工科學生基于建構主義工程實驗技術的培養

余先倫 聶祥飛

摘要：實驗工程技術素養是工科學生培養教育的重要方面。論文分析了傳統實驗工程技術培養的基本特征，根據建構主義學習模型，構建了工科實驗工程技術建構主義培養的基本原則和實驗工程技術培養體系，提出了學生工程實驗技術素養培養的實施建議。在實驗工程技術體系平臺上實施建構主義培養，能夠有效促進學生元知識、工程技術能力和獨立批判思精神的養成。

關鍵詞：教學改革；建構主義；工程技術；素養

一、引言

伴隨信息技術引起的世界第三次工業革命，云計算大數據、互聯網、物聯網等融入到社會生活各個方面，教育正在全面信息化。工科是中國高等教育十大分類中一個重要的學科，在上個世紀八十年代，新的教育理論思想和教學方法開始注入到中國大學工科教學中，開啟中國對二十世紀五十年代形成的前蘇聯工科教學模式的改革。建構主義教育的理論基礎是Jean Piaget發生認識論和Lev vygotsky文化歷史論，建構主義理論融入工科教學中，促使工科教學呈現出鮮明的特征[1-4]。傳統工科體系由人文基礎課程、專業基礎課程、專業課程和專業選修課程和實踐實習課程等組成，實驗工程技術課程在工科體系中所占比例在20%-40%[5-6]。

這篇文章對傳統工科實驗工程技術培養的基本特征進行了分析描述，提出了建構主義實驗工程技術課程學習模型，建立了工科專業建構主義實驗工程技術培養體系，給出了工科學生養成實驗工程技術素養的基本方法。

二、傳統工科實驗工程技術培養特征

當前工科實驗工程技術教學模式基本采用Jan Amos Komensk?的班級授課制，教學內容主要是模仿那些被認為是成熟的技術。這種教學方式依賴學生過去知識的存儲，教學方式單一封閉，學生僅僅是技術技能的存儲器和加工機器，學生缺少獨立操作和創新批判的精神，傳統工科實驗工程技術培養特征具體表現為[7-8]。

（一）實驗工程技術內容采取狹窄固定模式構建。在傳統模式中，實驗工程技術一般是理論的補充和內容的驗證，是對現象的描述，技術設計課程來自于專家團體或者主流技術的權威結論，技術流程是確定的，重點關注是否符合科學家團體認知，一般采用理性框架將實驗技術內容逐級展開，這種模式系使老師和學生具有很強的依賴性。

（二）以單位時間粒度展開實驗工程技術內容。實驗工程技術內容以固定學時數進行教學展開，通過學時數對將實驗工程技術分割成一個個單元或者項目，將實驗實踐工程技術環節劃分為具體小任務，學生在規定的學時里完成。

（三）不能將學習者前期基礎與培養目標有效結合。實驗工程技術培養目標是由專家團體和主流技術團隊預先確定的，其客觀性只是代表整個主流團體，不能結合學生前期的基礎，不能代表學生真實的需求，也非客觀世界對實驗工程技術本身限制，學生機械、被動而盲目的學習，學生很難達到預先設定的目標。

（四）實驗工程技術只關注專業和課程本身。傳統實驗工程技術把注意力集中在技術流程和實驗技巧等方面，沒有關注課程與學生主體間的有效交流，沒有考慮學生主體的具體特征和道德情感，沒有考慮社會經濟結構和人文因素對實驗工程技術的影響，淡化了學生主體的創造思維特征和人文情景。

（五）傳統實驗工程技術考核以試驗結果作為主要評價方式。這種考核方式的局限性在于，只考查了學生能否將固定的技術流程原樣呈現出來，是學生技能和技巧熟練程度，不能正確判斷學生是否全面理解實驗工程技術主體、解決實驗工程技術的能力程度和學生的批判創新能力。

（六）實驗工程技術體系的設置和實施不能有效養成學生工程素養。傳統實踐課程主要是驗證性實驗、設計性實驗、綜合性實驗、現場實習和企業見習等，開發性實踐項目任務比重較小，項目任務簡單陳舊，研究性項目任務有時技術含量高，理解完成的難度較大，學生難以完成，這與學生的工程素養的養成存在較大差距。

三、工科實驗工程技術課程建構主義學習模型

建構主義建立了學生主體關于認知、學習和教學等的一系列理論。建構主義認知觀認為，工科實驗工程技術內容是對變化的客觀流程進行不斷描述、設計和發展的過程，具有歷史性和發展性。學習來自于學習主體與客觀流程之間建構性相互作用，具有主動建構特性，對客觀流程的理解依賴學習主體曾經的經驗，學生主體的學習具有現實性、完整性和實踐性[9-12]。工科實驗工程技術建構主義教學的核心應該是以學生主體、教學團隊和客觀流程為中心，教學方式無論是協作或自主學習，學生都是認知主體，是對客觀流程的主動建構者，教師團隊是學生學習的組織者，是建構技術的促進者和引路人。工科實驗工程技術內容學習模型圖如圖1所示。

圖1 工科實驗工程技術課程建構主義學習模型圖

在圖1所示學習模型中，首要環節，教學團隊根據人才培養方案和新的教學學習大綱，對學生主體需要學習的工科實驗工程技術內容提出具體的技術項目和任務，建立并完善相關的實驗、工程和技術情境。其次，在教學團隊的支持指導下，學生個體接受實驗工程技術項目或任務，根據教學團隊提供的項目任務情境環境，對項目任務進行分析，理解項目任務的具體要求和目標，理解項目任務給出的方法和步驟。在這個環節中，項目任務的問題情境需要在廣度與深度之間達到平衡，學生主體要綜合運用自身所具備的先驗知識、策略、技術和經驗，大量查詢教學團隊提供的資源，對項目任務形成自己的綜合理解，明確項目任務的本質核心。學習模型中第三個環節，是教學團隊根據培養方案和課程教學大綱，針對項目任務及相關問題情境，引發學生個體的認知沖突，讓學生個體獨立批判的思考，采取有效的方法、思維和策略，提出解決項目任務沖突的各種具體方案，在這個環節里，教學團隊和學生個體可以針對所要解決的項目任務進行有效擴展。

第四個環節也是建構主義學習模型中最核心環節，學生個體根據項目任務的解決方案實施項目任務解決，撰寫相關報告書，對所達到的結果程度進行評判。學生個體需要充分駕馭項目任務進行實驗工程技術探究性實踐，在對項目任務解決的探究性實踐過程中，學生擁有的先驗知識、策略、技術和經驗與所需要完成的目標之間能夠充分展開有序雙向的作用，學生個體的探究性實踐活動能夠真正深入到學生個體的真實內心世界中。在這個環節中，學生個體對項目任務的解決不可能一次性完成，必須通過教師團隊和學生主體聯合監控，針對項目任務學習持續檢視，對學生獲得的實驗工程技術結果進行評判。如果是對項目任務的問題情境理解存在缺陷或構建的情境環境不足，需要重新回到第一個環節，如果是分析項目任務情境存在偏差，則需要回到第二個環節，如果是提出的解決項目任務的方案不足以完成項目任務，則需要回到第三個環節，在整個反思過程中，教學團隊和學生個體需要將實驗工程技術過程和責任不斷持續轉移到學生個體中，持續增強學生個體實驗工程技術學習的獨立性和自主性，為學生展現出新的探究領域，讓學生先驗知識、策略、技術和經驗能夠有效地被結構化，不斷重構補充。

四、工科學生建構主義實驗工程技術培養體系

根據上節實驗工程技術建構主義學習模型，在實驗工程技術教學中充分運用建構主義的情景、會話、協作、意義建構等四大要素，則建構主義的實驗工程技術培養體系的構建需要體現以下因素。

（一）體現工科技術的社會背景、話語、進步和時代價值。（二）體現工科自身特定的訓練目標，著眼學生個體的參與性，提倡工科課程的科學、合作和人文精神，追求思維、技能和能力的統一，培養工科學生主體的社會責任感。（三）實驗工程技術培養體系需要同化學科內容，培養體系是一系列的活動項目任務，需要賦予學生主體自我發展空間，配置的情境資源要全面系統。（四）培養體系要充分關注學生主體的認知結構，需要不斷調整學生自身主體的認知圖式，使自身主體與實踐工程技術有效結構化。（五）關注實驗工程技術的批判性、價值取舍和道德因素，強調學生主體的判斷能力、決策能力，建立工科工程技術的多樣性，在訓練過程中養成學生主體的社會自然世界觀和道德基礎。

根據以上原則，我們提出了如圖2所示的實驗工程技術建構主義培養系統。

圖2 工科建構主義工程技術培養系統

在圖2中，工科建構主義實驗工程技術培養系統由九大模塊構成，九大模塊相互滲透，共同支撐學生實驗工程技術素養的培養。專業基礎、專業課程的課內實驗，通過這一模塊加深學生主體對專業知識的理解與學習；針對工科專業的專項選擇特性的課程設計，加深學生的思考和設計理解能力；對于工科專業的課程群進行綜合設計，養成學生綜合應用設計能力；實踐認知和技術見習兩個模塊主要加強學生從學校到企業的聯結；技能訓練和專業競賽兩個模塊主要培養學生創新批判能力和獨立精神；生產實習是要到企業中去，培養學生成為企業主體人；畢業設計是對學生主體工科四年所有能力的集中訓練和總結。

九大模塊分布在工科四年學習的各個階段，循序漸進，注重課程體系從規范同一性向創造性、差異性的轉變。每個模塊實施都要根據建構主義方法進行，讓學生主體在實驗工程技術情境環境中學習，每個模塊結束都要采用建構主義評價體系對學生的學習效果進行評價考核。每個模塊需要根據建構主義學習的基礎理論開發實驗工程技術項目任務，擴展實驗工程技術項目任務的外延選題，建立相關項目任務的情境環境，針對不同的學生主體、不同的實驗工程技術項目任務、不同的學習環境進行培養。

五、工科學生實驗工程技術培養

根據建構主義學習模型、實驗工程技術課程體系平臺、課程特征和學生主體基礎，我們采用圖3所示的學生實驗工程技術素養培養路線。

在圖3所示的培養路徑中，我們需要組建專門的實驗工程技術培養教學團隊，對學生進行有目標的選擇分層，建設足夠的實驗工程技術培養情境環境，采用建構主義方法和評價標準，對根據圖2的實驗工程技術體系逐級開展，讓學生主體獲得足夠的學習和訓練，使學生主體在各個不同層面上取得長足發展。具體路徑是：

圖3 工科學生實驗工程技術素養養成體系結構圖

（一）建設高水平的實驗工程技術教學團隊。建構主義實驗工程技術培養體系對教學團隊的要求很高，在實驗工程技術建構主義教學過程中，學校和老師必須不斷審視工程技術教學理念，促進教師團體不斷自我重構，持續努力提升隊伍工程技術素質。

（二）精心建立各個階段的培養目標。學生工程技術素養的養成是建立在一系列具體的項目任務基礎上的，項目任務的情境環境應盡量包含多種設計選擇，明確項目任務的典型性、成果性、效果性和應用性。最終促進實驗工程技術內容和方法的建構主義演進，激發學生的批判性創造性思維。

（三）對學生主體實施分層教學。針對學生主體的學習目標和先驗知識基礎，對學生進行分層培養。在我們的教學方法中，給學生完成項目任務的時間不固定，學生可以相互協作。在整個實驗工程技術項目任務實施過程中，以學生主體和教學團隊為中心，以項目任務情境環境為驅動，充分發揮學生主體智力因素和非智力因素，最終完成對實驗工程技術素養的養成。

（四）創新實驗室管理。引導學生主體自己嘗試理解實驗工程技術問題、提出具體解決方案并實施過程，采用靈活方式努力完成目標，因此實驗室管理就需要給學生提供足夠多的時間和足夠的幫助，讓學生在實驗工程技術素養培養的路徑方向上前行。

（五）充分關注學生的培養進程。教學團隊有計劃、有針對性的對學生的學習過程進行監控，關注學生主體在解決實驗工程技術過程中工程手段的運用，關注學生主體是否恰當利用各種情境資源，關注學生主體實驗工程技術的進度合理性和角色分工性，關注學生在工科實驗工程技術項目任務的解決策略是否有挑戰性、批判性、多樣性和敏感性。

通過上面五個環節的運用，最終使學生主體獲得充足的實驗工程技術素養，達到教學團隊設定的目標或超越目標。

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基金項目：重慶市教委教學研究項目“電子科學技術學位課程建構主義問題式教學與學習效果評價研究”（編號：YJG15303）、重慶市優質課程《高等電磁場理論》和重慶市高教學會項目“新工科電子信息工程專業建構主義人才培養模式探索”（編號：CQGJ17100B）資助。

作者簡介：余先倫（1967-），男，重慶梁平人，教授，研究方向：建構主義教學研究等。