“土木工程材料”實驗課的探究式教學及“五位一體”評價模型分析

李庚英，張錦濤，張敏 （華南農業大學水利與土木工程學院，廣東 廣州 510640）

0 前言

探究式工程科學教學[1]是提高工程技術人員科學和創造素養的重要手段。華南農業大學水利與土木工程學院提出了以培養學生創新科研能力和團隊合作交流能力為目標的探究式教學模式，并基于“最近發展區”理論建立情境創設和探究點設置的教學方法，以“土木工程材料”為例進行教學改革。“土木工程材料”課程是土木工程相關專業的一門專業基礎課，具有較強的理論性、綜合性與實踐性，以及多學科交叉滲透的特點[1][2]，此次教學改革取得了一定的成效。但該探究式教學改革仍存在以下問題需要解決，主要表現以下兩點。

①學生在掌握的基本知識比較膚淺情況下的創新思維有效性問題。一切的創新思維都是基于一定的知識量，但是對大部分探究項目而言，大學生就某一專業知識掌握是非常有限的。那么如何基于學生已有知識達到提高創新能力和科學素養培養的目的是教學改革的難點問題[3]。也就是說如何合理設計教學策略，采用適當的教學方法，既提高學生的理論知識水平，又培養創新思維能力，這是保證教學質量的關鍵。

②對教學改革缺乏明確的衡量指標或標尺。如果對“創新能力”缺乏定量和定性標識，那么就無法探測和證明學生的創新能力是否真正提高[4]（即若不能準確定義什么是創新能力[5]，那么如何判斷其提高與否）。因此提供完整、詳細的創新能力或創新思維的定義，能避免空洞的能力培養要求，使“土木工程材料”能力培養的教學過程具有方向性和科學性。

本文針對上述重要問題，課題組設計了多層級、漸進式的探究式教學模式，并開發“五位一體”的探究式教學評價模型，在“土木工程材料”實驗課教學過程進行實踐應用。教學實踐表明，采用多層漸進的探究式教學能有效激發學生興趣，提高學生創新能力，循序漸進的拓展學生知識體系發展，同時“五位一體”的教學評價模型能夠更加全面客觀地對教學效果進行評價，促進教學良性開展，進一步增強學生自主學習能力、實踐能力、創新能力和團隊合作能力，為培養新時代工科技術人員奠定基礎。

1 設計多層級、漸進式的探究式教學模式

維果斯基的“最近發展區”理論研究表明，學生“最近發展區”和認知系統是可以逐步提高的，呈現漸進性和動態發展特征[6]；另一方面，教學和學習過程中所探究問題的廣度和深度也取決于師生活動水平和所涉及知識范圍，也具有漸進性和動態發展特征。

設置層層相關、逐漸遞進的多層次教學模式能夠在實現知識、能力培養的基礎上，充分激發學生學習興趣，保護學生好奇心，培養科研素養[7]。多層級漸進性的探究可以由五條上升曲線來刻畫，分別是“知識由淺入深”“能力培養由低到高”“主動性由弱到強”“探究強度逐漸變大”“探究內容的難度逐漸提高”，這五條曲線在五個維度上以一種循序漸進的方式把學生引入到探究式學習中，符合學生接受新事物的一般規律[8]。基于探究式教學特征，結合“土木工程材料”實驗課的內容和各層次要求，構筑的漸進式、多層位的教學模式，具體如圖1所示。

圖1 “土木工程材料”實驗課的多層級探究式教學設計

所有教學內容和教輔訓練都由淺及深、由難到易，設置了三個層次。每個層次設定不同等級的學習目標和能力要求，根據層次的不同完成相應的指標。教師根據學生所在知識發展區布置相應的探究內容，每個探究內容都設有多層漸進的拓展研究。以項目“偶聯劑對混凝體-瀝青界面性能的影響研究”為例，具體說明學生在層進的探究式教學中開展的學習探知活動內容，結果見圖2所示。展示結果表明，該組學生分三層完成了項目要求，每一層學習和研究過程中，都經歷了探究的6個過程，即提出問題→相關資料查詢與分析→推測和假設→設計實驗尋求證實→信息和數據處理→結論與表達[9]。

圖2 多層級探究式項目實例展示

從項目的三層研究過程來看，該組學生不但完成了普通混凝土的力學性能的研究測試，還進一步完成了公路混凝土的配制，并且基于化學科學和材料科學的基本原理，提出了偶聯劑的作用機理，并建立了混凝土-瀝青界面作用模型。圖2表明，經過分層級探究式項目學習，基本具有了觀察問題、分析問題、收集和使用實證、構造解釋和證明解釋等科學探究能力，即該組學生具有創造性思維和批評性思維，達到了本課程的知識和能力學習目標。

需要注意的是“土木工程材料”課程的探究點具有與時俱進的特點，依據社會和工程大背景可以有序提升；其次在各層級理論教學過程中，均適時提出真實的案例，這些案例既是理論學習的探究點，同時也是學生項目實踐的素材。這些案例必須是真實的、有價值、有研究意義、能激發學習興趣的問題。并且主要是關于土木工程材料中的重點、難點和熱點問題。

2 開發“五位一體”的探究式教學評價模型

顯而易見，針對上述漸進式、多層位的教學體系，傳統的重知識、偏結果和強調記憶的學生評價方式，已經無法激勵學生投入到科學探究的積極性，無法全面地揭示學生在探究式教學獲得的能力進步和情感發展，自然無法調動師生大膽探究、主動參與和深入實踐的積極性。構建適應和促進探究式教學開展的新學生評價體系，既是探究式教學模式的內在要求，也是激發學習動機、培養學生創新精神與實踐能力的需要。

通常學生學業評價主要涉及評價什么（評價內容）、怎么評價（評價方法）、評價誰（評價主體）、怎么解釋評價信息（評價量規或評價標準）以及如何使用評價結果（評價目的）等五個環節。為此，設置了如表1所示的“五位一體”的評價模型，對學生的學業表現進行評估。

“五位一體”的評價模型 表1

其中，評價內容應與教學目標相匹配。評價方法涉及收集評價對象的信息。評價方法應該與評價內容即欲評學習結果的類型保持一致。知識目標可以通過筆記或口試進行較好的評估，而內隱的能力、情感和價值觀只能通過外顯的行為、語言、作業、產品等進行推論評價。因此評價方法采用直接（Direct As?sessment）的定量評價和間接（Indirect Assessment）的定性評價相結合。具體而言，定量評價提供直接關于學生知識、能力和態度發展水平的證據。具體方法有作業、測驗、量表、設計、論文、檔案袋、答辯等。定性評價是次級評價，是知覺（Perception）到的學習結果，不能直接、真實地反映學生的學業水平。

評價主體采用單一主體和多元化相結合。探究式教學活動主體的多元化。教師不僅是單科教師，其他指導教師及相關科目教師也參與了教學活動。學生是與小組成員一起參與探究活動的，參與成員都有關于評價的發言權。探究式教學目標的多維性。特別是能力與情感目標較為內隱，單一的評價主體（教師）無法全面掌握學生行為信息，自然無法做出全面和科學的判斷，即使全面掌握了學生行為的信息，在推斷其探究態度和能力發展時也未必完全吻合。因此讓學生同時成為學業評價過程的積極參與者，有利于克服評價對象的恐懼心理，保護學生的自尊心和自信心，消除評價中產生的對立情緒。同時，有助于學生反思學習過程，對未來學習作出合理的規劃與安排，提高自我調整能力。最后，同學間互評有助于借鑒對方優勢，促進共同成長。

采用評價量規能有效解決傳統筆試測驗在評價學生能力、策略、情感和態度等方面的低效性，適用于對定性評價方法所得來的數據進行處理。量規給出了清晰的預期學習結果以及評價預期學習結果等級的標準和細則。在學習的不同階段，針對不同學習內容，指定相應的評價量規。以表2和表3為例，分別針對“過程與方法”和“團隊與交流”這兩個教育目標（評價內容2和5）,在實驗教學環節中制定的評價量規。根據探究式教學的特點，“過程與方法”的評價細則主要從探究式教學的6個發展過程進行，評價標準分為四個等級，具體見表2所示。“團隊和交流”評價量規分為5個等級，分別對應不同的量化指標，具體見表3所示。

實驗教學環節中的“過程與方法”評價量規 表2

學生通過閱讀量規，可以理解其學習結果將如何被評價，從而激勵主體性和責任心來完成學習任務。同時，量規給學生提供的反饋信息，有利于自我調整、自我監測和自我改進。教師在開發量規的過程中，會不斷思考改善教學策略以提高學生表現等級與水平。評價量規既可以借鑒已有研究成果，也可由教師在參照心理學、教育學理論基礎上自行開發。

評教模型的目的是形成階段性評價和最終評價，其中階段性評價是在學習不同階段，針對不同學習內容，采用單一方式或者多方式聯合進行評價。最終終結性評價是綜合教學整體過程和各階段指標，對學生在該課程中的表現進行全方位評價，同時也是教學效果的最終體現。

3 結語

本文以“土木工程材料”實驗課為例，分析了采用探究式教學方法時存在的問題，基于科學的探究教學原理和“最近發展區”理論，提出構筑多層級、漸進式的探究式教學模型，充分考慮師生活動水平和知識的發展動態，不僅為學生創新能力和科研素養培養奠定基礎，而且大幅激發學生學習興趣，保護學生好奇心，使學生的知識體系、能力、主動性、探究的強度和難度都逐漸提高，具有顯著的優越性和科學性。同時提出“五位一體”的教學評價模型，能夠更加全面客觀地對教學效果進行評價，促進教學的良性開展，進一步增強學生的自主學習能力、實踐能力、創新和團隊合作能力。評價模型的可操作性強，具有較好的科學性和創新性，為“土木工程材料”課程改革的順利進行和持續改進奠定了基礎。