基于知識綜合的教學(xué)體系重構(gòu)

曾小慧　王玉丹　葉敦范　饒建華

【摘要】針對當(dāng)前高等教育教學(xué)體系存在的“知識分解充分，但知識綜合不夠”而使學(xué)生創(chuàng)新及實踐能力培養(yǎng)受到影響的問題，本文就重構(gòu)教學(xué)體系提出一種著眼于較全面知識綜合的柔性并行教學(xué)模式，并就其設(shè)計、實現(xiàn)和教學(xué)實踐進(jìn)行了探討。文章主要介紹了柔性并行教學(xué)模式的設(shè)計和表達(dá)，介紹了其實現(xiàn)所要解決的關(guān)鍵問題如課外科技創(chuàng)新實踐體系的建立、柔性實踐機制的實現(xiàn)和配套環(huán)境的建設(shè)，最后還介紹了在我校機電類一些專業(yè)進(jìn)行其教學(xué)實踐后的顯著效果。

【關(guān)鍵詞】知識綜合 創(chuàng)新及工程能力培養(yǎng) 柔性并行 教學(xué)模式

【注】本文教學(xué)成果已經(jīng)過專家鑒定，并獲省級教學(xué)成果一等獎。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）03-0036-02

1.引言

本世紀(jì)以來，各高校為實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)，紛紛在教學(xué)改革、課外科技活動開展、實踐基地建設(shè)等方面狠下功夫，但一般來說，工科學(xué)生的創(chuàng)新及實踐能力仍很缺乏，表現(xiàn)在碰到工程實際問題無處下手，畢業(yè)分配到單位后崗位適應(yīng)時間長。究其原因，當(dāng)前線性的教學(xué)體系中知識綜合欠缺，從而造成學(xué)生綜合運用知識的能力不足。

就教育而言，其教學(xué)體系“知識分解”和“知識綜合”應(yīng)并舉，知識分解目的是便于學(xué)生接受知識，而知識綜合目的則是使學(xué)生掌握知識整體、認(rèn)識事物本質(zhì)和培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力。一直以來，我國大學(xué)工科教育從掌握知識角度，按照教育規(guī)律，將專業(yè)所需知識分割成一門門課程，再建立起“學(xué)科基礎(chǔ)課程群一專業(yè)基礎(chǔ)課程群一專業(yè)課程群一畢業(yè)設(shè)計”教學(xué)體系來貫徹專業(yè)教育。這是個線性結(jié)構(gòu)的教學(xué)體系，其知識分解充分，但綜合不足，換句話說，其對知識學(xué)習(xí)有效，但能力培養(yǎng)不夠。因為在該教學(xué)體系，能起到知識綜合作用的環(huán)節(jié)有課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等，但課程設(shè)計一般設(shè)置為依附某門核心專業(yè)課程，很容易變成限于該門課的知識運用實踐，從而只能進(jìn)行局部知識綜合而使知識綜合不夠：而畢業(yè)設(shè)計雖是較全面的知識綜合實踐環(huán)節(jié)，但它處于教學(xué)體系末端，又由于此前知識綜合訓(xùn)練不夠，學(xué)生往往感覺著手難、遺憾多。可見，該教學(xué)體系對于讓學(xué)生掌握課程知識是有效的，但在使學(xué)生建立知識之間聯(lián)系、綜合運用知識解決工程實際問題方面有明顯缺陷，所以必須重構(gòu)教學(xué)體系，以增強和增加其知識綜合實踐環(huán)節(jié)。

為了重構(gòu)旨在加強知識綜合的教學(xué)體系，本文提出了一個柔性并行教學(xué)模式，它基于全面知識綜合，已在我校機電類一些專業(yè)進(jìn)行了多輪教學(xué)實踐。本文就柔性并行教學(xué)模式設(shè)計、實現(xiàn)及環(huán)境建設(shè)等展開討論。

2.柔性并行教學(xué)模式的設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

為了在原線性教學(xué)體系中加強知識綜合環(huán)節(jié)，柔性并行教學(xué)模式的設(shè)計思路就是遵循PRP教學(xué)指導(dǎo)思想，將產(chǎn)品實現(xiàn)貫徹到本科教育中。實際上，PRP教學(xué)指導(dǎo)思想亦可詮釋為在教學(xué)體系中增強和增加知識綜合，因為“產(chǎn)品”是整體知識模型，將它貫徹到教學(xué)體系中，其一，可以使其實踐環(huán)節(jié)由原來的局部知識綜合變成相對全面的知識綜合，從而增強知識綜合實踐：其二，將產(chǎn)品設(shè)計貫穿于知識學(xué)習(xí)過程，可打破原來先理論、后實踐的線性教學(xué)安排，使“知識學(xué)習(xí)”與“知識綜合”并行，從而增加知識綜合實踐環(huán)節(jié)。可見，本設(shè)計思路就是將產(chǎn)品設(shè)計制作和“并行”理念融入到教學(xué)體系的教學(xué)進(jìn)程中。

2.2 柔性并行教學(xué)模式設(shè)計方案

根據(jù)設(shè)計思路，設(shè)計方案宏觀上如圖（1）所示，它通過將課外科技創(chuàng)新活動與原教學(xué)體系中的專業(yè)教育對接來實現(xiàn)將“產(chǎn)品設(shè)計制作及研究”以“項目”形式貫徹到教學(xué)體系中：通過將課程的理論學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)與綜合實踐環(huán)節(jié)并行來實現(xiàn)“知識學(xué)習(xí)”與“知識綜合”并行。

由圖（1）可見，該模式改變了原教學(xué)體系的線性結(jié)構(gòu)，重構(gòu)的教學(xué)體系為并行結(jié)構(gòu)，其中縈繞著“知識整體”和“并行”的理念。從“課外科技活動”產(chǎn)生的“項目”依附于“產(chǎn)品”這個知識整體，其實現(xiàn)需要多門課程知識的綜合運用。從圖中的流向可見，該模式通過項目將“產(chǎn)品”帶入教學(xué)體系中的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，又融入課堂教學(xué)進(jìn)程中，使知識學(xué)習(xí)與知識綜合并行，使原來局限于一門課程的局部知識綜合實踐變成多門課程的全面知識綜合實踐。這樣，課程設(shè)計不再依附于某門課程，例如：機械原理的課程設(shè)計不僅綜合機構(gòu)分析及綜合等有關(guān)知識，還可綜合機械結(jié)構(gòu)構(gòu)型、精度設(shè)計、材料及熱處理等知識。

2.3 柔性并行教學(xué)模式詳細(xì)設(shè)計

圖（1）僅是對柔性并行教學(xué)模式方案的宏觀說明，課外科技活動的項目最終是會落到教學(xué)體系中的節(jié)點一課程上的，所以，該模式詳細(xì)設(shè)計的關(guān)鍵點就是如何實現(xiàn)課外科技活動與課程教學(xué)的對接以及知識學(xué)習(xí)與綜合的并行。

課程群中的核心課程一般有課堂理論教學(xué)、實驗教學(xué)、課程設(shè)計訓(xùn)練三個環(huán)節(jié)，柔性并行模式詳細(xì)設(shè)計的思路可概括為：針對課程群中的核心課程，進(jìn)行“開窗口、建通道”。如此，該模式微觀上如圖（2）所示。由圖可見，窗口為課程教學(xué)環(huán)節(jié)中的“柔性實踐機制”和“大作業(yè)”，橋梁是課外科技創(chuàng)新實踐模塊和課程模塊之間的有向連接。

“柔性實踐機制”是課程對接課外科技活動的窗口。之所以稱之為柔性，是相對課程教學(xué)剛性的內(nèi)容和時間而言的。課外科技活動模塊是柔性的——即活動及活動內(nèi)容即時變化、學(xué)生可自由參與，那么，為適應(yīng)此柔性，原來剛性的課程設(shè)計環(huán)節(jié)必須柔性化即：將其實踐內(nèi)容分級并使其具可變性，實踐內(nèi)容和時間可讓學(xué)生自主選擇和安排。需要說明的是，柔性并行教學(xué)模式之所以稱為柔性，就是緣由柔性實踐機制。

“大作業(yè)”是實現(xiàn)知識學(xué)習(xí)與知識綜合實踐并行的窗口。這里“大作業(yè)”不同于傳統(tǒng)的大作業(yè)，它不僅僅是課程單元知識的總結(jié)和運用，還是“產(chǎn)品項目”分解的若干可單獨進(jìn)行工程實踐的相對完整的個體，具有項目的特質(zhì)，也屬較全面的知識綜合實踐。

3.柔性并行教學(xué)模式的實現(xiàn)

顯然，實現(xiàn)該教學(xué)模式，關(guān)鍵在于其教學(xué)體系中課外科技創(chuàng)新實踐模塊和柔性實踐機制模塊的實現(xiàn)，以及配套資源環(huán)境的建設(shè)，

3.1 穩(wěn)定有形的課外科技創(chuàng)新實踐體系的建立

要實現(xiàn)柔性并行教學(xué)模式，建立一個穩(wěn)定的并能融入教學(xué)體系的課外科技創(chuàng)新實踐體系是一個首要問題。但是，各種課外科技活動是不穩(wěn)定的柔性群體，且游離于教學(xué)體系外使影響面非常有限，要使它能融入教學(xué)體系并成為穩(wěn)定有形的系統(tǒng)——課外科技創(chuàng)新實踐體系，就必須支起鋼骨。根據(jù)機電類專業(yè)的特點，可以支起的鋼骨主要有如下三根。

（1）能與教學(xué)環(huán)節(jié)接軌的、關(guān)系穩(wěn)定的課外科技競賽。

為了支起科技競賽這根鋼骨，需要做兩項工作。首先，要篩選可與機電類專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)接軌的穩(wěn)定的科技賽事，主要有校科技論文報告會、全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽等：其次，要保障科技賽事與教學(xué)環(huán)節(jié)接軌，為此，可建立核心課程與科技賽事組織方的合作關(guān)系。如：與科技論文報告會的組織方達(dá)成協(xié)議，讓課程設(shè)計創(chuàng)新作品直接參賽：與科技賽事的推進(jìn)者即機電創(chuàng)新協(xié)會等進(jìn)行合作，實行傳幫帶等。

（2）能融入課程教學(xué)的、分級漸進(jìn)的教師科研項目。

教師科研項目是具有一定理論深度的知識綜合實踐，但整體拋出來，不能為學(xué)生所接受。鑒于此，采用分級漸進(jìn)的方式可使教師科研項目成為課外科技創(chuàng)新實踐體系的一根鋼骨。分級漸進(jìn)方式如下：①將科研項目劃分為若干個子項目或子進(jìn)程：②將低級別的子項目或子進(jìn)程以大作業(yè)或設(shè)計研究性實驗的形式融入課程教學(xué)：③在此基礎(chǔ)上，將有深度的子項目或子進(jìn)程通過“學(xué)生科研立項”、“大學(xué)生實驗計劃”等形式進(jìn)入教學(xué)體系。

（3）能切入課程教學(xué)環(huán)節(jié)的工廠產(chǎn)品項目。

同是產(chǎn)品設(shè)計項目，在學(xué)校做和在工廠做，其工程背景深度是不一樣的，受工廠現(xiàn)實條件和產(chǎn)品商品化約束，在工廠做項目柔性更大，考慮因素更多，因此“知識綜合”更全面。但要使工廠項目成為科技創(chuàng)新實踐體系中的一根鋼骨，就必須在課程教學(xué)環(huán)節(jié)中找到其切入點。為此，可對課程教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計兩個切入點：①“認(rèn)識實習(xí)”添加對工廠產(chǎn)品認(rèn)識的內(nèi)容，為產(chǎn)品項目做準(zhǔn)備：⑦“課程設(shè)計”增加解決工廠產(chǎn)品有關(guān)實際問題的題目類型，使學(xué)生能深入工廠做合適的工程實際項目。

總之，三根鋼骨支起課外科技活動柔性群體，其他科技活動閃爍其間，從而形成一個柔中有剛的能融入教學(xué)體系的長效穩(wěn)定系統(tǒng)，

3.2 柔性實踐機制的實現(xiàn)

柔性實踐機制是實現(xiàn)柔性并行教學(xué)模式的保障機制。柔性實踐機制主要針對課程設(shè)計、課程實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)，可概括為實踐內(nèi)容分級制和實踐時間開放制。

實踐內(nèi)容分級制是將課程設(shè)計內(nèi)容分級，使其中一級直接對口課外科技活動項目、并可讓學(xué)生自由選擇的柔性機制。例如：機械原理課程設(shè)計有三級題目制，其中一級“自主選題”與課外科技活動接軌，學(xué)生可做直接項目、相關(guān)項目：電子專業(yè)的工程實訓(xùn)環(huán)節(jié)將實訓(xùn)內(nèi)容分級，低級實訓(xùn)內(nèi)容與“知識學(xué)習(xí)”并行，著眼于提升實驗技能，高級實訓(xùn)內(nèi)容更強調(diào)系統(tǒng)性及創(chuàng)新性，可與課外科技活動接軌，學(xué)生可自主選題做直接項目、間接項目。實踐內(nèi)容分級制既兼顧了學(xué)生的個體差異，又打開了一扇面向課外科技活動的窗口，是柔性并行教學(xué)模式實現(xiàn)的必要保障。

開放時間制是指課程的實踐環(huán)節(jié)在時間上不固定、課外進(jìn)行、學(xué)生可自主安排，是一種開放而靈活的柔性機制。進(jìn)行相對全面的“知識綜合”，僅靠課內(nèi)學(xué)時是不夠的，又由于學(xué)生課業(yè)較繁重、資源較緊張等原因，必須安排在較長的時間段進(jìn)行。所以，開放時間制是實現(xiàn)柔性并行教學(xué)模式的充分保障。例如：《機械原理》的課程設(shè)計與課堂教學(xué)并行，學(xué)生從選題開始至方案設(shè)計、上機等均在課外自行安排：《電路與電子技術(shù)》的課程實習(xí)實行完全開放式時間平臺，學(xué)生從選題開始至方案設(shè)計、做實驗等均自行安排。為了保證學(xué)生在課外能自覺地、較好的完成任務(wù)，還需安排一系列的教學(xué)活動進(jìn)行階段性檢查和敦促，如題目布置會、經(jīng)驗交流會、選題及方案自主答辯會、方案審查、大作業(yè)等。

3.3 實現(xiàn)柔性并行教學(xué)模式的環(huán)境建設(shè)

實現(xiàn)柔性并行教學(xué)模式，還必須有切實有效的軟硬件環(huán)境的配合，因此必須進(jìn)行柔性并行教學(xué)模式環(huán)境建設(shè)。

3.3.1 教學(xué)材料的建設(shè)

實行柔性并行教學(xué)模式，配套教學(xué)材料的建設(shè)不可或缺，其中比較迫切的是配套實踐教材的編寫。

柔性并行教學(xué)模式的目標(biāo)是強化知識綜合，因此課程設(shè)計等實踐課程的指導(dǎo)書內(nèi)容不能局限于本門課程，而應(yīng)著眼于較全面的知識綜合并體現(xiàn)創(chuàng)新性和工程性，以適應(yīng)與課外科技活動接軌。顯然，如此配套教材打破了該類教材于本門課程固步自封的門禁，是相對全面的知識綜合教材。

3.3.2 自主學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)

柔性并行教學(xué)模式推崇以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)方法和課內(nèi)外結(jié)合的教學(xué)方式，因此營造學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主研究及創(chuàng)造的環(huán)境十分重要。

（1）自主學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)

為了營造創(chuàng)新教育環(huán)境和開闊專業(yè)視野，讓學(xué)生在課外有進(jìn)一步學(xué)習(xí)的自主學(xué)習(xí)環(huán)境，需要建設(shè)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源。本文開發(fā)了《機電創(chuàng)新自主學(xué)習(xí)導(dǎo)航》網(wǎng)站，其內(nèi)容基于機械原理、機械設(shè)計、電路、電子技術(shù)、單片機等課程，重點突出學(xué)生在進(jìn)行機電創(chuàng)新及工程實踐活動中所需的知識與感性認(rèn)識，形象生動易懂，并附以熱點機電產(chǎn)品和不同級別的學(xué)生創(chuàng)新作品，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新熱情，幫助和引導(dǎo)學(xué)生從事創(chuàng)新實踐活動。

（2）開放實驗室建設(shè)

學(xué)生在開展產(chǎn)品設(shè)計及項目研究時，常常需要做設(shè)計研究性實驗，為了配合柔性并行教學(xué)模式的時間開放制，有必要將實驗室建成開展學(xué)生課外工程實踐的常態(tài)化開放式基地。本文針對5個學(xué)科專業(yè)，探索實驗室開放規(guī)律，加強實驗室制度建設(shè)，并就開放實驗室中指導(dǎo)教師缺乏等現(xiàn)象提出“無師實驗室的建設(shè)”，開發(fā)《機械原理實驗綜合CAd系統(tǒng)》軟件，制作《電工與電子技術(shù)實驗教學(xué)》錄像，以期幫助學(xué)生開展自助式實驗和提高實驗效率。

3.3.3 課外創(chuàng)新自制組織的建設(shè)

柔性并行教學(xué)模式將課外科技創(chuàng)新活動納入教學(xué)體系，因此課外科技活動必須常態(tài)化和體制化，為此有必要組建學(xué)生課外創(chuàng)新自制組織，讓學(xué)生發(fā)揮自身力量，對課外科技活動進(jìn)行自管理、自引導(dǎo)和自教育。本文組建了“機電創(chuàng)新協(xié)會”和“電子協(xié)會”，協(xié)會的主要工作是：①舉辦科技活動。協(xié)會將不定期舉辦講座或科技活動，構(gòu)建平臺讓學(xué)生選擇自己感興趣的課題，按照自己的思路進(jìn)行實踐和交流：②推進(jìn)課外科技競賽。每當(dāng)有科技賽事，協(xié)會將自行發(fā)動和組織學(xué)生參賽，推薦合適的參賽項目，實行傳幫帶。可見，有了協(xié)會后，創(chuàng)新活動的組織與敦促將由校方及教師變?yōu)閷W(xué)生自身，學(xué)生由被動參與變?yōu)橹鲃訁⑴c，而教師僅起指導(dǎo)作用。顯然，科技創(chuàng)新協(xié)會有助于課外科技創(chuàng)新實踐活動體制化和常態(tài)化，并形成梯隊，使創(chuàng)新經(jīng)驗得以傳承。

4.柔性并行教學(xué)模式的應(yīng)用及效果

自2008年后，在我校機電類的機械設(shè)計制造及其自動化、電子信息工程、自動化等專業(yè)中基于柔性并行教學(xué)模式進(jìn)行了不同程度的教學(xué)改革探索。事實證明，重構(gòu)的教學(xué)體系有力強化了“知識綜合”和實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生整體上的創(chuàng)新能力和工程實踐能力提高明顯，且學(xué)生成果豐富。截止到2012年上半年，僅項目組8位教師指導(dǎo)的學(xué)生成果主要有：全國大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃15項：機械創(chuàng)新設(shè)計大賽國獎2項，省獎14項；電子設(shè)計競賽國獎5項，省獎33項；大學(xué)生飛思卡爾杯智能汽車競賽國獎2項，省獎21項：首屆全國大學(xué)生水利創(chuàng)新設(shè)計大賽國獎1項：其他競賽獲獎共16項：獲得國家專利和軟件著作權(quán)共24項，其中發(fā)明專利4項：獲得湖北省大學(xué)生科技創(chuàng)新成果二等獎1項：湖北省優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文11篇。

本文的教學(xué)研究是通過2008年三個省級教學(xué)研究項目展開的。立項后，項目組通過連續(xù)三年的教學(xué)實踐，使柔性并行教學(xué)模式及其配套環(huán)境逐步得到完善，重構(gòu)的教學(xué)體系結(jié)構(gòu)逐步清晰，其可行性和可操作性逐步增強，現(xiàn)已在機電類專業(yè)的有關(guān)核心課程中穩(wěn)定實施。鑒于該教學(xué)模式在人才培養(yǎng)中確實卓有成效，若能推廣到所有具有課程設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)的核心課程中，將使分割學(xué)習(xí)的專業(yè)知識不斷得以極大綜合，學(xué)生可快速認(rèn)識事物本質(zhì)，并能有效提高創(chuàng)新實踐能力。

作者簡介：

曾小慧，女，湖北天門人，碩士研究生，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）機電學(xué)院副教授。