TDED 實驗教學模式探究

劉志慧， 李愛華， 牛懷磊

（1.中國石油大學（華東）石油工程學院，山東青島266580；2.中國石油集團海洋工程（青島）有限公司質量監督站，山東青島266555）

0 引 言

21 世紀以來，海洋能源成為世界關注的焦點，海洋強國戰略成為保障我國政治、經濟和社會可持續發展的重大戰略。習近平總書記指出，強起來要靠創新，創新要靠人才。我校船舶與海洋工程專業立足于海洋油氣資源開發的海洋結構物設計與制造，力在培養具有解決復雜問題能力和創新能力的海洋工程專業人才。

目前，船舶與海洋工程專業實驗教學模式采用分組教學，每組4 ～6 人，教師設置實驗環節、實驗內容（教的環節），學生完成實驗操作和實驗報告（學習環節），教師是主導者，學生是跟隨者。多數學生僅是跟著“實驗步驟”走了一遍，而對于實驗的原理、實驗涉及的理論知識缺乏“內化”的認知和理解，對于實驗結果缺乏“深化”的分析和討論，達不到創新型的實踐能力培養。

如何提高實驗教學的高階性、挑戰度、創新性，打造船舶與海洋工程專業實驗“金課”，培養具備綜合素質和能力的船舶與海洋工程專業人才，有必要在實驗教學模式上另辟蹊徑，進行較大的改革。

1 以學生為主，構建TDED教學模式

Think-Pair-Share［1］教學模式是美國馬里蘭大學雷曼（Frank Lyman）教授針對閱讀及討論課程設計的一種使學生主動學習的有效策略，后來被一些專家應用于自然科學的理論教學［2］。借鑒Think-Pair-Share 模式，構建以成果為導向的“思考-設計-實驗-討論”（簡稱“TDED”）實驗教學模式。

TDED實驗教學模式分為4 個步驟：① 老師提出實驗主題，學生圍繞該主題進行思考，確定實驗將要探究的具體內容（該過程需要學生查閱10 篇左右相關文獻）。②學生根據實驗探究內容，結合實驗室實驗條件，設計實驗方案。③ 學生依據設計的實驗方案，進行實驗操作。④每組學生對實驗設計、結果等成果進行展示，與老師、同學進行交流討論。在交流討論中相互學習，開拓思維與視野。

從該4 個步驟可見，TDED 實驗教學模式具備以學生為中心和以能力培養為導向兩個特點。

與傳統的實驗教學模式相比，TDED 實驗教學模式在教師和學生角色、評價考核等方面都有較大的變化，如圖1 所示。

（1）遵循學生為主體、教師輔助的原則，轉換教學角色。在傳統教學中，教師承擔了從文獻調研—提出問題—設計實驗方案（包括：實驗目的、實驗原理、實驗步驟），到實驗指導的全部工作；學生僅為實驗方案的“跟隨者”“執行者”。

圖1 教學模式改革前后對比圖

在TDED教學模式中，學生承擔了從文獻調研—提出問題—設計實驗方案（包括：實驗目的、實驗原理、實驗步驟），到實驗操作和結果處理、討論的全過程。傳統模式中教師包辦的任務大多還給了學生，教師從“主導者”演變為“引導者”，參與學生主動學習的全過程，即課前預習（微課制作）—文獻調研檢查—實驗方案審核—實驗指導—實驗評價。

（2）增加分組討論、匯報環節。采用小組合作和PPT匯報的形式。從一開始的提出問題，到最后的解決問題，學生通過交流研討、深化思考、相互汲取、以學促學，達到知識的內化吸收、融合升華，使學習過程形成一個完整的閉環。

TDED教學模式堅持以學生為中心展開研究性實驗教學，促使學生自主學習、合作學習、發現學習［3］、自我挑戰、協作創新，培養學生優秀的人格素養和堅韌的意志品質。

2 以成果為導向，反向設計

TDED教學模式基于成果導向教育理念（OBE 理念［4-9］），由OBE指標反向設計［10-14］9 個最終學習成果（見表1）。

表1 成果導向反向設計表

各個實驗教學環節，對應達成反向設計的學習成果，整個過程對應實驗教學的4 重境界，達成學生動手能力、思考能力、發現問題的能力以及開發設計能力的培養，如圖2 所示。

圖2 實驗教學的4重境界

傳統實驗教學模式下，學生跟隨老師的節奏，模仿完成實驗，達到實驗教學的第1 重境界，鍛煉學生的動手能力；在實驗報告分析過程中能夠回答老師提出的問題，達到實驗教學的第2 重境界，達成學生思考能力的培養。

TDED實驗教學模式下，學生以小組團隊的形式進行實驗，不是機械式地跟隨模仿。在實驗中能夠發現問題并進行討論，能夠結合文獻和實驗室條件提出問題，設計相應的實驗技術解決方案進行實驗。整個過程既鍛煉了學生的動手能力，培養了學生的思考能力，同時達成了學生提出問題的能力和設計開發能力的培養，達到了實驗教學4 重境界的第1 ～4 重境界，綜合培養了學生復雜問題的研究能力。

TDED實驗教學模式的實施對學生提出了更高的要求。學生需要充分利用課下的時間進行文獻查閱，結合實驗室的條件和老師的引導提出要研究的問題，并設計實驗方案，完成實驗的分析和研究報告。對比傳統的實驗教學模式下，學生課下只需要完成實驗報告，TDED實驗教學模式，使得實驗難度大大提高，學生的課后時間被充分調動利用。

TDED實驗教學模式的實施同時對教師也提出了更高的要求。老師需要制作微課，利用微信公眾號發布微課信息，掌握學生學習情況，保證實驗課程的學習連貫性；對學生進行案例分析的引導，使學生感到有趣并受到啟發；對學生的每個實驗方案進行詳細地指導，并根據學生設計的實驗方案盡可能地提供材料，制作實驗所需工具；在實驗過程中答疑解惑；組織實驗成果匯報。傳統的實驗教學模式下，教師只需掌控整個實驗的過程，對學生進行答疑解惑。相比較而言，TDED實驗教學模式需要教師不斷地學習，豐富自己的知識體系以及付出更多的心血。

TDED實驗教學模式下，通過提出問題、設計實驗方案、實驗等環節，學生具有了解決復雜問題的能力和科學研究的高級思維；通過文獻閱讀和提出問題環節，實驗內容與前沿結合，學習具有探究性；實驗內容難度提升，學生需要付出努力，認真研究才能完成整個實驗。因此，TDED實驗教學模式下的實驗教學滿足了金課的高階性、創新性和挑戰性的要求，提高了實驗教學的質量，為培養合格人才邁進了一大步。

3 教學方法

TDED實驗教學模式基于船舶與海洋工程專業人才培養的成果為導向，反向設計了9 個實驗教學期望學生達到的能力和具備的素養，實現的途徑分布于TDED實驗教學的各個環節中，具體實施方案見圖3。

圖3 TDED實驗教學模式實施方案

教學實施過程分為課堂和課下兩個學習階段，采用線上、線下相結合的學習空間，涵蓋所有的學習環節，采用引導式、互動式、自主式、合作式、發現式等學習模式，形成多元混合式教學方法。

（1）學生通過自主學習，發現問題提出問題，將教師講授的專業理論知識和文獻查閱的知識內化吸收，形成對專業更深層次的認知，提出擬解決的問題。

（2）學生通過合作學習進行小組討論，根據提出的問題設計實驗方案并進行實驗以及實驗結果分析，這一過程充分體現學生的主體地位。

（3）通過引導式學習和互動式學習，教師完成對學生的引導和思維拓展以及對實驗方案的修正，加強了教師與學生、學生與學生之間的聯系，充分展示教師的輔助作用。

4 全過程、多元化考核

TDED實驗教學模式的考核，堅持以學習成果產出為導向，在教學實施的各個環節對學生達成成果的程度進行評價，考核內容與目標成果對應關系見表2。

評價因素為對應的9 個目標學習成果，考核結果為百分制，用矩陣x表示為：

目標成果分配權重用w表示為：

表2 考核內容與目標成果對應關系

實驗評價結果可表示為：s ＝w*xT。

考慮自評、互評、教師評價的權重用W表示：W ＝（W1，W2，W3），對應的評價結果用S 表示為：S ＝ （s1，s2，s3），則最終實驗成績可以表達為：S總＝W*ST。

傳統實驗教學模式單純以結果作為評價的標準，考核的是學生的分析水平，考評環節不能反映學生整個學習的過程，有失公平性。TDED 實驗教學模式以學生的學習過程作為過程性評價內容，對學生參與的各個環節進行評價，充分反映了學生的整個學習過程，公平合理。

TDED實驗教學模式考核評價標準從學生參與的微課、文獻閱讀、提出問題、方案設計、實驗操作、實驗報告、實驗成果展示匯報7 個環節進行構建，依據每個環節對應目標學習成果的相關度設置分值比例。

考核的7 個環節包含了實驗難度、學生的參與狀態、學生的學習狀態等幾個方面的內容，通過觀察小組團隊成員之間的互動與整個實驗過程中團隊成員之間的配合情況、團隊成員參與的廣度，通過小組團隊實際解決問題的難易程度判斷學生參與的廣度；通過觀察小組團隊成員是否積極參與并投入思考，是否在討論時發表意見建議來判斷學生參與的深度。

采用基于自評、互評、教師評價綜合的評價方法，其中自評占10%，互評占20%，教師評價占70%，使得評價結果合理可靠。

5 結 語

從海洋能源戰略背景下船舶與海洋工程專業人才的培養目標出發，提出基于成果導向教育理念的TDED實驗教學模式，對船舶與海洋工程專業實驗課進行了一系列的教學模式改革探討，包括實施方案、實驗教學方法以及考核評價機制。TDED 實驗教學模式以學生為主體，將學生能力的培養與素質教育融入整個實驗教學環節，為培養合格的專業人才提供強有力的支撐。