建構式實驗教學探索
——以“結構模型設計與制作”課程為例

宋曉冰， 陳思佳

（上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院，上海200240）

0 引 言

改革開放40年，我國經濟已逐步進入以創新為主要驅動力的新發展階段，創新人才培養是新的發展階段對教育的要求和期望。大學教育承擔著為經濟建設培養創新人才的重任，但遺憾的是，長期以來，由于傳統教育觀念和“應試教育”體制的影響，我國基礎教育實踐中主導的教學模式是接受型的。教師講知識，學生記知識，考前背知識，考后忘知識。教師側重于知識的系統性與完整性，生怕漏講了哪一部分，但是否丟失了其他教育要素，則缺乏考慮。最終的結果則是雖然考試成績尚可，但是考完即忘，一旦面對實際工程問題，則無從下手。這一現狀亟待改變。

筆者在長期從事土木工程專業的本科教學中，積累了豐富的結構設計競賽實踐教學指導經驗，于2010年嘗試開設了以學生動手實踐為主的實驗類課程“結構模型設計與制作”。該課程以幫助學生理解知識、靈活運用知識為著眼點，經歷了為期9年“接地氣”的實踐檢驗、調整和迭代。先后經歷了獨立發現、指導性發現和建構式發現三個發展階段，最終形成了具有典型建構主義教學思想特征的“4步法”教學模式。課程開設至今，上過該課程的同學在國內外各種級別的結構設計競賽上屢獲佳績，共獲得9屆全國大學生結構設計競賽“一等獎”，兩組同學獲得兩屆國際校際高校結構設計邀請賽“第一名”。本文著重介紹結構模型設計與制作課程的發展歷程，并對課程建設進行了反思，希望對相關課程建設起到借鑒作用。

1 結構模型設計與制作教學模式的發展與實踐

結構模型設計與制作課程最早開設于2010年，當時開設課程的目的是“以教帶訓”，為各種級別的結構設計競賽培養參賽選手。回顧9年來課程的演化歷程，共經歷了從獨立發現到指導性發現再到建構式學習的3個發展階段。

1.1 獨立發現階段

課程開設伊始，借由競賽指導中積累的經驗，設計了一系列循序漸進、由淺入深的模型制作題目。上課時學生隨機組隊，在規定的時間內由學生隨機組隊完成任務，在模型制作完成后，每組同學單獨向指導教師陳述模型制作思路和心得體會，并進行加載，根據模型加載表現為各組同學評定分數。這種教學方式與學生所熟悉的接受式課堂教學有很大區別，它提倡學生的個人探索、重視知識的學以致用，對于激發學習興趣、培養實際操作能力是很有效的，因而深受學生歡迎。

這種教學模式與傳統的接受式教學區別明顯，具有發現式教學（比如“做中學”）的特征。但是，在教學中發現教學效果并不如表面看上去那樣美好。學生在實際操作中更多獲取的是直接經驗，缺乏知識的系統性，學習效率較低，個體學習效果的差異大，大部分同學僅憑“動手做”并不能將表面的現象轉變為深刻的理解，甚至學生發現的規律還可能是錯誤的。這種教學方式更多的是具有選拔隊員的功能，培養認知的成分偏少。

1.2 指導性發現階段

針對學生獨立發現學習方式的不足，及時進行了修正。將單獨交流改為集體交流，包括加載前介紹和加載后討論和總結。在討論中更加突出教師的意見的系統性，以加深學生對知識的理解。

這是一個學生在教師指引下的主動學習過程，在獨立發現的基礎上，加入了些許接受式教學的“佐料”，是對學生理解知識前提下的指導，而不是簡單的傳授。教學實踐表明，由單獨發現向指導性發現的轉變，確實實現了強化學生“認知的系統性”的目的。但是還存在不足，主要表現為學生在“做模型”過程中得到的“發現”的質和量有很大差異，而這種差別與兩方面因素密切相關：①學生原有認知框架的差異，即個體在先修課程中學習的知識儲備差異以及具備的生活經驗差異；②學生想象力和創造性思維的能力差異。

1.3 建構式學習階段

為了提升認知的質量和效率，參照建構主義的學習觀，對課程的教學方式進行了進一步的調整和補充。在“做”之前添加了“教”的環節，在“討論”之后增加了“拓展”部分，同時對每一個教學環節均進行了補充、完善和豐富，最終形成“教、做、論、拓”的“4步法”教學方式。

第1步“教” 為了減小學生原有認知框架差異的影響，在每一課程單元展開之前，加入了對該單元涉及的相關知識介紹。“教”并非是傳授新知識，而是回顧舊知識，是引出學生已有的觀念。這些已經儲存在學生頭腦中的舊知識在個體之間存在不同程度的局限性，表現為碎片化、惰性和不靈活，有待通過課程中設計的一系列活動（實踐操作、小組討論或辯論）進行整合、激活和轉化，上升為被理解和會運用的知識。“教”的目的是通過回顧，縮小學生之間原有認知框架的差異。

第2步“做” 在“做”階段，學生沉浸在教師設計的情境中，在規定的時間內，隨機分組，進行方案確定、材料性能測定、設計計算、繪制圖紙、施工搭建等一系列活動。在這個段，學生不是簡單地忙于動手操作。整個過程伴隨著討論、思辨、頭腦風暴。不僅需要手和腦的聯盟，還需要利用各種手段（圖紙、照相、攝像、錄音等）對活動過程進行詳細記錄。老師不是提供了環境、條件和設備后就可以旁觀了，而是在學生“做”的過程中巡視、觀察各組同學對賽題的反應，及時解答同學對賽題理解上的疑問。需要特別注意的是，對于涉及解題方法方面的問題，切記不要直接回答，而是用類似“你覺得呢？”這樣的反問，或者采用討論的方式，引導學生自己得出答案。不要給學生一個現成的想法，而是讓學生自己組裝出來，學生會更理解這個想法，更喜歡這個想法，更愿意去采取行動。

第3步“論” 在“論”階段，各組同學逐一介紹設計思路、展示制作過程、模型加載測試、教師點評、學生互評。課程進展到這一步是學生觀念發生變化、延伸或改變的階段。在這個階段要充分發揮教師的引導作用，教師需要在3個方面進行引導：①糾偏，將學生主觀形成的觀念偏差引向正確的方向；②引導反思，不僅引導對具體的行動進行反思，更要引導對行動的目標展開反思；③引導學生養成批判性思維和創造性思維能力。

第4步“拓” 每一次課為一個單元，著重解決一個主題問題。課上部分由以上3步組成，第4步“拓”是課后拓展部分，公布一個難度和復雜程度更高的具有挑戰性的模型設計制作題，在下一次上課前的任何時間都可以到模型室制作模型和加載測試，測試成績計入最終成績評定。這一階段讓學生在更加復雜困難的情境下進行對知識二次發現。

研究表明［1］：建構性的學習符合學習的本質，有利于開發人腦的潛力，能促進人的整體、可持續發展。它不是一種具體的學習方法，而是人探索、認識、發現世界的方式。以上“4步法”教學模式具有建構性學習的基本特征，表現在：①探究式學習，學生是主動的、積極的知識探究者；②情境化學習，情境體驗貫穿學習者學習的始終；③問題導向學習，學習者在解決問題過程中扮演積極的角色；④社會性學習，學習者采用協作和討論的方式互教互學、質疑釋疑；⑤內在驅動學習，學習者有強烈的好奇心和求知欲，學習者渴望理解、掌握知識以及陳述與解決問題。

教學實踐表明，學生通過“4步法”學習，將碎片化的知識進行整合，內化學習內容，深刻理解了學習內容；將惰性的知識激活，將陳述性知識轉化為程序性知識，學會了應用；將不靈活的知識盤活，實現了廣泛而靈活的遷移和創新［2-3］。

2 對提高教學方式有效性的反思

2.1 以學習者的認知規律為依據

認知規律是指個體認識活動中客觀存在的規律。對認知規律的認識是一切課程建設的前提［3］。建構主義是20世紀80年代以來興起的一種具有廣泛國際影響的學習理論，建構主義強調學習者的主動性，認為學習是學習者基于原有的知識經驗生成意義、建構理解的過程，而這一過程常常是在社會文化互動中完成的［4］。作為人類認識世界的一種認知方式（但不是唯一的），建構主義在教學領域里總是有意無意地存在著并發生著影響，特別是一些優秀教師或多或少都進行著建構主義的教學實踐［5］。選擇教學方式的判定依據是這種方式是否更有助于知識的建構，是否更有效。

2.2 需要創造性地情境設計，引人入勝是關鍵

情境是學生實現知識意義構建的物理和精神環境，建構主義強調“情境”在教學中的重要地位，這是因為相比于單純的講授，讓學生看見和身體力行地做更有利于學生對知識的理解和運用［6］。一個好的情境設計好比是一個好故事，需要打動學生的情感，拉近學生與知識之間的距離，達到引人（學生）入勝的效果［7］。教師應該在課堂教學中使用真實的任務和日常的活動或實踐，要富有參與性、互動性、結果不確定性或可期待性、挑戰性。情境不是靜態的，要根據學生的學習情況動態調整。學生必須參與分析、推理的過程，讓他看到觀點、思想、理論是如何產生的。

2.3 教師的角色——“導演”而非“演員”

教師不僅僅需要有相關的專業知識，重要的是要具備教育理論知識，不僅能夠講清楚知識，更應該具備引導學生提高學習能力的本領。淵博的知識和富有感染力的演講口才，對成為優秀教師起錦上添花的輔助作用，但并非優秀教師的必要條件。超強講臺表現力，會引起學生的崇拜，但如果僅限于精彩的講授，則還遠遠不夠。如果將課堂比喻成劇場，稱職的教師不應該是舞臺中心的演員，而應該是幕后的導演，應該將舞臺的中心讓位給每一位學生。優秀的教師應該做好4件事：教學形式的設計和教學內容篩選；教學情境的設計和搭建；組織教學環節推進；服務學生。

結構模型設計與制作這門課具有明顯的理論與實踐并重的特點，擔當好“導演”角色對教師的能力儲備是多方面的。對任課教師的基本要求是：教師本人必須親自完成課程中涉及的所有模型制作題目，要做到對每一個細節了然于胸。只有經歷了這種體驗，才有可能將理論知識與具體的情境結合，才能夠在親身體驗中發掘批判性思維和創造性思維的著眼點，才能夠言之有物，才能夠在面對新的挑戰性難題時成為學生的表率［8］。

2.4 學生的角色——“演員”而非“觀眾”

經歷了多年小學、初中、高中的應試教育，學生們已經習慣于在課堂上當觀眾，被動地接受知識。建構主義要求學生面對認知復雜的真實世界的情境，并在復雜的真實情境中完成任務，因而學生需要采取一種新的學習風格、新的認識策略，形成自己是知識與理解的建構者的心理模式［9］。在教學中，教師不僅需要力圖做好自己的角色定位，同樣重要的是要引導學生做好角色定位，實現從“觀眾”到“演員”的轉變。

2.5 教育需“留白”

在大學里，教師特別注重理論的系統性和完整性，生怕有所漏失。學生被動接受，課堂上聽知識、考前背知識、考后忘知識。需要認識到我們現在所處的時代，具有高度的不確定性、復雜性、模糊性、快變性，能力、素養和智慧就變得越重要，能力需要訓練和實踐，素養需要熏陶和滋養，智慧需要感悟和啟迪。這些不是簡單地以灌輸知識為主的課堂教學可以獲得的！

在信息爆炸的今天，知識迅速更新，獲得知識的途徑有許多種，教師的知識傳授不必也不可能面面俱到，新局面下教師應該學會“留白”，為學生的獨立思考留白。應該給學生們以更多的可支配時間、更寬容的環境，以激發他們的好奇心、發揮他們的想象力、培養他們的批判性思維能力。“留白”的含義是為學生的思考和建構留出空間，既不是一味地做，也不是一味地講。

應該將教學內容精煉到核心概念和基本命題上，用一個邏輯線將它們連接起來。對于基礎力學，這條邏輯線就是固體力學的三大基本方程。在這之下，展開第2層、第3層的概念與命題。主干邏輯連接的內容，會被學生反復實踐、理解并運用。次層展開的內容，不求周全但求深入。不求周全不是說其他知識不重要，而是取其中一個問題，通過與學生一起分析、解決，讓學生獲得各種能力。人的一生會遇到許多問題，教師不要試圖將解決問題的所有知識都教給學生，而是培養學生分析問題，解決問題的能力。學生不僅要學習知識，更要學會學習，學會和別人合作。

2.6 小班教學的組織形式

鑒于建構式教學的形式和特點，班級規模宜小不宜大。小班教學有利于教學的組織，進行基于情景的問題導向的教學；有利于教師傾聽學生的看法，洞察學生想法的由來；有利于學生針對某些問題進行探索，相互交流和質疑，相互合作［10］。在結構模型設計與制作課堂上，25人左右是理想的學生人數。一旦超過這個數字，教學效果將隨學生人數的增加下降。這種師生比例對教學的師資配備提出了很高的要求。

2.7 注重教學的實效性

學生的學習是否有效是檢驗教學模式的唯一標準，在確定教學設計時應該實事求是，針對課程的性質和特點，具體問題具體分析，不可過分強調形式和技巧。“4步法”教學方式，比較適合學生通過先修課程已經具備了一定數量的相關知識儲備的情況，只不過這些知識更多地屬于陳述性的知識和處于碎片化、惰性和不靈活狀態，需要借助本課程進行整合、轉化、激活和遷移。這種方法更適合操作性和實踐性很強的一些學科課程，而對于經典的理論密集型的課程則學生的可操作空間不多。特別是對于講座式的基礎課教學，留給老師和學生的空間就比較小了。關鍵的一點是在教學思想上貫徹“建構主義”的思想，在行動上體現“學生中心”的理念即可，不必搞形式主義。

3 結 語

本文回顧了我校實驗類課程結構模型設計與制作的授課模式的發展演變過程，介紹了以“教、做、論、拓”為教學步驟的“4步法”教學模式，探討了“4步法”教學模式與建構主義教學理論的契合。經過9年的實踐表明，這種授課模式可以有效激發學生的專業熱情，將原本零碎的知識加以整合，融會貫通，可以培養學生的團隊協作能力、動手實踐能力、口頭表達能力和創新能力。選修過這門課程的學生在國內外各個級別的結構設計競賽上均有優異表現。

正如沒有“包治百病的良方”，任何教育模式都有其適用的范圍。教育技術是次要的，教育思想是首要的。教學的關鍵是老師換位思考，站在學生的角度想一想學生的接受能力、學習能力和學習效果，而不是一味地以老師固有的觀點來傳授知識。知識固然重要，但更重要的是讓學生通過被啟發的探索，獲得持續性的學習興趣和動力，這對他們的終身學習是大有裨益的。