通过互动培养方式,激发学生学习的主动性,使学生的科学素养提高到一个新的高度。在学生培养过程中,以教学大纲内容为依据,将具体的教学章节问题化,问题的设置需符合工程实际,这种方法也同样需要学生课下查阅文献,提出的问题由学生来讲解,使学生由被动变为主动,可以极大地吸引学生的注意力,提高学生学习的积极性。教师作为辅助将学生所讲问题与其他同学共同研讨,并针对此问题展开讲解,不仅调动了学生的积极性,还可以活跃课堂学习气氛。
  在工程式翻转课堂培养模式下,课堂教学从听取教师的讲解学习为主,转变为将学习的内容问题化,教师和学生通过探讨问题来学习内容,从传统培养模式转变成更加注重学生思维与综合素质的培养,更注重学生个体的培养[3]。不仅如此,在学生的培养过程中还要将线上学习与线下学习相结合,不断更新培养理念并及时与实践相结合。在如今较成熟的信息技术背景下,通过慕课和翻转课堂以及微视频等方式,让学生结合课程培养的重点和难点,提前预习,在课堂上便可以省略基础知识的讲解,从而有效地利用课堂时间,与学生通过对学习内容的讨论,引出课程培养的重点和难点,可以围绕重点和难点进一步深化及拓展,有效地利用翻转课堂对学生的培养,提升学生学习和掌握知识的效率。
  在新的培养模式下明确要求提高对学生的综合素质的培养。课前的慕课和翻转课堂以及微视频可以提高学生的自学能力,在辅助翻转培养模式下的课上通过分组的形式同学生进行交流与讨论,通过工程实践结合所学内容,不但可以锻炼学生的团队协作能力,还可以提高学生逻辑思维能力以及理论联系实践,真正让学生体会到学有所用,学以致用,从而提高学生的学习兴趣。
  在强大的互联网信息时代,想要学好、学会一门技能课程的理论,或者想意愿继续深造的学生,完全可以利用业余时间通过自主学习,在网上找详细的视频教学资料和学习视频。所以,微课与翻转课堂的培养方式适用于所有学生,尤其是具有一定独立自主学习能力的学生。
  (二)启发研讨培养模式
  启发研讨模式的培养方法主要是针对一些有原理性和规律性的知识点,可以让学生通过自主学习、探索和深入讨论的方式来学习[2]。讨论的学习方法虽然老套,但可以极大地调动学生的积极性,挖掘创新潜力。例如在汽车工程材料及制造基础课程中,片层珠光体的形成过程以及力学性能的改善?那个相会是初生相?片层是如何形成的?片层间距或片层厚度如何控制?以及力学性能如何提高等问题。通过向学生提出一些探索性的问题与学生共同思考和探讨,并通过设置问题串,层层推进学习进程,鼓励学生通过检索文献,提出自己的观点,积极进行交流和讨论。在培养过程中,以课本内容为依据,将具体的内容问题化,设置问题,对培养内容不断地展开和推进,设置的问题也要尽可能贴近实际生活,具有科学性、针对性、层次性和启发性。通过恰当的问题來促进学生积极参与学习活动,经常提出一些有一定探索性、开放性的问题让学生思考与讨论的同时,又要鼓励学生大胆地提出自己对问题的见解,并积极参与交流与讨论。同时每次课程结束时,将问题串进行链接讲解,总结课程所学内容,将重点和难点凸显,不但通过课件讲解,更要通过板书来进一步突出所学的重点和难点。为进一步加深学生对内容的掌握,还可以通过作业和每个章节的习题课来分析重点和难点,分析常见的共性问题并与学生共同探讨与修正。   通过启发研讨模式的培养方法,培养学生归纳和总结能力,不但可以提高学生理解问题的深度,而且可以提高学生分析和解决重点和难点的能力。“好的教师,不是把自己杯中的水倒给学生,而是引导学生奔向大海。”使“难学之课”不难学,改变传统培养方式,将培养的内容做细做精,不但让学生听进去,更让学生知道所学内容的“问题是什么、问题的背景是什么、问题的性质是什么、解决问题的方法是什么”,给学生留出问题的思维空间,发挥其主观能动性去钻研分析所学内容,找出解决问题的方法并加以创新,培养和提高学生的学习积极性,激发求知欲。
  (三)系统与“分形”培养模式
  如前所述,工科基础課学时少、内容多、学生学习难度大,这些对原本基础就不好的学生无疑是雪上加霜、难上加难,基础好的学生也只是勉强跟上,但是也不能完全掌握。所以单靠传统培养方式,教师片面灌输,学生学到的仅仅是一些基础的内容,虽然可以应付期末考试,但是在新工科背景下,就要采用新型的培养模式,才可以促进学生的自主、独立学习以及探索、创新能力提高,培养工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才,这样才能达到有效培养及符合和适应社会时代培养人才的目标。
  分形理论(Fractal Theory)是非线性科学的重要分支和前沿,也是一门新兴的横断学科,最早由美籍数学家本华·德博(B.B.Mandelbrot)提出。系统与“分形”培养模式立足于大工程背景下高等教育内涵式建设,就是针对工科基础课程所面临的学时少、内容多、学生学习难度大,与新工科建设要求不相适应的现实情况,创造性地将分形理论的思想与特征运用其中[4]。分形理论的相似性原则是在没有参照物时,以海岸线为例,长度为100公里与长度为10公里放大后的形状十分相似,这是分形理论的其中一个典型的特征“自相似性”。事实上,具有自相似性的形态广泛存在,分形理论给我们多方面的启示,尤其是在系统与分形培养模式中更应运用分形理论的重要启示:首先是从分形的整体与局部之间的相似性;其次是由部分来认知整体,更好地利用各分形之间的有序性、难易性及统一性。文学类学科可以通过它的时间线和事件性,其顺序性很强,容易进行穿线排序,而工科类学科可以通过难易程度进行排序。
  1.首先对于专业课的教材,它的各个章节的设置都是根据本门课程的培养目标以及学生如何循序渐进地学习各个教学单元来设置的。但在学习过程中,由于学生个体的知识背景或学习能力的差异,对每个分形部分评价难易度也是不同的,这就需要我们去重新排序,理应符合学生自身的实际情况,这些都可从作业、测试、实训中体现出来,我们只需稍加更新整理,按照难易程度循序渐进地去排序,然后通过大章节,小部分的分布形式,这样统一分布有利于培养学生大脑形成一个思维导图。在有序中统一,在学习过程中做到有迹可循。
  2.以课程知识体系结构的部分和整体之间的自相似性为切入点。学生在学习过程中利用系统与分形原理,将复杂的理论、内容整合成一个“系统”,通过认识知识体系的部分来认识知识体系的整体,通过认识整体来把握和深化对部分的认知,从认知极限体系部分去认知无限连续部分。不但有利于学生系统性与整体性地思考所学知识,还有利于在较短学时内掌握新知识,避免了传统灌输式培养模式。“系统”包括内容体系,也包括基本概念、定理定律、物理意义,还包括思想方法、逻辑推理等。通过分析与对比,找出学习内容的局部与整体、同一整体的不同局部之间所存在的相似性关联,构建起以知识点为核心的知识“系统”,也可以将存在相似性的若干个结构组成小“系统”,进行各个小“系统”专题式的分析与研讨,深入挖掘核心内容,通过恰当的情景设置问题来引导学生探寻方法与规律,促进学生建立自己的概念与模型,并通过与工程实践案例结合,培养学生从相似性视角来学习新“系统”,完成由此及彼的辐射。
  (四)分层比较培养模式
  传统的培养模式认为,对学生的培养无非是传递知识,即便在今日,这种观念依然根深蒂固。对学生的培养是一种能动性的活动,绝不是片面灌输的被动的活动。随着当前社会的发展和进步,社会上对于电子电工技术、信息化技术等类型的人才需求也越来越大。因此,院校对于这类专业就需要突出以需求为导向,以学生为主的培养模式,而分层次培养就是一项极为有效的培养模式,对人才技能培养有重要的作用。学生通过实习、实训或工程实践将课堂学习的知识付之于实践,不断提高自己的综合能力。因此,要培养出更多高素质的综合化人才,其中一个极为重要的环节就是提高学生的综合能力。由于条件的限制每个班级学生人数众多,在进行实习或实训中,对学生可以巧妙地应用分层比较培养模式,可以逐渐地提升学生的实训能力。分层次比较法非常贴切“新工科”关于人才的培养理念,即回归以学生为核心的人才培养初心,在以学生为中心的培养过程中,由于学生个体的差异,做到既兼顾大部分学生的发展,又兼顾学生的差异发展,将两者做到有机结合[5~6]。
  在学生的培养过程中分层比较培养模式的教师应以难度大、层次深、高标准的方案去实施培养。刚开始的基础概念理论相信所有学生都能跟得上,但是后期难度大的内容对于个别生来说可能跟不上,那么课后把他们平均分配给较优秀的学生并进行一对一的单独辅导与帮助,利用线上或自习都可以,学生之间不仅可增进感情也更容易交流。假如教师单独辅导的话,教师任务就会加重且学生还是会拘谨、会不敢多问、会“不懂装懂”。因此以学生为中心,不仅能培养学生的个人表达能力和加强知识的掌握情况,而且也能够以高标准去要求自己且学会为人处事。教师也可以多带学生进行试验与实训、实践,因为实践是检验真理的唯一标准,实践多了掌握得就牢固,工作时也能上手容易,动手能力就强。最后,通过比较,学生之间不仅能提高学习的动力,还可以提高学生对所学内容的理解深度,更好地消化吸收。通过分层比较的培养模式可以凸显所学内容,由此及彼,触类旁通,从而加深对所学内容的理解。
  总之,“新工科”教育理念下的人才培养,需要从培养模式和培养方法上进行革新。结合传统培养模式,可以通过以问题为导向的启发研讨培养模式和以学生为主导的辅助式翻转课堂学习法,着重去培养学生将知识运用于实践生产的能力。将课堂内外结合起来,将所学内容与工程实际相结合或者通过教师的科研项目,将项目结合教学,将实际的科研融入学生的培养中来,做好理论联系实践,让学生学有所用并学以致用,有效提高学生的创新能力,同时更好地掌握专业技能和工程实践经验。
  参考文献:
  [1]  熊红彦.陈建涛,刘志军.工科基础课教学法改革的探索[J].河北建筑科技学院学报:社科版,2005,(2):74-75.
  [2]  熊红彦,李海宝,陈建涛,董卫.大工程背景下系统与“分形”式教学法的研究与实践[J].中国大学教学,2018,(6):62-64.
  [3]  田爱丽.翻转课堂教学模式下教师角色转变与综合素养提升[J].教师教育研究,2015,(5):84-88.
  [4]  Deng Y,Chen M,Jin Y,et al.Theoretical analysis and experimental research on the energy dissipation of rock crushing based on fractal theory[J].Journal of Natural Gas Science & Engineering,2016,(33):231-239.
  [5]  张熊飞.诱思探究学科教学论的研究和实践[J].教育研究,2002,(9):30-32.
  [6]  张旭,方艳,邢静忠.“新工科”背景下工程力学课程教学方法改革探索[J].科技创新导报,2019,(16):210-211.
  [责任编辑 晓 群]
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