探究式教學在“機械工程材料”課程中的應用

陳水生

【摘 要】為了適應高等教育改革目標，培養學生探索精神和創新能力，在“機械工程材料”課程中實施探究式教學方法。分析了“機械工程材料”課程特點和教學目標，具有很強的實踐性，目標是培養學生創新精神和實踐能力。建立了探究式教學結構框架，探討了探究式教學存在的問題并提出相應的措施。人才培養目標和課程特點都說明探究式教學模式是適合“機械工程材料”課程教學方法，能有效提升教學效果。

【關鍵詞】探究式教學；機械工程材料；教學模式

【Abstract】to meet the aim of higher education reform，developing the ability of students to explore and innovative spirit，the problem-inquiry teaching method is employed in the course of Mechanical Engineering Material. The course features were analyzed， which is strongly practical. The teaching objectives are to cultivate talents with innovative ideas and practical abilities. The teaching framework was constructed， during whose execution the possible challenges were presented based on the course features， with proposition of the corresponding solving methods. Problem-inquiry teaching method is suited to the characteristics of the course of Mechanical Engineering Material， also meets the current talent cultivation objectives. This method improves the teaching quality.

【Key words】Inquiry teaching； Mechanical Engineering Material； Teaching model

探究式教學自上世紀60年代問世以來，在教育界獲得廣泛關注。施瓦布（Joesph Schwab）的生物科學探究模式、理查德·薩其曼（Richard Suchman）的“探究訓練模式”、羅伯特的“學習環境式”、拜倫·馬希爾斯的“社會探究模式”是美國探究式教學的代表理論[1]。

隨著我國人才培養目標改革，探究式教學在我國發展迅速，其積極意義得到廣泛認識且付諸實踐，特別是在基礎教育階段[2-3]。探究式教學的特點是以學生為主體，教師為主導，通過主體的主動探索，完成知識體系構建，強調學生探索精神和創新能力培養[4]。培養學習能力和解決實際問題能力是高等教育的特點之一[5]。探究式教學正迎合了高等教育特點，更能發揮出它的內在優勢。但由于探究式教學要依據課程目標及受眾特點來制定，沒有固定模式和既得經驗，正處在探索階段。“機械工程材料”課程是機械類專業的一門專業基礎課，是培養學生實踐能力和創新精神的重要課程，也是后續專業課程學習的基礎，具有十分重要的地位。通過分析課程教學目標和特點，探索相適應的探究式教學模式，提出實施過程中存在的問題及應對措施，為機械類專業課程普及探究式教學提供必要的依據。

1 “機械工程材料”課程特點

“機械工程材料”課程綜合性強，內容與實際生產生活緊密相關，知識點覆蓋基本理論和應用實踐，是一門先有實踐后有理論的課程。具有抽象性、推理性、實踐性等特點。以文九巴主編的教材《機械工程材料》進行討論[6]。抽象性，在“第一章 材料的結構和金屬的結晶”中知識點“金屬中常見的三種晶體結構”，將晶體結構抽象為空間點陣，且按某種預定的結構排列，具有很強的抽象性。推理性，第5章中知識點“杠桿定律的應用”，通過杠桿定律計算碳含量與平衡組織的關系。實踐性，是課程的主要特征，從第6章后的內容均為實踐性問題，涉及材料、工藝等多個方面。教學目標是培養學生發現問題、解決問題的能力，具體為能將知識點應用到工程實際，能獨立完成各種零件材料選擇及加工工藝確定。所以，教學上除了要掌握知識點外，更重要的是培養學生的探索精神和創新能力。教學過程中必須結合工程應用實際，讓學習對象具體化、形象化及可操作性強。

2 探究式教學結構框架

探究式教學是將各項教學活動進行科學合理規劃，是一個系統工程，必須遵循一定的原設計則。一是，系統性原則。探究式教學涉及學生、教師、學習材料及教學條件等多方面因素，設計中要充分考慮各種因素對教學效果的影響，進行系統性考慮。二是，主體性原則。探究式教學的主要特點是學生作為學習主體，在設計中必須保證學生的主體作用能得到充分發揮，探究精神及創新能力得以培養。三是，整體性原則。探究式教學是面向全體學生，學習過程中要能確保每一位學生全面參與，充分發揮個體優勢，互為補充，使集體智慧集約式發揮。四是，服務性原則。探究式教學的重點是自主探究學習，要根據學生探究需要的知識點進行設計安排，而不能從教師教的角度出發，確定教師指導是為學生探究服務。

探究式教學重點是解決問題，前提是調動學生學習的主動性，目標是培養實踐能力和創新精神，充分體現學生的主體地位。美國教育學家認為，一個人要使現有知識成為他自己的知識，必須親自從事“發現的行為”。提出問題是探究式教學的前提和基礎，分析、解決問題是關鍵，歸納總結是升華。所以，探究式教學的總體思路是問題創設、分析解決問題及歸納總結。

2.1 情境創設，提出問題

根據教學目標創設教學情境，讓學生在熟悉的情境中探究科學問題，根據教學目標和要求引導學生自己發現并提出問題。緒論部分，情境：時代的發展以材料發展為標志，石器時代—青銅時代—鐵器時代—新材料時代。引導學生討論材料分類，結合工業生產和日常生活了解的材料，提出問題即材料分類及特性。延伸問題，金屬材料要實現各種應用，要進過怎樣的加工，激發他們學習課程的積極性。

2.2 分組探究、解決問題

探究式教學是面向全體，發揮每一個體的聰明才智，使每一位學生得到發展。為此，將一個班分為若干小組，每一小組以5-6人為宜。先了解學生的認知水平和個性特點，讓小組內部實現科學搭配。比如，將學生按照個性分類，比較外向的、思路清楚、善于表達的同學挑出來，每一組分配一名，將思維縝密、善于觀察分析問題的同學挑出來各組配一名。總的來說，就是分組要具有公平性。分組后，每一小組由組長負責，統籌安排組內探究活動。探究過程中，當學生遇到困難時，教師不要急于給出正確的方向，要求學生給出方案，評估方案的效果，不合理后再次探討，以此循環多次。這一過程是培養學生的創新意識和創新能力的重要環節。

2.3 歸納總結，內化提升

歸納總結是探究教學的重要環節之一，通過歸納總結，把新的知識納入自我知識框架，鍛煉了知識吸收能力和整合能力。如第五章第二節中，討論了知識點：鐵-碳相圖中點、線、區的意義，典型合金的平衡結晶過程及室溫平衡組織。討論后大家對知識點都有所理解，但感覺概念多，比較抽象，系統性差。這里就要進行重點歸納總結，引導同學們根據前期討論結果，在鐵-碳相圖中標出不同含碳量的鋼在各個溫度區的組織組成物。通過總結，可將相圖中各符號的意義、合金分類、組織組成物成份及不同含碳量合金的結晶過程全部固化到相圖上。只要提到其中任一個知識點，在腦海中都能像在地圖上找一個位置一樣去理解知識點，這就將目標知識點納入到自己的知識體系結構。

2.4 評價反饋，實時修正

評價的目的是反饋，修正過程中出現的偏差。教師的評價指導應貫穿整個探究過程。及時反饋一方面能調整學習行為，改進學習方法；另一方面激發學習動力和興趣，提高學習效率。心理學家赫洛克說過，有效的反饋機制是活動目標達成的必要條件[7]。探究式教學中，學生探究學習有一定的即時性，所以要在每一個環節進行評價，教師和學生自我評價和相互評價，獲得相應的信息，并隨時調整學習行為。教學中教師不僅要按照教學目標創設情境，讓學生發現問題、提出問題，也要全程捕捉學生在探究過程中出現的問題點，經提煉后進一步作為探究的問題，提高問題探究的針對性和有效性。

3 探究式教學存在的問題及措施

3.1 教學資源缺乏限制了探究式教學實施

作為一門專業基礎課，“機械工程材料”課堂學生數高達150人，導致分組數太多，無法實現充分討論。小組過多也容易使課堂秩序陷入混亂，達不到探究教學效果。為了緩解這一矛盾，可采取多級管理，5名學生組成一個組，分為30個小組，然后找10名同學，每人負責3個小組，并組織組間協作討論，最后向老師負責。多級負責制可緩解學生人數較多帶來的問題。分級數可根據人數多少、教學資源及組長管理能力來確定。

3.2 學生很難突破教師“掌控”

在教師主導下，作為學習主體的學生只能在教師設計的問題下探究，其創新能力受到限制。針對這一問題，可以適度控制教師“掌控程度”，將探究問題更加開放，也就是教師要根據學生探究過程實施調整主導方案，以多角度、多維度引向教學目標，不能根據原有固定設計進行引導。這更加考驗教師的“導演”水平。

3.3 泛化探究式教學費時與課時限制的矛盾

機械工程材料學時僅有32學時，其中還包括4學時試驗課。傳統教學模式下，學時已近非常緊張，更不用說更加費時的探究式教學，成了一個不可完成的任務。從意義上說，探究式教學效果是傳統教學無法達到的。課時上，單一知識點確實需要更多學時。“授之以魚不如授之于漁”。探究式教學恰是“授之于漁”，教會學生學習的方法。這樣，課堂上可以選擇代表性的知識點進行探究學習，其它以課外自學完成探究學習，課內進行歸納總結，達到預期效果。通過課內課外結合，可有效解決課時緊張問題。

4 結語

探究式教學體現了人本主義思想，以學生為主體，教師為主導，充分發揮了學習主體的積極主動性，激發了學生學習熱情，培養了發現問題、分析問題和解決問題的能力。通過探索，將目標知識點整合到自己的知識結構中，加深了對知識的理解掌握，更重要的是提升了創新意識和實踐能力，這符合新形勢下人才培養目標要求。此外，教師與學生的關系由傳統主輔關系轉變為平等關系，有利于學生和教師自我完善與提升。

【參考文獻】

[1]周存軍.化學探究性教學的適切性研究[J].教學月刊：中學版，2011，33（8）：46-48.

[2]徐連榮，譚偉，崔光佐.游戲在中學物理探究式教學中的應用—以“斜拋運動”為例[J].現代教育技術，2015，25（6）：58-64.

[3]鄭天莉.初中數學自主探究式教學的策略[J].教育與教學研究，2014，28（8）： 109-111.

[4]董麗君.“機械工程材料”課程探究式教學的研究與實踐[J].湖南工程學院學報（社會科學版），2016，26（2）：95-99.

[5]劉嵐，趙矯，曾永秋，等.研究型教學與合作學習模式的創建與實踐[J].重慶醫學，2015，44（21）：3011-3013.

[6]文九巴.機械工程材料（第2版）[M].北京，機械工業出版社，2013.

[7]顧亞紅.新課程背景下初中數學教學中課堂反饋信息的收集與利用[J].考試周刊，2014，8（26）：77.

[責任編輯：朱麗娜]