工科類課程的歸納教學模式研究

李忠學　吳國祥

[摘 要]工科課程教學過程一般都是先講授概念、術語，再講授理論，然后通過實驗檢驗這些概念、術語和理論，其目的在于驗證這些已經被人們所證明過的概念、術語和理論的正確性。通過比較分析歸納教學模式與演繹教學模式的差異、歸納教學模式與問題探究式教學的相似性，以此為契機，面向工科類課程，以工程流程為橫向軸線，以歸納法認識問題的過程為縱向軸線，可以構建工程類課程的一種新型的歸納教學模式，以此探索工程流程導向下大機械類專業的課程教學改革。

[關鍵詞]工程教育 歸納教學模式 演繹教學模式 問題探究式教學

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）14-0103-03

工程教育是關于工程職業的專業教育，我國現有工程教育模式的實踐性與綜合性不強，在課程教學方法上大多采用傳統的灌輸式教學，缺乏從眾多的工程現象中歸納事物演變規律、構建理論框架的研究性內容。這種單一的教學方式，使得學生普遍缺少獨立思考能力，影響了學生主動探究科學知識的積極性和創新性思維的發揮。因此，“面向現實問題、回歸工程實踐的綜合工程教育體系”的理念，就有必要打破原有的課程界限和框架，將信息加工的心理認知理論納入“實踐—理論—再實踐—再理論”的持續改進的工程教育體系，改變現有的只截取從理論到實踐的片段作為工程教育過程的局限，為人才培養和科技創新提供可行途徑。

一、歸納教學模式與演繹教學模式的比較

工科課程教學過程一般都是先講授概念、術語，再講授理論，然后通過實驗檢驗這些概念、術語和理論，其目的在于驗證這些已經被人們所證明過的概念、術語和理論的正確性。這個過程把學生的教育變成了對已有知識的培訓，學生習慣于接受已經系統化的、被認為是正確的課程內容，沒有了求知的好奇心，導致學生被動參與教學過程，被動獲取知識，缺乏主動探索事實真相的積極性。

真實的認知心理、工程實踐，與我們現在遵循的教學過程，有著顯著的區別。它是一個在實踐中采集各類工程現象，提煉指導實踐的理論架構，再到實踐中檢驗其是否有效的螺旋上升過程。在此過程中，學生通過教學過程設定的觀察實驗或工程實踐，主動獲得知識，探究解決問題的方法；教師引導學生從實際生活中獲取素材，對素材進行加工，提煉工程問題，層層遞進構建理論使之系統化，再將完善后的理論用于實踐，解決實際的工程問題。在這兩個過程中，教師扮演的角色，學生獲取知識的方式，信息的流向，評價的結果，都不相同，如表1所示。我們將前一教學過程稱之為演繹教學模式，將后一教學過程稱之為歸納教學模式。一般歐美國家的教學重歸納，中國教學善演繹；文科教學主演繹，理工科教學多歸納；理論教學用演繹，實驗教學用歸納。而工科作為工程性、實踐性較強的學科，歸納教學模式更有利于培養學生的實踐技能和解決未知工程問題的能力。

歸納教學模式的核心在于如何從實踐中采集加工素材，通過素材提煉出解決工程問題的概念、術語及理論，再回歸工程實踐進行驗證。這一過程與面向現實問題、回歸工程實踐的問題探究教學過程極其相似，如表1，故我們將問題探究式教學作為歸納教學模式的一項原則。

二、面向工程類課程的歸納教學模式

（一）基于工程流程的工科類課程框架

我國工科類專業的學生在大學四年中，通常要修讀幾十門課程，但很多學生并不清楚這些課程之間的相互作用及聯系，也不明白課程教學的目標，總是抱著一種消極的、被動的心態接受課程內容，難以呈現出自身的創新能力。對此現象，我們需要從教學相長的根本問題出發，探尋工科類課程的教學模式。

本文采用CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）的工程教育理念，遵循從眾多工程問題中歸納出解決問題的方法和規律的認知心理過程，梳理了工科類課程在工程設計、工程實踐、工程服務等環節中的內在作用，篩選出專業課程教學中能夠圍繞的典型化產品，將課程中的工程知識和非工程知識合理地納入工程范疇，按工程流程（產品認知、BOM表設計、典型化產品、材料設計、造型設計、技術設計、產品制造、產品服務和再制造工程）組織課程體系和設計探究的問題，如表1所示。

（二）歸納教學模式界定

歸納教學模式以工程素材、工程問題作為教學的起點，學生是主動參與者，教學過程是學生對工程問題的綜合體驗過程，既包含對工程問題的認知，又包括工程實踐過程，整個歸納教學模式遵循“設定工程問題—預設情景進行試驗設計—試驗數據采集與分析—相似工程問題擴展—求解方法系統化”這一工程流程。該過程蘊含了以下三個基本要素。

1.工程問題。工程問題來源于企業或生活中的實際問題，由教師提供工程問題的背景材料，學校與企業共同制訂教學內容，授課教師由經驗豐富的企業工程師和高校學院派的教師組成。通過對工程問題的認知，學生自己動手設計產品，強化解決工程問題的能力。

2.預設情景的試驗設計。針對企業或生活中的實際問題，對工程問題呈現出的現象、特征提出合理的假設，界定工程問題范圍，并預設實際的工程環境，通過可行的計算機仿真、實物試驗等方法精細描述該工程問題的演化進程，獲取解釋工程問題并予以評價的證據方法。

3.問題擴展與求解方法系統化。借助獲取的證據方法，對工程問題做出解釋，并通過各種途徑（如觀察、調查、搜集資料等）尋找類似工程問題的求解方法，以便獲取解決類似工程問題的通用科學方法，體現學生對科學知識的理解與綜合運用，將知識體系系統化。

在實現這三個基本要素的過程中，教師的工程實踐能力和問題的歸納能力倍加受到挑戰，它要求教師不僅是教學過程的組織者，同時也是教學過程的引領者。作為歸納教學過程的組織者，教師要搭建一個包括音視頻材料、計算機、網絡、工程實踐等在內的綜合性教學平臺，與企業工程師一起選定工程問題，設定需要完成的任務，組織課程教學與工程實踐；作為教學過程的引領者，教師要按照工程問題的設定任務，使學生明確如何收集數據，獲得證據，并對選定的工程問題進行解釋和評價，在此基礎上，調動學生自主學習的積極性，使之主動對類似工程問題進行觀察、試驗、分析，尋找解決類似工程問題的通用科學方法。

（三）歸納教學模式的構建

表2中的課程順序遵循工程流程，沿工程流程逐層分解工程問題，將復雜的工程問題分解為局域性、多階段的簡單問題的集成。而歸納教學遵循“事實觀察與問題提煉—問題范圍界定與解決方法—知識點提煉—相似問題擴展—解決方法系統化與理論化—回歸工程實踐”這一流程，沿教學流程逐層解決每一工程階段的工程問題界定、知識點提煉、求解方法的系統化與再實踐，如表2所示。

表2中以機床類課程為例，構建了歸納教學模式。同理，我們可以根據不同的典型化產品結構，構建不同工程類課程的歸納教學模式，以此指導工科專業的教學進程，改善現有工科類課程教學中實踐能力培養的不足。

三、結束語

在現代工程背景下，工科作為工程性、實踐性較強的學科，單一、封閉、演繹性的教學模式已經不適應我國高等工程教育發展的需要。歸納教學模式遵循“設定工程問題—預設情景進行試驗設計—試驗數據采集與分析—相似工程問題擴展—求解方法系統化”的流程，全方位地體現了現代工業產品從構思、研發、運行、改良到廢棄的生命周期全過程，更有利于培養學生的實踐技能。

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[責任編輯：覃侶冰]