現代教育背景下工科專業課程作業改革探索

趙靜，頡瑞明，李壽圖，李銀然

（1.蘭州理工大學 能源與動力工程學院，蘭州 730050；2.蘭州市第六十四中學，蘭州 730050）

工科專業課一般都承擔著培養學生運用相關理論表達、分析、研究和解決復雜的工程問題能力的目標。我國學生人數多、課堂學時有限，新工科人才的核心素養如設計思維、工程思維、批判性思維和數字化思維，溝通協商能力等難以在課堂上得到訓練提升，而作業是學生將知識整合到自己認知結構的必要過程。有學者明確指出“作業本身不是課堂教學的附庸，而是學生獲取知識、運用知識、解決問題的學習過程，是認知活動和情感活動同時發生發展的過程。”因此，有必要重新思考目前作業的設計目標、策略及評價反饋是否符合現代教育的需求。

一、工科專業課程作業現狀

早期，社會重視科學技術，教育為知識性教育，重視知識的傳授與吸納，形成以“教材為中心”的教育格局。作業的設計以鞏固知識、訓練技能為目標；形式以紙質演算為主；內容則是教科書內容的“轉移”，對某一公理、定理、定律或推論的驗證或簡單應用，抽象、重復；評價以簡單的“A”“B”等級進行，反映了學生對知識的完成情況、掌握程度。該作業情況滿足當時教育的需求，為社會培養出具有扎實基礎知識和基本技能的人才。

隨著社會的快速發展，社會對人才的需求趨向多元化，教學也出現了不同于課堂講授的翻轉課堂、混合式教學和項目式教學等形式，學生學習方式趨向碎片化、多元化和個性化，導致目前作業實施過程中出現大量問題。不同學者的調查發現都揭示了一些不可忽視的客觀事實，老師和學生并沒有深刻認識到作業的教育價值，對作業的態度較為消極。教師認為“作業是學生自己的事情”，只是一個鞏固知識、訓練技能的過程，只在乎學生“有沒有做”“做的怎樣”，不考慮學生如何做，作業設計是否全面、合理，是否適應大部分學生等問題。在高校“重科研、輕教學”的評價機制下，甚至有些教師布置作業僅僅是為了應付學校的教學管理，并不認真批改、有效反饋學生作業情況。學生對待作業缺乏主動性，出現了嚴重的抄襲現象。任美霖以山西大學教育學專業為例的調查表明，1/3 的學生認為大學里沒有必要布置作業，57%的學生認為大學作業是必不可少的，其他學生對作業的必要性持可有可無的態度。李書偉等調查結果顯示：大學生能獨立完成一切作業的占30.9%，經常照抄他人作業的占11.7%，靠自己做與照抄他人相結合來完成作業的占35.8%。余燕平等開展了問卷調查，并將學生對于作業的態度及對于抄襲作業的認識進行了均值分析，結果表明學生認識到作業的重要性，但仍存在較多的應付和抄襲作業的現象。由此可見，早期作業模式的種種弊端已經顯現，甚至無法達到學生鞏固知識、訓練技能的目標，不再適應社會發展需要。因此，必須對作業設計目標、策略、內容和評價進行改革，充分發揮作業的教育價值，培養學生專業核心能力和綜合素質能力，以滿足社會發展對人才的需要。

二、作業的設計策略

現代社會是以人為本的時代，因此，教育應以“學生為中心”，更關注學生的現實需要和未來發展，更注重開發和挖掘學生自身的稟賦和潛能，更重視學生自身的價值及其實現，并致力于培養學生的專業核心素養和綜合素質，從而不斷提高人的生存和發展能力，促進人自身的發展與完善。作業作為教育的一個重要環節，不能單純地以鞏固知識、訓練技能為目標，還應以培養學生的團隊精神、溝通表達、設計思維和工程思維等能力為目標，并要注重學生個體差異、學生自身價值的實現和充分挖掘其自身的潛能。余燕平也指出作業中存在的兩個瓶頸問題為“作業缺乏個性化設計”和“批改反饋不及時”。因此，作業的模式、內容和形式等方面的設計需要更全面的考慮，以適應現代社會、教育的發展。

（一）作業模式

通過前面的論述可知，作業是教育中非常重要的環節，具有多重目標。其中鞏固知識、訓練技能仍然是基礎，但不是終點，終極目標是培養學生運用知識、技能解決復雜工程問題、進行科學研究和終生學習等能力。故作業應由多方面構成：基礎題+發散題+知識拓展+項目式作業。基礎題基于章節重難點靈活設問，為課后緊跟式作業，有助于學生形成對知識典型的、關鍵的特征認識，盡快建立起該方法所需要的抽象思維能力。發散題偏向解決實際工程問題，培養學以致用、獨立思考等能力。知識拓展是推薦該課程相關文獻及視頻音像等資料，增強學生的學習興趣，拓寬知識面，培養其終生自主學習的能力。項目式作業以復雜的工程問題為背景、圍繞課程的核心知識點設計題目，要求以小組為單位完成，題目開放性很強，需要學生自主識別問題結構并綜合運用所學專業知識，重在培養學生的團隊精神、溝通表達、設計思維和工程思維等能力。

（二）作業內容

為達到作業的多重任務目標，內容必須由千篇一律向多樣性變化、由統一走形分層化。余燕平也指出目前作業的瓶頸問題之一是“作業缺乏個性化的設計”。

1.內容豐富

傳統作業內容單一，僅僅是教材內容的轉移，局限于對某一公理、定理、定律或推論的驗證或簡單應用，在網絡發達的今天，經典題目隨處可見，缺乏吸引力、挑戰性，不能激發學生學習的興趣、鍛煉學生的能力且無法達到因材施教的效果。研究表明，大學生完不成作業的主要原因之一是“對該課程不感興趣”，即認為該課程無用、單調且乏味，導致學生學習動力不足。何汶靜等的調查結果也顯示興趣是作業質量的顯著影響因素。王樂宇等對大學生作業取舍傾向進行了調查研究，發現學生內心還是渴望完成更具有難度、更有吸引力，能夠充分發揮其主觀能動性與創新力的個性作業。因此更好地將核心知識點與實際工程問題相結合，為體現出學生個體差異化，設計作業時可以從管理、設計、安裝、調試和運維等不同方面去闡述同一個問題，以豐富作業內容、提高學習興趣。例如，針對典型電網事故如1996 年8 月10 日美國西部大停電事故，結合電力工程知識，分析事故原因，從電網結構、繼電保護、調度管理制度和運行維護等方面評論、并提出相應措施防止事故重演。學生可以結合自己的特長，有的同學擅長管理，有的同學知識理論扎實擅長設計，有的同學了解運維，分別從某一角度分析。

2.內容層次性

傳統作業內容結構單一，局限于基礎性題目，只能起到鞏固知識、訓練技能的目標，缺乏發散性、綜合性的作業，無法實現學生專業核心素養與綜合素質提升的目標；其次，傳統作業實行“一刀切”，沒有層次，脫離學生實際情況，不利于學生通過作業練習得到充分發展，無法實現學生自身價值，難以挖掘其自身的潛能。

作業結構要有層次。基礎題如“變壓器的調壓方式有哪些？各有什么特點？”；發散題如“風電場中主變壓器常采用的調壓方式是哪種？為什么？”；綜合題如“酒泉某風電場有30 臺機組，單機容量為2 MW，機組輸出端電壓由箱式變壓器升壓到35 kV，經主變壓器并入110 kV電網，確定該風電場主變壓器型號？”三道題都是針對變壓器類型這個知識點，第一題只能強化記憶；第二題是對所學知識的簡單應用，需要綜合考慮風電場輸出端電壓特點與變壓器各種調壓方式的特點，鍛煉了學生解決問題的能力；第三題最接近工程實際，需要考慮多方面因素如主接線形式、變壓器臺數、容量、型式、經濟性、運輸和安裝條件等，需要小組協作完成，可以很好地鍛煉學生的專業核心素養及綜合素質。經過這樣的作業過程既能鞏固知識、訓練技能，還能在此基礎上提升能力，最后內化為學生的素養、素質。

作業難度要有層次。調查顯示，51.0%的學生表示出現理工課程的抄襲現象是因為作業“太難了”。每個學生的基礎、接受能力和潛質是不一樣，但經過長期的教學，最終都要達到相同的目標。這就如同舉重運動員訓練的時候，每個人的身體體質不同，教練則會安排不同的訓練課程、不同的負重和循環次數，以此提升每名運動員的負重能力。基礎好、接收能力強、學習主動的學生，基礎題少一些，基于實際工程的綜合應用題多一些；而對于基礎較差的學生，則要降低作業的難度，比如將綜合應用題拆解成單一的知識點分別命題，將完全記憶型的填空/簡單題換成具有提示性的選擇題，將條件簡單的計算題換成條件豐富的題。針對不同層次的學生布置不同難度、不同量的作業，照顧到每個層次的學生，使所有學生都獲得學習滿足感、積累學習的自信心，從而激發學生學習動力，形成良好學風。

（三）作業形式多樣化

隨著社會的發展，信息傳播方式日趨多樣化，科技越來越先進，單一的紙質作業形式已不能適應學生多元化、個性化的學習方式，也不能滿足教育需求。教師需要圍繞核心知識點和教學目標，設計一些多媒體作業、虛擬仿真作業及實踐類作業，供學生選做，以便學生發揮特長、提高學習興趣。在完成這種作業的過程中，學生不但鞏固訓練了題目所涉及的基礎知識和技能，同時培養其推演、表達、溝通、團隊協作、計算機應用和動手等能力。例如，針對某變電站設計其電氣主接線，制作PPT、演說設計依據及特點，最終以視頻形式交作業；也可以撰寫成設計報告。在計算機上建立上述電氣主接線的虛擬仿真模型，進行潮流分析、短路電流的計算，電力系統中設備的選型。依據電力系統相關知識點，設計、連接和調試某線路的三段式電流保護裝置。上述作業涉及到的電氣主接線、各種電氣設備和繼電保護等大量知識點，對PPT 制作、視頻錄制、報告撰寫、電氣系統軟件應用、數據分析、資料收集、表達和電氣設備布局接線等各方面能力都有需求，且工作量大，因此需小組成員相互配合，才能更好地完成作業。

三、作業的評價反饋

評價反饋是作業過程必不可少的一個環節。調查研究發現，學生學習存有功利性、懶惰心理，并且一些學生自主學習能力差，只有不足60%的同學能自覺完成作業，因此批改作業能起到督促的作用。還有學者調研分析，學生作業中存在答題不符合要求、答題不全面及抄襲現象等問題，而及時進行答題指導、全面反饋作業情況是解決上述作業問題的一項重要措施。作業評價反饋除了具有檢查教學質量和學習效果的功能以外，更重要的是及時、全面、合理及有效的評價反饋可以指導教師有針對性地改進教學方案，可以使學生全面了解自己、培養其學習自信心和積極性。早在1974 年，Schone等研究各個大學生的數學成績時就發現，那些作業得到教師反饋的學生，其學業成績要明顯高于那些沒有得到反饋的學生。密蘇里州大學的凱西（Cathy）指出：“教學所必需的不是評分而是反饋，反饋存在兩個目的，一是促進教學和總結性評價中的成績；二是增強學生自主學習和自我評估的權利。”

（一）作業評價

評價內容必須全面、合理，即緊密圍繞專業培養目標、課程教學目標展開。目前工科專業以培養基礎理論扎實、工程能力強和綜合素質高全面發展的人才為目標。不再單純考察知識、技能的掌握程度，而將目標轉移到了解決復雜工程問題的能力上。因此，評價點不僅限于知識、技能的掌握程度，還涉及到分析解決問題、團隊協作、溝通、使用現代化工具及終身學習等能力的高低。根據不同專業、不同課程的性質和要求，制定具體的作業評價標準，確定不同點占據的權重系數，對學生各方面進行合理地評價。

作業評價不僅具有管理性功能，更重要的是具有發展性功能。目前作業評價采用的橫向對比方式，主要起到管理性功能。“橫向對比”以一定范圍內學生的學習程度作為依據，重在學生間的比較，可以作為學校評獎、評優的依據，對學生起到一定的激勵作用。作業評價還有另外一種方式“縱向對比”，以學生自身發展為依據，強調學生前后的自我變化，以引導學生全面了解自己、培養其學習自信心和積極性為目的，發揮作業評價的發展性功能。

表1 給出了某實驗的評價指標點及評分標準，指標點集中在對實驗原理的理解程度、實驗過程的操作熟練度和報告撰寫是否標準等方面，以結果的準確與否來評分，主要反映了知識和技能的掌握程度，而沒有體現出對能力的評價及縱向對比的內容。在評價指標點方面需增設評價能力的相關指標點，如根據實驗目標設計實驗方案的能力；實驗操作執行能力；實驗現象的觀察能力；數據分析處理能力；各成員間的配合、協作及溝通能力等。評分標準需分成兩個方面，一個方面即表1 中給出的評分標準，用以“橫向對比”；另一個方面，強調學生的進步，對比進行實驗前后學生各方面知識、技能及能力的變化，主要進行定性的說明，用以“縱向對比”。

表1 某實驗的評價

（二）作業反饋

作業反饋要講究時效性、全面性及有效性。時效性即每次問答、作業及考試完成后，及時把評價結果反饋給學生，能及時令其發現問題，調整努力方向，更快地進步。由于人習性和記憶的客觀規律影響，大多數人在剛完成作業時，有很強的意愿核對答案并改正，這種意愿隨著時間地推移逐漸減弱，應抓住這段黃金時期，及時反饋。反饋時要全面，目前多數反饋僅是簡簡單單的一個分數，學生只能認識到自己與他人還有差距，但不清楚自己差在哪里，又有哪些優勢。所以反饋要具體落實到每一個可以操作的指標點，讓學生認識到哪個方面有進步，哪個方面有欠缺，并給出改進建議，這樣才有利于督促和指導學生的學習。如上所述，目前的評價指標點很多，但沒有與學生個體相結合，直接反饋給學生未必有效。有效性指反饋評價結果時要講究方式、方法，考慮學生的性格、接收能力及適合鼓勵還是要懲罰等實際情況，以引導學生認識到自己課程學習上的變化、作業的完成情況，從而使學生進行自我反思和改進，促進其學習和發展。反饋時不能只給出知識性的評價，還要融入人性化的內容。例如，兩個性格截然不同的學生——一個學生容易驕傲自滿，另一個學生比較自卑，容易低估自己。即使作業完全相同，反饋也要區別開，對于容易驕傲自滿的學生要弱化其取得的成績，傾向于表達該生在哪些方面還有進步空間；對于自卑的學生要突出反映該生取得的進步、弱化不足。

四、結束語

在早期教育中，以教材內容為“轉移”、紙質演化為主的傳統作業起到了鞏固知識、訓練技能的作用，符合當時的社會需求和教育目標，達到了相應的教育功能。但是隨著社會與科技逐漸發展，社會的需求及教育目標均發生了改變。作業作為教育中重要的一個環節，需要從其模式、內容、形式和評價反饋各個方面進行改革。作業模式調整為“基礎題+發散題+知識拓展+項目式作業”，有利于培養學生專業核心素養和綜合素質。作業內容要豐富、分層次，圍繞核心知識點、從工程管理、設計、安裝、調試和運維等不同角度去闡述問題，以此豐富作業內容，既培養了學生解決復雜工程問題的能力，又體現出了學生的差異性，因材施教；作業難度分層次，可以照顧到每個層次的學生，使所有學生都獲得學習滿足感、積累學習的自信心。作業形式多樣化，既適合現在學生個性化、多元化的學習方式，又能培養學生推演、表達、溝通、團隊協作、計算機應用和動手等能力。作業的評價反饋要全面、合理、及時和有效。作業評價點要緊密圍繞專業培養目標、課程教學目標展開，分別進行“橫向對比”和“縱向對比”，及時、有效和全面地向學生反饋，實現作業評價反饋的管理性功能和發展性功能，引導學生正確認識自己學習上的變化、促進其學習和發展。