工程教育导论类课程实现探究式教学的探索与实践

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1 工程教育导论类课程实现探究式教学的探索与实践
——以《土木工程设计导论》为例 工学院土木工程系 王英姿

2 目录 改革背景; 课程改革简况； 知识—能力—素质一体化大纲； 实施探究式教学的教学设计与过程； 课程的考核标准； 课程的教学效果；
观察与思考；

3 课程改革背景 一般而言，工程教育中专业导论课程的目标是了解专业、产生学习兴趣，其重要作用是不言而喻的。
为此，许多高校规定导论类课程必须由教授乃至教学名师讲授，以期教授能将自身的学识和经验传授给新生。 然而，仅有名教授担纲，若还是采用通过讲授让学生被动学习的方式，教授的认知就可以成为学生的吗？答案是不容乐观的。

4 课程改革背景 各种精彩纷呈的教学方法，究其实质，可以分为以教师为主体的被动接受式教学方式和以学生为主体的探究式教学方式两大类。
重点在于所传授知识（教科书）本身的质量和规范性，而很难顾及和判断学生是否真正的掌握和得到能力的提升 主动 重点在于营造情景、选择教学资源、促使学生以主动的、实践的和合适的方式完成提出问题—分析问题—解决问题的全过程，最终使学生形成自己的理性认知（知识）与能力。

5 汕头大学工学院土木工程系自2006年开始，进行了将传统教学模式的《土木工程概论》改为运用探究式教学方式的《土木工程设计导论》的实践探索。
课程改革背景 “导论课可以运用探究式方法吗？” “探究式教学在导论课中如何实现？” “能取得预期的效果吗？” 汕头大学工学院土木工程系自2006年开始，进行了将传统教学模式的《土木工程概论》改为运用探究式教学方式的《土木工程设计导论》的实践探索。

6 课程改革简况 《土木工程设计导论》课程的前身是《土木工程概论》课程；
将《土木工程设计导论》的学习方式改为主动学习，并从教学目标、情景营造、教学资源、评价手段多方面进行改进； 课程的主要目标由“介绍专业”改为“让学生体验土木工程的设计工作、初步发展自我能力、团队协作能力、对工程社会系统的适应能力”。 土木系组成教师团队（熊光晶老师、陆小华老师、王英姿老师、吴鸣老师、喻莹老师）进行教学改革实践；

7 课程改革简况 为实现上述目标而设置了一个由团队完成的概念设计项目，并运用“基于设计的学习（Design-based Learning，DBL）” 概念设计项目营造情境让学生像工程师一样工作，选择以一项当地城市某社区进行城市更新的概念设计项目为载体，引导学生完成构思、设计、表达、改进的全过程。 新的课程已实施了六年，每年都保持评估和改进，总体效果良好。本课程2009年评为广东省级精品课程。

8 该项目以“我的梦中家园”为题，为学生构建一个进行城市建设实践的框架。设计对象选择的是汕头市乌桥岛。
学生不仅从设计中习得关于城市建设的基本概念和知识，还自己找到“土木工程是研究什么的？”、“土木工程师具体要干什么工作？”、“成为合格的土木工程师需要具备怎样的品质和牺牲精神？”这三个理解土木工程专业的核心问题的答案，还培养了学习兴趣并提升能力。 该项目以“我的梦中家园”为题，为学生构建一个进行城市建设实践的框架。设计对象选择的是汕头市乌桥岛。 汕头市乌桥岛是城市将要进行更新改造的老区。 学生完成的规划成果之一

9 知识——能力——素质目标及大纲 自2006年开始汕头大学工学院进行了EIP-CDIO工程教学改革，借鉴以往CDIO改革 ，明确了本课程的细化的可测评的知识-能力-素质一体化培养大纲,并细化为为四个层级。 比如表中能力目标“2.1.1发现问题和表述问题”， 细分到“评估规划社区的现状数据和问题表像”以及“把握社区发展的总体目标，分清目前存在问题的主次”这两个能力。这两个能力目标对应的培养水平要求为“L2”（即理解）。显然此目标只有探究式的主动学习方式才能达到，于是该目标对应教学策略为探究式的项目（概念设计项目），而学生学习活动为“开展对城市社区的实地勘察和调研；分析规划区域现状问题并提出问题解决方案，完成调研报告；”。

10 知识——能力——素质目标及大纲 知识-能力-素质相关学习成果（Outcomes） 程度 学习活动 教学策略 L2（理解） 探究式项目
1. 掌握工程科学基础及专业技术知识 …… 2．具备整合思维能力，具备工程推理和解决问题能力，具备合格的个人素质、职业素养和态度，展示职业道德和社会责任感 2.1 分析、推理和解决工程问题 2.1.1发现问题和表述问题 评估规划社区的现状数据和问题表像 把握社区发展的总体目标，分清目前存在问题的主次 L2（理解） （L1—了解；L2—理解；L3—应用；L4—分析；L5—综合；L6—评判；） 开展对城市社区的实地勘察和调研； 分析规划区域现状问题并提出问题解决方案，完成调研报告； 探究式项目 3．有效的交流及跨学科团队工作 4．在企业和社会背景下系统性地进行土木工程项目的开发、设计、实施和运行

11 实施探究式教学的教学设计与过程 ——设计任务
利用学生渴望建造的心理，通过引导他们接触和运用学科知识进行设计，激发学生专业兴趣、明确学习动机、训练相关能力。 项目以“我的梦中家园”为题，要求学生在土木工程知识十分有限的情况下就开始一块城市用地的总体规划和一项土木工程设计。该设计为概念性规划设计。

12 实施探究式教学的教学设计与过程 ——设计任务
之所以选择城市社区建设项目是因为学生在建构自己理想的的城市社区的空间环境时时，不仅熟悉了城市、地图、空间尺度、建筑结构、比例，交通设施等概念，而且把社区、结构和交通的概念与组织城市建设的问题联系起来，还要练习绘图和表达。 之所以选择概念规划设计而不是达到专业规范要求的规划设计，主要是考虑到学习者是土木工程专业的新生，所具备的土木工程知识十分有限。探究活动的真正实现需要做到其任务的难度、深度符合学习者的情况。概念性设计内容简洁、突出创造性思维、偏重整体谋划、便于操作、调整灵活的特点与学习者特点十分符合。

13 实施探究式教学的教学设计与过程 ——情景创设与探究进程 模拟工程师设计过程，为学生安排了 “工作”情景与对应的探究学习活动。 探究 1 阶段
探究 2 阶段 探究 3 阶段

14 实施探究式教学的教学设计与过程 ——情景创设与探究进程 二、项目的建设目标
首先，让学生自由讨论对梦中家园的想象，并将其记录下来。接着，介绍身边的高品质的城市空间环境实例，提出一个问题“我们今天的家园是来源于前辈的梦想吗？”大家讨论后，得到肯定的答案。于是确立了家园的建设源于梦想并要通过设计来实现的认知。此时，教师引出本次的设计任务为进行乌桥岛的概念性规划，并对任务书和要求进行详细讲解。最后，教师再次明确本次设计任务的过程、时间节点以及提交成果。至此，学生基本理解了本次设计挑战并正式开始设计工作。 接受任务 学生组成团队开展对关于设计任务所需知识的学习，团队内要进行分工合作并记录学习情况； 学生提出调研提纲，并进行实地踏勘，了解当地风土人情与环境现状，提交调查报告； 在此基础上，学生通过对所有信息的分析、筛选以及创造性思考，提出自己本次设计的主题； 每个团队在全班交流调查报告和设计主题（第一个重要成果），学生之间倾听彼此的设计主题，并就调查设计、收集的数据等进行相互提问，从而大家能互相学习。 调查/构思 循环

15 实施探究式教学的教学设计与过程 ——情景创设与探究进程 学生依据给定条件和学习知识，做出规划设计。
每周安排2学时进行展示、讨论活动，评估设计进展情况。展示环节每个团队都要准备一个汇报，陈述设计方案特点，同时还要提出证据，证明方案的合理性。多数情况下需要引用文献书籍资料，即学生必须通过查资料，扩大知识范围。在这个展示环节，主要的关注点不是学生设计的高水准，也不是学生掌握知识的准确无误，关键在于是否能运用证据证明设计的合理性。同样学生之间倾听设计汇报，并就设计依据、分析论证等进行相互提问。教师也要参与其中，特别关注学生出现的错误和理解偏差，进行纠错式教学。 通过展示环节，每个团队都会收获若干针对自己设计的质疑与建议，接下来团队就要利用这些信息进行再设计。鉴于设计/再设计循环理论上是一项没有尽头的工作，只有完成设计的截止时间。故对学生设计的改进工作深度不做硬性要求，但必须在最后设计成果中有所体现（第二个重要成果）。 设计/再 设计循环 反思总结 本课程明确要求学生进行“反思”过程，并完成其团队工作总结和个人小结，时间是两周。这两个报告是本次探究式学习的第三个重要成果，是教师完成对学生个人能力提升评价的主要依据。

16 实施探究式教学的教学设计与过程 ——教学资源与环境 “基于设计的学习” 强调学习环境的开放性，需要进行课堂内的开发与课堂外的开发。
鉴于学习者是大一新生，自学能力和信息素养尚处于较低水准，故我们创造了有利于学生查询资料，进行自学的各种环境，主要包括构建课程指南和建设网络教学资源。 改革前课程的教学资源局限于教材，改革后除了参考国内外优秀教材外，还根据本课程特点制定了《课程大纲（细化的、可测评的能力大纲）》、《设计任务书》、《考核标准》、《课程整体教学活动实施计划》、《设计导向性问题》等教学文本及全套多媒体课件，构成帮助学生完成探究的“活动指南”。 2009年课程建成并不断完善了学习网站。

17 “问题导向”举例 一、总体规划部分 工程推理和解决问题的能力： 个人能力与态度 团队工作 设计 当前乌桥岛面临的最大问题是什么？
你们从哪些方面思考从而确立的设计主题？ 你们规划的乌桥岛未来的人口规模是多少？ 按你们规划的乌桥岛建成后，人们在其中的生活品质有哪些提高？ 个人能力与态度 你所做的设计工作“与众不同”吗？ 目前所学知识是否能够胜任规划设计？你认为后续还有那些方面的知识要学习？ 团队工作 团队中每个人的职责有分别吗？是什么？ 如何保证你们的合作能够顺利进行？具体计划是什么？ 如果合作过程中出现了问题，你们是怎么解决的？ 设计 你认为设计工作的构思是来源于分析还是来源于感觉？（两者谁更重要？） 列举五个你认为的影响规划设计的最主要因素？（比如用地规模、地理位置、历史发展情况、经济、文化观念、政策、艺术或者其他） 你认为你们设计文件中的图纸所表达的信息足够指导乌桥岛未来的建设吗？ 除了图纸，设计文件还包括那些？你们是否都尽力制造好了？

18 创建课程学习网站 http://civildesign. stu.edu.cn/civil/ 关于课程和学习的介绍和导航；
结合启发式教学和交互式学习的互动功能，如资源中心（参考书、网站、图片、视频、向老师提问等）、学生空间（设计进度跟进，互相学习，借鉴优秀设计等）； 同时也包含练习题、常规的课件、教师上课录像等。

19 课程评价标准 在本课程改革实践中，我们引入过程性评价，加大对于职业态度、自学能力、团队合作能力的考核力度，注重建立多元化的考核体系，采用提交报告、答辩、基本设计技能操作等综合考核方案。 改革后的过程性评价的内容包括探究三阶段的书面报告，设计成果和设计答辩以及学习表现，分别对应一定的分值和评价标准。

20 课程评价标准 考核对象 评价标准 分值 15% 35% 10% 学习中表现 调查/构思阶段书面报告 设计/再设计阶段书面报告
出勤率 20%； 准备充分 20%； 论据充分、论证逻辑清晰、表达清晰准确 30%； 既体现出对信息的利用，又体现出自己的独立思考 30%； 15% 调查/构思阶段书面报告 格式正确10%（前言、报告正文、总结、参考文献） ； 用语标准、正式、流畅 10%； 论据充分、论证逻辑清晰、不空泛30%（有引文、有实例）； 反映参与集体合作的过程20% （前言需列明个人的职责、贡献） ； 内容丰富，显示出对历史、现状、未来和国内外社会环境的理解 30%； 设计/再设计阶段书面报告 35% 反思阶段书面报告 答辩 时间控制得当10%（不超时、不留白）； 重点突出、内容清晰、粗细得当 30%； 项目管理有条理 30% （计划、会议、讨论、执行有安排、有记录）； 表达清楚、自信 10%； 仪态得当 10%； 回答问题敏捷、切题 10%； 10% 设计方案 符合任务书的要求 60%； 设计主题鲜明、有新意 20%； 作图清晰、美观 10%； 设计有明确的改进过程 10%；

21 课程改革效果探讨 首先，学生普遍形成专业认知的意象。通过学生提交的设计成果以及探究三个阶段报告，我们可以看到每位同学都通过自己的经历和感受精彩纷呈地回答了“土木工程专业是干什么的？”“如果我是土木工程专业工程师，我该做什么？”“现在的我要想将来成为合格的土木工程专业工程师，我需要提高那些知识和能力？”这三个构成专业认知意象的问题。本课程改革自2006级本科新生开始，从2010年开始进行的毕业生测评中，不再出现学生不理解“土木工程是干什么的？”之类的问题。

22 课程改革效果探讨 其次，学生能力提升，获得自信。通过基于设计的学习，学生不仅获得了对专业的认知，锻炼了各项能力，还对将来的学习也做到了心中有数。今后他们在专业学习中还会经历若干设计，本次设计成果将成为后续的纠错式学习之对象，本次设计过程和体验成为后续设计的经验。 以土木工程2006级学生范杰、丁海贤、崔珠华的学习为例，从学生的各项学习成果中，我们不仅看到学生达到了预期的培养目标，还看到在依靠自己的力量完成设计任务后，学生普遍感觉有自信心了。

23 课程改革效果探讨 学习者的声音——喜欢学习方式
三、立项以来的主要工作与完成情况（续） 课程改革效果探讨 学习者的声音——喜欢学习方式 “经过一个学期的小组合作查找资料、请教老师，想尽各种办法去解决我们的问题，我感觉到自己收获颇大，看问题不再只是考虑单方面，更懂得把握全局去权衡。” “课程形式赋予了学生很大的主动性，充分发挥学生的主观能动性。导论课上，学生是演员，老师是导演。学生由于要上台展示自己辛苦找来的资料，极大的提高了学生的积极性，老师布置相关的问题，我们课后自己查阅资料。虽然网络资源极其丰富，但是也正是因为太丰富了，查找资料要花很长的时间，也正是因为花很多时间，所以特别珍惜自己找来的资料，我找到的相关资料已经相当多，都储存在自己电脑里，都成资料库了。找到资料还要整理，读懂，改造成演示文档；再到讲台上演讲，答辩。这个过程大大提高了我们对知识的掌握程度，比起课堂填鸭式有无比的优越性。加上老师的从旁指导，给出专业的意见，就保证了学习的方向。”

24 课程改革效果探讨 三、立项以来的主要工作与完成情况（续） 土木女生崔珠华的“心路历程”：——在设计中成长
刚开始的时候，我设计东西非常的肤浅和不合理，不敢拿出去见人，后来在失败和教训中摸索，我渐渐入门了。我最深的一个体会就是规划并不是一件容易的事，要做好它必须得付出不少的心血。” “我苦恼和认真的思考了好久 。查阅了相关的资料文献，我认真的画了三个方案，由于专业知识的缺乏，画出来的方案自己怎么也不满意。最后的一幅图是我最后选择的方案，我比较喜欢它。” “经过老师指导，我把小区的道路重新设计了，通过一个环形路把小区紧紧的联系起来，使得小区出入方便，人们相互之间的走动也非常方便。从这项工作的开展，我真的学到了好多，也深刻地体会到自己在哪方面的知识是很薄弱，视界不够宽广，积累的知识很少，在将来的学习中我要加把劲，不然真的是孤陋寡闻，幼稚地如一个小学生，何谈上一个土木工程师呢？” “这次项目设计教会了我作为一个土木工程师，一定要有严谨的做事精神，不能凭感觉，说一就是一，要有根据要合理。就如一座建筑物的地基采用的形式，我们不能凭感觉说我们采用筏型基础，觉得它可以。我们要明白每种地基的优缺点，适合的地质情况，建筑物的高度，总之要根据实际情况选取合适的类型，做到有根有据，严谨合理。”

25 课程改革效果探讨 组长范杰的表现：——在团队中锻炼领导力 三、立项以来的主要工作与完成情况（续）
“对于我个人，作为一名有志于成为国际化土木工程师的现代学生。开设这门课无疑是给了我一个充分展示个人设计构思能力及团队领导合作能力的平台。” “设定主题方面，我于考察次日，召集本组组员于D座沙发进行讨论研究会 。在讨论中，我小组提出三个方案设想：A.梦中的家园，心灵的港湾；B.乌桥,让你体验21世纪真正的海市蜃楼；C.乌桥，给你一个温馨的家。最终，小组投票决定，选取A方案作为我们此次课程的主题。” “在整个设计过程，所有成果都离不开一个和谐、奋进的团队。在一次次的会议争论及分工合作中，我们增长了土木工程的基础知识和人际团队能力。” “在本学期的组织交流和讨论中，我学会了怎样的做好一个组长，即做好一个组织者，同时我也学到了如何和组员间更合理而有效的讨论，交流等。”

26 观察与思考 “土木工程设计导论”课程运用探究式教学方法的实践证明了导论类课程实现探究式教学的可行性和积极作用。
我们在实践中对评价体系做了些探索，但还没有达到很好地与能力评价（尤其是创新思维）相匹配。这方面还需要持续深入的探索。 探究式教学需要教师不仅具备高度的责任感，还要不断锻炼自己的教学技能。

27 The end! 谢谢聆听！