情境教學法在工科專業基礎課中的應用探索

苑溦 蔡忠奎 郭安薪

[摘 要] 高校工科類專業基礎課在整個課程體系中具有承上啟下的重要作用，采用情境教學法是提高該類課程教學質量的有效途徑。該文根據教學研究與實踐，歸納出將情境教學法應用于工科專業基礎課教學過程中常遇到的三大困境。在此基礎上，開展創新與實踐，提出突破此三大困境的三大策略。所提創新策略可為工科專業基礎課應用情境式教學提供具體指導，有利于提高學生學習效率，促進其能力培養和興趣發展。

[關鍵詞] 工科;專業基礎課;情境式教學;實施策略

[中圖分類號] G642.4? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）01-0137-04? ? [收稿日期] 2020-11-25

一、引言

工科專業是我國各層次綜合性大學和理工類大學的重要專業類型，在整個高等教育體系中可謂“三分天下有其一”[1]。《工程教育認證通用標準》將工科專業的課程體系分為六個模塊：人文社科類、數學與自然科學類、工程基礎類、專業基礎類、專業類及工程實踐類。在上述六大模塊中，大量數學與自然科學類知識被應用于工科專業基礎課，同時，專業基礎課又為各專業課提供了基本理論、基本方法和基本思想。因此，專業基礎課在整個工科課程體系中具有承上啟下的重要作用。

情境教學法是基于腦科學和認知理論而提出的高效教學方法，強調通過創建案例情境、問題情境、視覺情境、故事情境、語言情境和體驗式情境，有效、高頻、多樣地刺激大腦多個功能區，搭建既有記憶與所學知識之間的關聯，調動學習者的興趣和主動性，促使學生高效掌握新鮮知識。

將情境式教學法應用于工科專業基礎課教學，基于教學實踐歸納出應用過程中遇到的困境，分析總結突破相應困境的有效策略，有利于提高工科學生學習專業基礎課的效果，為后續專業課學習奠定堅實基礎，且有利于提高學生應用各類基本知識原理解決復雜工程問題的能力。

二、工科專業基礎課情境式教學三大困境

課程特點決定教學難點。工科專業基礎課中眾多知識內容是基于高等數學、線性代數、大學物理和大學化學等數學與自然科學類課程推導衍生而來，又是基于各類具體工程專業知識抽象、提煉出來的通用知識、基本原理和一般方法。例如：土木工程專業的基礎課“結構力學”常用到受力分析、微積分和矩陣運算等物理和數學知識進行計算和推理，該課程研究的內容又廣泛應用于包括鋼結構設計原理、混凝土結構設計原理、結構抗震設計在內的各類專業課程中。由此可總結出工科專業基礎課的兩大鮮明特征：理論性較強和工程性偏弱。

教學實踐發現，上述工科專業基礎課的兩大特征也使該類課程在應用情境教學法時常遇到如下三大困境。

困境一：工科專業基礎課理論性較強，如何高效應用情境教學鎖定學生興趣？

困境二：工科專業基礎課工程性偏弱，課堂創建的虛擬工程情境缺乏真實性怎么辦？

困境三：工科專業基礎課應用情境教學法的教學效果應如何科學準確評價？

針對上述三大困境，基于情境教學法的科學原理和應用方法，結合工科專業基礎的課程特點與工科學生學習特點，開展研究、思索、創新與實踐，提出突破相應困境的有效策略。

三、困境一的突破策略：課堂全過程工程情境式教學

第一個困境的實質是教學內容設計問題。工科專業基礎課由于理論性較強、與工程問題聯系偏弱，若直接向學生講授課程知識，容易降低學生學習興趣，影響其學習的積極性。因此，在教學設計中，應當讓學生充分感受到專業基礎課知識對于解決實際工程問題的重要性和價值性。

據此，針對第一個困境，提出課堂全過程工程情境式教學的策略。如圖1所示，全過程工程情境式教學即在問題引入、問題分析與解決、知識的學以致用這三大課堂環節均采用情境式教學。首先通過實際工程問題引入將要學習的知識點，提升學生的學習興趣;然后，帶著工程問題進行分析和學習，引導學生學習解決該工程問題所需的基本原理、知識和方法，提高學習的目的性和主動性;最后，在學習相關新知識之后學以致用，再通過實際工程問題的例子，應用所學知識解決多種類型實際工程問題，確保學生達到理解與應用所學知識的目的，提高學生解決工程問題的能力。

在上述全過程工程情境教學過程中，有四個關鍵點：其一，教師應采用多種途徑積極參與或搜集本專業實際工程項目和科研項目，為實現工程情境式教學積累素材，這一點可通過教學團隊和科研團隊的累積與共享來實現;其二，教師應深入剖析、徹底理解專業基礎課中的基本工程原理、知識和方法與實際工程的內在聯系，才能游刃有余地從實際工程問題引入將要學習的新知識;其三，在引導學生帶著工程問題學習專業基礎課的基本原理知識過程中，應經常強調學習此類基本知識的“有用性”，即對于解決實際工程問題的價值性;其四，在學以致用階段，教師應善于從實際工程項目和科研項目中提取出那些涉及專業基礎課程知識的部分，并加以合理簡化，作為學生學以致用的例題。

按照課堂全過程工程情境式教學方法，學生在課堂全過程皆沉浸在工程問題的思考、解決與鍛煉過程中，有效提升了學習興趣、目的性和主動性，避免了學生學習大量基礎原理和知識過程中的枯燥和迷惑，并且培養了學生應用基本知識解決實際問題的能力。

四、困境二的突破策略：課外真實工程情境教學

第二個困境的實質是課程體系改革及課程建設問題。在工科專業基礎課的傳統教學中，側重理論教育屬性，而工程教育屬性偏弱，具體表現為專業基礎課的整個教學過程中工程實踐環節比重偏小甚至缺失。這是造成該類課程工程氛圍淡化、學生興趣不高的主要因素之一，而且，這種不良影響僅靠課堂工程情境教學難以彌補。

據此，針對第二個困境，提出課外真實工程情境教學的策略。圖2所示為工科專業基礎課課外真實工程情境教學設計思路，下面進行具體闡述。

工科專業基礎課開展課外真實工程情境教學有四種易于實現的途徑：其一，類比工科專業課，為工科專業基礎課各自增設課程設計，或多門專業基礎課聯合增設綜合性課程設計。專業課的課程設計可以視作學生畢業設計的一部分內容，同樣，專業基礎課的課程設計可視作專業課課程設計的基礎理論部分。專業基礎課課程設計、專業課課程設計和畢業設計三部分工程實踐環節逐級遞進、密切配合、有機統一。其二，利用校外實習活動開展課外真實工程情境教學。工科專業實習環節的傳統教學方法是在專業課教師和生產單位“企業教師”的指導下，學生針對具體產品或技術學習專業知識，而這一過程忽略了對專業基礎課程知識的抽取、分析和深化認識，也未能發揮專業基礎課教師的能動性。因此，專業基礎課教師應與專業課教師一同參與學生的校外實習活動，兩類教師分別負責講授基礎知識原理和具體專業應用知識。其三，利用教學實驗和專業實驗開展課外真實工程情境教學。工科專業應加強實驗室投資建設，為專業基礎課各自增設教學實驗環節，或多門專業基礎課聯合開設綜合性教學實驗環節。其四，在學生中成立工程問題興趣團隊。專業基礎課教師積極鼓勵學生自發組建興趣團隊，將適當簡化的實際工程問題作為團隊協作攻關項目，在完成實際項目的過程中強化學生的專業基礎知識。同時，該措施也是實現因材施教、合理增負及提高學生團隊協作能力的有效培養方法。

在確定開展課外真實工程情境教學的具體途徑之后，專業基礎課教師應提前搜集整理具體工程信息，并從中提取相關的專業基礎知識。繼而，將具體知識與工程或實驗項目有機融合，在課程設計、校外實習、開展實驗或團隊協作攻關過程中講解相關知識，既能增加學生對工程問題的熟悉程度，又能高效培養其解決具體工程問題的能力。

在上述策略中，積極拓展并合理選擇有效途徑是開展課外真實工程情境教學的關鍵。考慮到工科專業課程體系改革所具有的復雜性、全局性和系統性[2]，本文列舉了四種實際可行且有效的教學途徑。隨著新興科技在工科教育中的應用日益成熟，各高校可結合自身情況將虛擬現實工程場景、數字仿真實驗室、人工智能“企業教師”機器人教學等納入課外真實工程情境教學策略之中。

五、困境三的突破策略：工科專業基礎課情境式教學多維評價機制

第三個困境的實質是教學質量評價問題。2018年發布的《教育部關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》中強調，嚴格本科教育教學過程管理，加強大學教學質量評價制度建設。目前，各高校已制定適用于全部課程的教學評價辦法，主要包括學生考核方法、學生評教方案、教學督導檢查制度等評價活動。然而，采用情境教學法的工科專業基礎課程還需從自身特點出發，在教學評價機制上進行探索和創新，確保情境式教學效果持續性改進。針對工科專業基礎課情境式教學的第三個常見困境，結合課內和課外兩部分情境式教學策略，提出適用于此類課程教學的多維度評價機制，主要包括以下方面。

第一，多維度評價學生成長所得。以往教學和考核的重點大多為學生知識獲得，而近年我國發布的《工程教育認證通用標準》指出，高校培養目標應涵蓋工程知識運用、項目管理及終身學習等十二個方面的能力。同時，美國、歐洲和澳大利亞等世界名校還特別關注學生興趣和好奇心的發展，強調了興趣在終身學習和職業生涯過程中的重要作用[2-4]。因此，學生成長應包含知識獲得、能力成長和興趣培養三方面重要內容，對學生成長的評價應從這三個維度開展，做到以學生的全面發展和可持續發展為中心。

第二，學生對教師教學行為進行多維度評價。傳統的工科專業基礎課教學以教師講授為主，而從課內、課外兩方面采用情境式教學是以學生為中心進行教學設計、組織教學行為、評估學生所得。因此，為使專業基礎課教師準確把握自身教學行為的有效性，還應在全校統一開展的學生評教基礎上，從以下三個方面讓學生對教學行為進行評價：所創設課內工程情境的吸引力，所選擇課外工程情境教學途徑的合理性，以及所選取工程項目與具體知識的契合度。

第三，學生對教學資源進行多維度評價。將情境式教學方法應用于工科專業基礎課，充分調用了眾多教學資源來服務于學生培養。因此，通過學生對教學資源進行多維度評價，可促進高校建設更有效地為學生發展服務。基于工科專業基礎課在課內和課外開展情境式教學的特點，對教學資源的評價可從傳統資源、硬件資源和軟件資源三個維度開展。傳統資源主要包括課程教材、習題集或訓練系統、拓展資料及課程助教等;硬件資源主要包括教學實驗室、數字仿真實驗室及實習實訓基地等;軟件資源主要是指工程情境素材庫及配套的教學平臺軟件等。

第四，從時間層面開展多維度評價。工科專業基礎課具有理論性強和工程性弱的顯著特點，教師在采用課內外情境式教學方法時需要付出更多的精力進行教學設計和實施。為及時獲得準確的教學效果反饋，短周期內快速提高情境教學的實際成效，應從時間層面采用四維度評價體系，即課堂實時分析、課后學情分析、階段性教學效果分析及學期末教學分析。

第五，采用多維度評價手段。單一方面的評價方法僅能反映出局部的教學效果信息，因此，為對學生成長所得、教師教學行為和教學資源建設進行全面而準確的評價，應從傳統手段、網絡手段和團隊手段三個維度開展。傳統手段即教學中常采用的知識類考核方法，包括隨堂測驗、課后作業、階段性測驗及期末考試等，對學生知識獲得進行量化。由于課內外工程情境式教學與傳統“滿堂灌”講授式教學在教學方法和培養目標上顯著不同，故還應重視網絡手段和團隊手段這兩種新型評價措施。網絡手段是利用網絡匿名調查問卷、教學互動平臺及社交軟件，獲得學生能力成長、興趣培養、教師教學行為和學校教學資源的評價。團隊手段是指通過課內和課外工程情境教學中組建的學習小組和研討團隊，由學生對本團隊內部成員的知識貢獻、組織能力、協作能力等進行評價。

在上述多維度教學質量評價機制中，前三個方面屬于評價內容范疇，后兩者屬于評價方法范疇。整個評價機制的關鍵之處在于聚焦課內外工程情境教學的特色，瞄準“知識+能力+興趣”的教學目標，推動“實施—反饋—改進—實施”這一閉環式教學運行模式的高效開展。

六、結語

為將情境教學法應用于工科專業基礎課，從課堂理論教學、課外實踐教學和情境式教學效果評價三方面進行了研究、創新與實踐，提出了課堂全過程工程情境式教學方法、課外真實工程情境教學方法和工科專業基礎課情境式教學多維評價方法三大策略。上述策略旨在激發學生學習興趣，提高學習目的性，培養學生解決復雜工程問題的能力，為各類工科專業基礎課教學效果的進一步提升提供了些許借鑒。

參考文獻

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[3]高巍，毛俊芳，葉飛，等.高校如何提升學生評教效度？——澳大利亞高校學生評教最大差異量規及其啟示[J].開放教育研究，2020，26（1）：28-36.

[4]蔣雅靜，陸道坤.一流大學學生評教體系研究——以哈佛、耶魯、牛津、劍橋等十所高校為例[J].高教探索，2019（5）：49-54.