基于討論式案例教學法的化學纖維課程教學設計與探討

陳 勝,王 氚,顧迎春,郭榮輝,趙穎會

(四川大學 輕紡與食品學院,四川 成都610065)

隨著工業4.0概念的提出,共享經濟、虛擬現實和人工智能等技術迅速發展,創新驅動的新興產業和傳統產業的更新換代逐漸成為推動全球經濟復蘇和增長的主要動力[1].在新經濟的發展態勢下,創新周期快速縮短,技術更新速度更快,成果轉化效率更高,這使得當今社會對工程技術人才創新創業意識和能力有了更高的要求.因此,我國教育部提出大力推進"新工科建設",促進創新人才的培養.傳統工科專業教育的改革創新迫在眉睫,要求教育工作者探索和發展符合新時代人才需求的創新培養模式.

在高校教育改革中,討論式、互動式、參與式教學模式一直被認為是能夠有效激發學生學習積極性和提升創新思維能力的有效方法[2].案例教學法通過案例事實提供教學內容,并與實際經驗之間建立聯系橋梁[3].在案例教學的過程中,教師以案例為基礎,指導學生進行思考和分析,并提出理論性和拓展性的問題,引發學生判斷和決策,能夠有效地培養學生的思考、分析和解決問題的能力[4].因此,在工科課程教學中,以學生為中心,將討論式教學方法和案例教學方法相融合,對課程教學方案進行創新設計,將為滿足國家"中國制造2025"、"一帶一路"、"互聯網+"等戰略、經濟社會發展對工科人才創新創業能力的要求奠定基礎.以四川大學紡織工程專業的化纖生產各論課程為例,以教育科學基本原理為基礎,以學生為中心,將討論式教學法和案例教學法融合到教學方案設計中,為新工科建設背景下的專業課程教學改革提供實踐經驗.

1 討論式案例教學法的教學設計原理

在赫爾巴特的"傳統三中心"教學模式中,"以教材為中心、以教師為中心、以教室為中心",書本知識是核心,教師在教室里的單方面講授是途徑[5].后來杜威的"現代三中心"理論提出"以學生為中心、以經驗為中心,以活動為中心".顯然,后者更為注重教學過程中學生的主動參與,整個教學活動以學生的主動學習和學生的能力發展為核心,聚焦學習效果,將"教學"活動中的"教"與"學"并重,并且突出強調"以學生為中心"的教學理念[6].

布魯姆的認知模型認為,按認知發展水平,學習依次被分為記憶、理解、應用、分析、評價、創造[7].其中前三項屬于低階學習,后三項屬于高階學習.這個模型對于課程設計具有非常重要的意義.首先,傳統的教學方法主要集中在低階學習階段,不注重高階學習階段的學生學習能力的培養;第二,"以學生為中心"的現代教育理念中學生的主動學習和學生的能力發展實質上就是更多地聚焦高階學習.因此,在課程設計中,根據學生認識發展基本規律,通過課程教學設計中關鍵環節的把握,全面的包含六個階段的認知過程,并調動學生進行高階學習,對發展學生認知水平,提升學生創新能力具有至關重要的意義.

根據布魯姆的認知模型理論,并結合趙炬明歸納的課程設計模型[8],我們設計了圖1所示的基于討論式案例教學法的以學生為中心的課程教學設計圖.在課程教學方案設計中,以學生為中心,把專業課程教學內容與相關科學研究案例和創新創業案例結合起來,在教學過程(教學活動)中增加討論互動環節的比重.通過討論式教學方法與案例教學方法的融合,促使學生不僅能夠記憶和理解相關知識點,而且能夠應用相關知識對典型案例進行分析與評價,在課程學習中主動求知與探索,提升創新意識,培養創新能力.合理、科學的教學設計,既能達到讓學生掌握專業知識的目的,又能使其獲得自主學習能力的提高(學習目標),聚焦高階學習,在教學中實現"授人以漁".同時,通過強調過程學習的考核指標對學生學習效果進行評價(反饋與評估),并適當引入學生互評機制.

圖1 以學生為中心的課程教學設計圖

2 基于討論式案例教學法的化學纖維課程設計

2.1 課程性質與特征分析

化纖生產各論是四川大學結合學科特色,為紡織工程專業高年級本科生開設的專業主干課程.通過該課程的教學,使學生對化學纖維的基本概念、生產方法、結構與性能有一個比較全面的學習.主要教學目的是通過課堂教學與課程討論等方式,使學生能夠較全面和系統地理解化學纖維的基本概念和理論,掌握各種主要化學纖維品種的性能、成型工藝、結構特征,了解先進的化學纖維生產方法的發展趨勢;同時使學生具有初步的新型化學纖維設計能力,為學生在化纖纖維與紡織材料工業領域的從業和在相關領域繼續深造奠定堅實的基礎.

根據課程內容和目標可知,該課程的教學可以按照每種主要化學纖維的發展歷史、生產方法、性能特征、應用領域、改性研究等方面進行講授.但是,如果整個課程涉及的內容都簡單按照單一的模式進行介紹,雖然學生能夠對相關知識點進行記憶和理解,但缺乏主動學習的機會和學習過程中的參與,影響知識點的掌握效果,更談不上高階認知水平中的分析、評價與創造.因此,需要在教學過程中尋找一個載體,讓學生對學習對象產生新鮮感,精選的每類化學纖維材料的相關創新研究與應用案例正好可以作為這樣一個載體.

2.2 案例精選與案例庫建設

案例作為討論式案例教學中的重要組成單元,一方面提供相關專業知識的拓展,另一方面將作為討論、分析的主要對象,同時起到知識傳遞和思維訓練的作用,是低階學習和高階學習的橋梁.因此,案例的精選與案例庫的建設是開展討論式案例教學的關鍵,直接影響教學效果與目標的達成.

結合課程特點和教學對象,案例的篩選與收集主要包含三方面來源.第一方面,精選化學纖維領域的最新研究文獻.化學纖維作為高分子材料的重要分支,在新材料領域占有重要地位,近年來無論是新型化學纖維材料,還是高性能化學纖維材料,乃至高性能纖維復合材料領域均有日新月異的發展.因此化學纖維領域的新文獻中有大量與課程內容相關的最新研究成果,容易篩選出適合教學分享與討論的典型案例,是優秀的創新案例的重要來源.第二方面,精選近年來化學纖維、紡織品相關的國家級大學生創新創業項目,整理成創新創業案例庫,作為課程教學案例庫的重要組成.該類案例具有探索性和創新性特征,同時項目負責人與教學對象都是本科生,從對等身份的角度,更容易引發積極的討論與辯論.第三方面,本校本學科教師在化學纖維相關領域的科研成果,也可以作為補充來源.本校的案例,學生能夠直接了解與考察,課后還可以同相關案例作者直接接觸與探討,有利于課堂教學向課外教學延伸.

通過上述案例的篩選,形成一個專門針對化學纖維課程的案例庫,設置關鍵詞,包含材料類別、制備方法、應用領域等關鍵信息,便于備課時快速選擇.

2.3 討論式案例教學實施方案設計

在具備了精選的教學案例的基礎上,將其在教學過程中合理的運用,并充分利用討論式教學法,讓學生不僅對案例內容有所了解,還通過深入的分析、討論(評價),甚至由案例激發出新見解(創造),從而從低階學習進入到高階學習水平,這是討論式教學法與案例教學法相結合的最終目標.教學過程中設置靈活多變的"討論式"課堂教學形式,提升學生的參與度,加強學生之間的課堂交流和師生之間的互動,提高學生的獨立思考能力、創新思維的能力、主動表達的意識、哲學思辨的精神和科學探索精神.

根據"以學生為中心"的教學設計理念,結合專業課程內容與目標,圖1所示的"教學活動"重點采用討論式案例教學方法進行開展,具體分為四個步驟:

第一步,課程教學內容進行專題化組合.根據化纖生產各論課程特征,可以將教學內容按照主要的纖維類型分成若干專題.如將滌綸纖維、彈性聚酯纖維、聚乳酸纖維等包含在聚酯纖維專題,將錦綸6、錦綸66、芳香族聚酰胺纖維等包含在聚酰胺纖維專題等.將課程內容專題化有利于讓學生對同類型纖維有整體把握,同時能夠在教學和討論中避免局限于單一品種和小的視野中.

第二步,對專題的整體內容進行框架式講授,精講主要內容,深講原理知識.如需要講解清楚利用何種原理、通過怎樣的加工技術才能實現柔性鏈的聚乙烯的高性能化,獲得高強度高模量聚乙烯纖維產品.

第三步,進行案例討論.這是討論式案例教學的核心,也是實現高階學習的關鍵步驟,需要進行細致的安排和實施.具體的實施過程包含:(1)案例討論課前任務下達.根據教學內容和優選的案例情況,以及學生的興趣,對學生進行分組安排.如25人的小班教學中,5人一組,整個課程設置5次討論課,每次討論輪換一名組長.(2)學生按照專題內容、指定案例或自選題目進行案例準備.由組長組織案例準備工作,如資料的收集、小組的課前討論、演講計劃、PPT的制作、簡短分析論文的撰寫等.(3)課堂案例討論.根據教學計劃,設定彈性的案例演講與討論時間,如8~15分鐘.每組選派一人進行全班演講并進行集體討論.主講團隊接受全班同學和老師的詢問.該討論過程中全班同學根據自己的理解與演講者的報告進行討論,教師進行問題導向引導,過程中涉及學生的自主分析、辯論,也可能產生假設性疑問與假說性回答,有利于培養創新思維等高階學習能力,提升語言表達能力和團隊合作意識.

第四步,對案例討論效果與目標達成進行評價與反饋.為了增加討論式案例教學過程中學生的積極性和參與度,學生對案例演講效果進行評價,作為過程考核成績的重要組成,即為圖1中的學生參與評估與反饋.教師對案例討論效果進行點評,并對討論過程中的知識盲點進行補充,同時可針對性地對案例進行拓展分析,啟發學生進一步深入思考,鼓勵學生以興趣為導向進行課后拓展學習.

3 課程設計反思

教學的實施過程中,發現以下問題:一方面,由于教學學時有限,討論式案例教學方法適合"超微型班級"教學(15人左右),類似于研究生教學中的課題組科學討論.這種方式僅適合于小型化課堂,對應學生較多的專業將面臨課程設置中教師配置的問題.另一方面,分組后的案例準備和案例討論中缺乏有效的手段評估每一位同學的參與程度,并且會受學生學習興趣和積極性影響,需要課程設計中采用適當策略,以提升教學開展的實際效果.

4 結語

依據"現代三中心"教學理論和認知理論設計的"以學生為中心"的討論式案例教學方法能夠充分調動學生學習積極性,由被動學習轉為主動學習,通過過程管理激發學生的獨立學習能力、訓練學生積極表達的能力、培養學生創新思維的能力,以達到高階學習的目標,在掌握專業基礎知識的同時,實現學生綜合素質和創新能力的提升.討論式案例教學方法能夠運用到專業課程中,對于有一定的專業知識背景的高年級學生更為適用.