工科專業課堂“3D( Debate/Design/Doing)"教學法研究

董選普　蔣文明　廖敦明　吳志超　羅云華

[摘要]基于當前高校工程教育專業認證的要求，論文首次提出了工科專業課堂“3D（ Debate/Design/Doing）”教學法，其核心教學理念是“我思故我想，我想故我說，我說故我做-我做故我會”，即通過課堂辯論（ Debate）、項目設計（Design）和項目實施（Do-ing），將教師的課堂講授信息通過這個過程進行批判性思辨，將理論知識和實際效果聯系起來。該研究通過在材料加工工程專業模塊課程鑄造工藝和造型材料的教學實踐，取得了所有選課學生的認同，真正做到了讓學習過程由被動變為主動、由無趣變成有趣、由枯燥變為生動，學生由自卑變自信，使院系專業課程課堂教學和工程訓練平臺實現了無縫聯合，對于提高工科專業的課堂教學效果具有廣泛的借鑒意義，為達到國際工程專業認證標準提供了很好的教學示范作用。

[關鍵詞]“3D（Debate/Design/Doing）”教學法;課堂教學改革;工程專業認證

[中圖分類號]G642.4[文獻標識碼]A[文章編號]2095-3437（2019）11-0008-03

一、“3D”教學法的提出和意義

專業課程是高等院校培養專業人才基本理論素質的主要途徑，而課堂教學是學校教學過程中的重要環節，也是傳授知識和培養能力的主要途徑和手段。課堂教學質量的高低，直接影響學校教育的質量和培養目標的實現。傳統專業課程的課堂教學方法一直是以灌輸式方法為主，主要由教師將基本知識原理進行講解，盡管目前PPT教案和多媒體資料的運用增加了教學信息量，有利于提高學生的理解力，但學生基本上還是沒有改變聽講、為考試而學習等被動式學習方式，學習效果因人而異，從整體來說效果較差。

本研究針對當前工程教育中工科專業課堂教學存在教學內容過于理論化，理論應用背景缺失或單一，理論應用缺乏系統性，教學方法、手段陳舊等一系列問題，結合高等院校工科專業課具有很強工程實踐性的特點，在工科專業課堂教學中開創性地設計一種與傳統的教學方式有著本質區別的教學方法即“3D（Debate/Design/Doing）”教學法（以下簡稱“3D”教學法）。這種方法就是在課堂授課過程中穿插進行“課堂辯論、項目設計、動手制作”。也就是在課堂教學內外引入課堂辯論、項目設計、動手實驗和制作，這樣可以保證課堂基礎理論信息傳播的質量，也可以在更廣泛范圍的課堂辯論中發揮學生批判性思辨的能動作用，還可以通過主動設計和動手制作加強學生的學習興趣，是一種既能加強理論知識傳授又能兼顧工程能力培養的新型課堂教學法。將其有效地運用于工科專業課程課堂教學中，引導學生主動學習和主動實踐，有助于提高學生的綜合能力。

二、"3D”教學法的核心理念和實踐

經研究發現，學習效率的高低直接關系到學生的參與程度，具體見圖1[1-2]。一般來說，主動學習是在學習過程中直接涉及參與者的一種方法，除了聽講座，還有一些其他的積極學習形式，問題是如何才能讓學生在一個時間和空間有限的課堂教學中積極學習。如圖1所示，主動學習的效率要遠遠高于被動學習的效率。

（一）“3D”教學法的核心理念

“3D”教學法的核心理念是通過“我思故我想，我想故我說，我說故我做，我做故我會”的流程達到“我思故我學，我學故我會，我會故我能”，也就是基于圖l所示的動手做和親身體驗，才能讓學習者90%以上的記憶變成其自己的東西。通過課堂辯論（Debate）、項目設計（De-sign）和項目實施（Doing），可以引導學生將教師的課堂講授信息進行批判性思辨，將理論知識和實際效果聯系起來，使得學習過程由被動變為主動、由無趣變成有趣、由枯燥變為生動，學生由自卑變成自信。

“3D”教學法源于CDIO工程教學理念，但又不同于CDIO。CDIO的核心思想體現在“全程實踐能力培養”，它由構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）組成，強調主動學習、主動實踐，是“做中學”原則和“基于項目的教育和學習的集中體現”[3]。CDIO是一種以工程項目設計為導向、工程能力培養為目標的工程教育模式。項目設計是工程實踐的精髓所在，能力最終將以項目的形式實現。它是一種開放的教學形式，即通過讓學生在教師的指導下合作完成一些設定的項目來完成教學任務。因此，CDIO無法在有限的課堂時間里實現全過程工程教學的目標。

“3D”教學法也不同于案例教學法[4]。案例教學法也叫實例教學法或個案教學法，是在傳統教學法的基礎上發展起來的一種新的教學方法，具有高度的擬真性、靈活的啟發性、鮮明的針對性等特點，是對傳統教學方法的補充而不是顛覆性改變。在有限的課堂時間里既很難用有限的案例來詮釋課程的理論或技術全貌，也很難對傳統工科專業課程的實踐能力進行有效兼顧和培養。

“3D”教學法也不同于完全的課堂辯論教學法[3]。課堂辯論教學法所秉持的是學生之間進行課堂辯論競賽的理念。教師給學生講了幾周的演講材料之后，讓學生成立小組準備課堂上要討論的問題和答案。這些問題不能微不足道，必須涉及更高層次的應用和分析。不同團隊輪流互相提問并將其所得分數列成表格。最后由教師集中個別團隊成員，給他們同樣的問題。這樣做的目的是找出團隊中的薄弱學生加以輔導，以利于提高團隊的整體成績。這是一種典型的主動式學習方法，讓學生自己設計問題和答案，然后采用批判性思維的方法進行辯論，最后在老師的引導下得到正確的思路或答案。但是采用該方法僅僅可以進行主動式思辨學習，對于工程性很強的工科專業卻難以解決實踐性與理論技術銜接的問題。

“3D”教學法由于引入了批判性思維方法，同時有“Doing”項目實施思辨的過程，在重視質疑、評價的同時也重視分析、比較和綜合。這些與采用創新方法來培養學生思維的靈活性、敏感性、流暢性和綜合性有著異曲同工之處[5]。從這個意義上來講，“3D”教學法能夠有助于學生創造性思維能力的提高。

（二）“3D”教學法的實踐及其效果

采用“3D”教學法能夠使傳統工科類專業課程的教學實現質的進步。通過對課時的合理分配將一部分學時交由學生來掌控;通過理論教學和學生互動實踐的同步交叉，實現理論教學和實際檢驗的有效結合;考核的不是教師的課時完成量，而是學生學習的過程完成量和效率。筆者基于材料加工工程專業模塊課程鑄造工藝與造型材料的教學實踐，對“3D”教學法進行了初步實踐，取得了較好的教學效果。本課程共有32學時。教務處要求這32學時都在教室進行，因此，教師將32學時的講授分成教師講授20學時，師生討論或辯論6學時，學生項目交流6學時。

項目設計模塊和項目實施模塊的具體實施是利用課外時間進行，加工由學生自己完成，工程訓練中心有專門的加工設備和加工培訓，學生經過一定的培訓就可以自己加工，從而完成動手能力的鍛煉。鑄型造型和鋁合金熔煉在實驗室進行，有研究生教學助理指導學生自己操作并澆注，最后對鑄件進行質量分析。

從課時安排和內容安排來看，教師的授課內容有所壓縮，但是課堂辯論的內容涉及面較廣，因此學生在項目設計和實施過程中會不斷主動學習本課程以及本課程外的部分相關專業課程內容，從而豐富了本課程實際給予學生所學及所涉及的專業課程內容。

每位學生期末要根據所做所學完成一篇學習報告。考核是將終結性考核和過程性考核相結合，其卷面成績為每位學生將參與“3D”教學的全過程寫成一個課程結業報告，并對該課程的教學提出改進建議。該試卷的卷面成績占總成績的70%，是評定總成績的主要依據，本課程的總體優良率達到80%。下圖是學生的設計、模樣加工和澆注鑄件圖。

參加本次教改實踐的是12名本科生，他們無一例外地完成了學習任務，課堂出勤率是90%，課外任務完成率是100%。所有參加教改實踐的學生都喜歡這種教學方式，因為盡管花費了時間，但是學到了很多東西。現摘錄某位學生的感想如下：“……書本上的東西再怎么講都是很死板的，不僅僅是學生，老師都對此感到厭倦了。但是在該課堂上，我們可以自由地討論，盡情發表自己的看法。面對課程設計中出現的問題，我們和老師一起分析解決方案，力爭通過自己的雙手去完成一件作品，賦予它創造的意義。實驗課上更不用說，在條條框框的理論約束下，能夠動手實驗毫不夸張地說是學生時代最令人激動的一件事……為了加深鞏固課堂上講的知識，老師特意為我們安排了砂型性能實驗和3DP打印砂型實驗，讓我們能夠有機會自己動手實踐操作，學習嚴謹認真的科學實驗方法和精神。當然，貫穿整個課程的設計項目才是壓軸戲，我們從最初的設計構想，經過不斷的分析改進，一步一個腳印，最終澆鑄得到了實物成果。使我受益匪淺的不僅是哪一點，更是這整個過程。因為即使最終澆鑄失敗了，得不到成品，我仍然可以驕傲地說，我經歷過，我有信心下次做得更好。”

三、結束語

我思故我學——專業話題討論或辯論的設計緊緊圍繞當今社會的環境、資源和技術的敏感話題，讓學生自己去查資料理思路，以激發其學習探索問題的興趣。“學起于思，思源于疑”，因此，教師能否有效地激發學生學習探索問題的興趣，是能否觸發學生思維的關鍵。通過討論或者辯論，學生自然會加深印象，對于老師的補充或者對于爭論問題的解答就會易于理解。

我學故我會——分組進行實際項目設計和制作，這是一個完整的對所學知識加以應用或對相關知識加以融會貫通的過程，能夠激發學生的思考與探索欲望。學生在設計和制作過程中產生的問題和疑問大都可以通過小組討論獲得解決。小組無法解決的可以在課堂的大氛圍中和全班同學、老師討論而獲得解決。

我會故我能——通過這些小組的設計制作過程和對試樣結果的分析，讓學生不僅在整個課程教學過程中學習不松懈，而且學會了小組分工協作的學習實踐方法。學生項目完成的結果是否完美不重要，重要的是他們對過程進行了分享，并運用所學知識對結果進行分析、總結和體會，這樣有利于他們將知識變為能力。

[參考文獻]

[1]A.M.S. Hamouda，F.Tarlochan. Engaging engineering stu-dents in active learning and critical thinking; through classdebates [J]. Procedia - Social and Behavioral Sciences，2015（4）：990-995.

[2] Elliot P.Douglas. Defining and measuring critical thinkingin engineering;[J].Procedia - Social and Behavioral Scienc-es，2012（9）：153-159.

[3]吳放.基于項目驅動與主動探索的《建筑法規》課程教學模式改革[J].學周刊，2016（1）：27-28.

[4]劉利秋，高云紅，盧艷軍，等.工科專業課堂案例教學法的研究與設計[J].沈陽航空航天大學學報，2017（增刊）：96-99.

[5]張崴，馮林，李艷，等.創新方法教育教學中的批判性思維導向作用[J].創業與創新教育，2017（2）：10-13.

[責任編輯：龐丹丹]