“切塊拼圖”用于課題訓練探究式教學提升學生工程實踐創新能力

仲啟媛，譚立龍，姚志成

摘? 要：依托訓練課題開展探究式教學，既有理論，也有實踐，有利于培育學生的自主學習能力和工程實踐創新能力。該文將“切塊拼圖”模式用于課題訓練探究式教學中，通過問題驅動，將學員學習的主動性和合作學習的積極性有效調動起來，有利于發揮學員個性，挖掘學員潛力，提高學員的工程實踐創新能力， 取得較好的教學效果。

關鍵詞：訓練課題；切塊拼圖；探究式教學；自主學習能力；工程實踐創新能力

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）18-0047-04

Abstract： Carrying out inquiry teaching has both theory and practice depending on training subjects. It is helpful to cultivate students' independent learning ability and innovative ability in engineering practice. In this paper， Jigsaw mode is used for inquiry teaching in subject training. Students' initiative in learning and positivity in cooperative learning has been effectively mobilized. Student personal is brought into play. Student potential is tapped. The ability of innovation in engineering practice is improved. Good teaching effect has been obtained.

Keywords： training subject; Jigsaw; inquiry teaching; independent learning ability; the ability of innovation in engineering practice

實踐教學在知識轉化運用、專業技能提升及對學生工程實踐創新能力培養方面有著理論教學無法替代的重要作用。筆者在多年實踐教學中發現，在基于問題驅動的探究性教學中，學員學習的深度和廣度還有欠缺，面對需要解決的實際問題，在理論聯系實際、學以致用、以用促學的訓練環節還有進一步擴展的空間。大多數學員擅長通過記憶來獲取知識，這是一種被動機械的學習，知其然不知其所以然。根據學習金字塔理論，這種方式獲取的知識平均留存率只有5%左右，而通過實踐獲取的知識平均留存率可達75%左右，這種以記憶與重現為主的被動式學習過程，由于缺乏應用背景刺激，學到的知識屬于淺層次的復制和粘貼，很難留下較深的烙印，整個學習過程缺少質疑發現、分析討論、 綜合概括、自我糾錯等主動式的學習訓練環節[１]。

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》強調采用啟發式、探究式、討論式和參與式教學，幫助學生學會學習。其核心思想就是通過教學方法和手段的改革，激發學生學習興趣，提高學生獨立思考意識和自主創新精神[2]。

一? 探究式教學

教員引導，學員探究。這里的“探究”就是學員“自主反復探討、自主深入研究”之意，強調學員是教學主體，教員要建設良好的教學環境，為學員提供自由表達的機會，使學員帶著質疑和疑問去學習，引導學員自主探究與自主學習知識，解決現實問題。探究式教學是將培養學員發現問題、分析問題、創新性解決問題能力及實踐動手能力作為教學宗旨，激發學員潛力，開發學員智力，提升學習興趣和積極性，使其可以自主發現問題并解決問題，提高學員的實踐能力、創新性思維能力和自主學習能力，從而掌握一些自主學習的方法和理論，為走入任職崗位后的學習和工作打下基礎[2]。

探究式教學是以學員為主的自主探究和自主學習，學員通過主動學習獲取知識，從而提高自己的學習能力和科學探索精神。教員的作用一方面是基于問題驅動引導學員探究的方向，另一方面是通過適時鼓勵和肯定調動學員的積極性，使學員主動去發現問題、提出問題、分析問題和解決問題。探究式教學具有以下特征。

1）問題驅動性。發現問題、提出問題是探究式教學開始的第一步，整個探究過程是以“問題”為主線，將解決問題和理論學習有機結合起來，目的性明確，避免了無頭蒼蠅式的泛泛理論學習，重視學員發現問題、分析問題、解決問題思維方式的培養。

2）開放綜合性。探究需要打破知識壁壘，在分析問題、解決問題的過程中，學員要綜合運用多方面的知識、技能與經驗，并通過持續不斷的知識和經驗重組及建構過程來解決問題，掌握知識，深化認識，發展能力。

3）團隊合作性。探究式教學鼓勵團隊合作，學員在獨立思考的基礎上，與小組內的組員展開交流、討論，進而不斷接受新知識，探索更多元和更有效解決問題的途徑，從而促進自身知識和能力的提升。

4）自主創新性。在解決問題過程中，學員不僅要用到已有的知識和經驗，還要主動學習新知識，自主查詢資料，自主整理、歸納、研究所得資料，并通過自己的獨立思考及和他人的交流、討論來分析、解決問題[3]。

探究活動的過程不僅是為了學知識，更重要的是學習運用知識和理解知識來解決實際問題，通過質疑、思考、假設、分析、設計和驗證等一系列活動，來提升學生的科學探究能力和創新能力，更重要的是有利于培養學生科學嚴謹、實事求是、追求卓越和團結協作的科學精神。

二? 課題訓練探究式教學

課題訓練探究式教學是在教師指導下，以學生為主體開展課外科學研究活動。這種基于課題的探究訓練實行指導教師和學生雙向選擇，學生按照自愿原則組成一個課題組。在對課題的訓練探究中，課題組能夠“以我為主”獨自進行調查研究、文獻查閱、分析論證、方案制訂、系統設計、實驗驗證、系統調試、故障排除、優化改進和分析總結等實踐創新活動，指導教師主要發揮指導作用。

（一）? 課題訓練探究式教學對教師要求

在課題訓練探究過程中，教師需要重視以下幾點。

1）要凸顯學生主體地位，要保證通過課題的探究訓練能培養學生自主學習能力，使其養成自主探究的習慣。

2）要利用問題驅動教學，引導學生善問勤思，培養明辨性思維，鼓勵學生思行合一。

3）強調實踐的重要性，引導學生在實踐中主動發現問題，利用自身掌握的知識解決問題，如果現有知識無法解決問題，學生會自主學習新知識。

4）強調方法論的重要性，解決實際問題固然重要，掌握解決問題的方法才是本質，要授之以漁。即使沒有正確解決問題，走了彎路，也同樣具有方法論意義，即在遇到類似問題時可以少走彎路。

（二）? 課題訓練探究式教學對學生要求

1）有一定能力。以課題訓練為依托的探究式教學要求學生具有一定的科研能力和自主實踐能力，能從眾多的資料中確定探究重點和方向，能根據課題需要設定課題訓練用器材或元器件、探究方法和步驟。探究訓練的學生必須具有一定的動手能力，保證課題探究訓練的順利實施。

2）有一定理論。參加課題訓練的對象重點考慮三年級或四年級部分本科學生，這部分學生基礎理論扎實，學習能力強，喜歡鉆研，學有余力，已經具有了一定的知識和能力儲備，具備了獨立開展研究訓練的條件。指導教師可以從自己熟悉的學生中選擇優秀的學生，學生可以根據自己的情況選擇課題。

3）主動性強。教師給出的課題涉及的知識領域非常廣泛，在完成課題的過程中，需要課題組充分發揮主觀能動性去獨自完成這個課題，有利于培養學生獨立思考和敢于懷疑的明辨性思維。

（三）? 基于洛克定律選擇合適課題

洛克定律又稱為“籃球架”原理，是美國馬里蘭大學心理學教授埃德溫·洛克提出的。其認為籃球之所以成為世界性體育，是與籃球架的高度有關，如果籃球架有兩層樓高，進球難度可想而知，如果籃球架只有普通人高度，進球輕而易舉，你還會去玩嗎？正是因為籃球架有一個跳一跳就能夠得著的高度，才使其備受世界歡迎，一個“跳一跳，夠得著”的目標最有吸引力，對于這樣的目標，人們才會以高度的熱情去追求。

教師給出的訓練課題，要遵循“籃球架”原理，難度要適中，不能太難，太難會使學生望而生畏，無從下手；也不能太簡單，太簡單沒有挑戰性。提供給學生探究訓練的課題主要來源于四個渠道：科技創新和校內外競賽課題；教師科研項目中提取的子課題；實驗室開放的綜合創新性課題；學生自擬課題，鼓勵學生做生活和學習中的有心人，多想好點子、巧點子解決實際問題。

基于課題的探究訓練，不僅有利于培養學生的創新思維和創新能力，還能增強學生“愛科學、學科學、用科學”的科技意識，通過系統設計、電路搭接、系統調試、故障排除和改進優化等實踐活動，不僅實現了理論知識的轉化運用，還有利于培養學生科學求真、刻苦鉆研、勇于探索的精神。

三? “切塊拼圖”用于課題訓練探究式教學提升學生工程實踐創新能力

（一）? “切塊拼圖”教學

“切塊拼圖”教學源于拼圖游戲（jigsaw puzzle） ，游戲者將完整的圖片或模型拆分成“組件”，先對每一個“組件”及各“組件”之間的銜接關系進行分析研究，再按照一定的方法把這些“組件”一塊塊拼接起來恢復到原樣，重新獲得對圖片或模型的整體功能的理解。這一游戲被美國社會心理學家艾略特·阿倫森教授首先引入到教學領域，即“切塊拼圖”教學，也叫拼圖式合作學習（Jigsaw Co-operative Learning）。“切塊拼圖”教學模式作為一種行之有效的合作學習方法，具有以下特點。

1）動態情境教學，愉快輕松。教學過程不再是呆板的課堂講授教學，而是一種動態情境教學，教學氛圍愉快輕松。

2）教學活動。不斷接受新知識，探索更多元和更有效解決問題的途徑，從而促進自身知識和能力的提升。

3）團隊合作，互教互學。“切塊拼圖”教學是一種團隊合作、互教互學、討論交流式學習，能提高學生參與訓練課題探究的深度和廣度，能增強學生完成任務的責任感，提升學生語言表達和溝通能力，能增強學生的學習動機。

“切塊拼圖”模式有利于促進學生積極、自主地參與學習，是一種面向實際復雜問題解決類學科的有效教學方法。采用“切塊拼圖”的訓練課題大都來源于實際生活、工作和教學訓練中的實際問題，面向理工科大三和大四年級學生，這些學生已具備一定的專業基礎知識及動手實踐能力，但在自主學習能力、合作學習能力和思辨能力等方面尚需培養，“切塊拼圖”教學模式可以有效培養學生的上述能力。

（二）? “切塊拼圖”用于課題訓練探究式教學

用于探究式訓練的課題相當于一個功能已知但組件未知的拼圖，課題組需要根據功能需要設計出能滿足功能需求的若干組件，這些組件按照特定規則進行組裝可以實現拼圖功能。課題組首先需要分析實現拼圖功能需要哪些組件，從功能相似的組件里篩選出合適的組件，根據組件之間關系，通過硬件和軟件設計將組件組裝成拼圖，最后進行調試，實現拼圖功能。顯然，滿足拼圖功能的組件類別和組裝規則不具有唯一性，課題組在梳理、篩選、整合相關知識點時，通過交流、討論、實驗驗證、組裝調試等多個環節選擇最優，這個過程本身就是提升創新思維和創新能力的過程。如果完成某個訓練課題，需要m個組件，圖1展示了“切塊拼圖”用于課題訓練探究式教學的過程。

1? 組建課題組

根據完成課題需要的組件數目組建課題組，如果需要組件m個，則課題組人數為m個，按照學生特長和自愿原則進行任務分工，即每個人負責不同組件，如果兩個組件之間有關聯或數據傳輸，相應負責的兩個人之間要做好對接。課題組每個人都清楚課題要實現的功能，每個人負責組件的優劣都會影響課題功能最后能否順利實現，這樣每個人都承擔責任，都會積極主動去完成自己負責的組件。

2? 設計完成自己負責的組件

根據自己負責的組件，有針對性地進行資料查詢、器件篩選，請教相關人員研討交流，設計實現組件功能，同時進行相關組件對接。每個人只完成自己負責的組件，目標任務相對單一，適當降低了組件任務難度，對基礎較差的學生來說，可以有效增加其學習興趣和主動性。對于關聯組件，相關責任人可以進行溝通和交流。

3? 課題組匯報，互教互學

課題組定期匯報課題進展情況，每人匯報自己負責組件的設計過程、發現問題及處置方法，匯報人不僅講解自己負責的組件任務，還要負責解答其他組員提出的疑問，換做其他組員講解組件任務時，也要認真聽講，消化吸收，即使沒有負責該組件，也有重要的方法論意義，在今后工作崗位上如果涉及相關知識，能夠很快理清思路，避免走彎路。教師參與組內匯報和互教互學，及時檢測查漏補缺。

4? 組裝調試

每人負責的組件設計完成后，將各組件進行組裝和功能調試，這個過程不是一帆風順的，會遇到各種意想不到的問題，課題組全體成員需要一起討論、分析問題和解決問題。再根據結果對各組件進行改進。遇到課題組不能解決的問題，可以查閱資料，也可以請教教師，教師進行適當指導。此環節教師參與掌握學生學習情況，必要時給予補充和糾正，查漏補缺，提高學習效果。

5? 優化改進，歸納總結

課題組根據組裝調試的結果進一步優化改進。由于實現課題功能的組件和方法不唯一，在課題組對課題進行討論、調試、優化過程中，每個人都要匯報各自負責組件的優化方案和結果，都要回答組內成員的疑問，組內成員的每一次討論、每一次匯報、每一次優化和改進，都是對各個組件的再學習、再認識和歸納總結的過程，實現了整個課題組的共同學習和能力提升。

課題組中每個人負責的組件不同，如果不認真去學，就不可能順利完成他負責的組件任務；課題匯報時，如果自己不認真講解自己負責的那個組件，會面臨組內成員更多的質疑；如果課題功能無法順利實現，在分析問題和解決問題時，無法解釋清楚是否是自己負責的組件出現了問題，將會面臨組內成員的抱怨。因此，“切塊拼圖”用于課題訓練探究式教學中，課題組成員必須相互合作、相互鼓勵和相互促進，同時也促使每個人都得去聽、去說、去交流，有利于促進學生自主學習，營造和諧的學習氛圍。

四? 訓練成果豐碩

開設探究式課題訓練，將專業需求、成才需求、任職需求與科技成果及科研成果綜合在課題訓練探究式教學中，是一種面向大三、大四年級學生綜合能力提升的實踐教學模式的一種新的嘗試。在探究式教學中采用“切塊拼圖”教學法，使其融于專業理論及背景學習、方案設計、元件選型、硬件設計、軟件設計、系統搭接、系統調試、識錯糾錯、功能實現、系統優化和結果討論等環節中，學員面對要解決的實際問題，通過知識點梳理進行“切塊”，組內學員面對每個“切塊”小問題，主動開展學習，并與前后“切塊”建立知識聯系，進而建立知識體系。組內成員負責的每個“切塊”都不是完全獨立的，不僅要與前后“切塊”配合好，還要保證這個系統運行正常，往往需要組內成員間的討論及互助式學習，這極大地提高了學員參與度，增強了師生互動，不僅培養了學員的自學能力，思辨能力也得到提升。在解決“切塊”問題和討論互學中，學員幾乎沒有畏難情緒，愿意主動去學、去問、去聽、去辯，不僅實現了知識點的鞏固和課題訓練中實踐動手操作的有機結合，而且讓學員的學習從理論學習、感性認識上升到實踐動手操作、結果觀察、理性分析及優化設計階段。

將“切塊拼圖”用于課題訓練探究式教學，能很好地鍛煉學生分析問題、解決問題的能力及工程實踐創新能力。近幾年，學生依托訓練課題積極參加校內外競賽，獲全國研究生電子設計大賽全國三等獎1項、西北賽區一等獎1項；獲中國大學生計算機設計大賽西北賽區一等獎1項、二等獎1項、三等獎1項；獲大學“礪劍”杯學員科技創新競賽一等獎1項、二等獎5項、三等獎3項；創新作品以學生為主體共授權專利14項。部分作品推廣應用于本專業和外專業實踐教學訓練，提高了裝備操作訓練的便利性，達到了良好的教學效果。上述創新成果在本科學生中起到很好的激勵輻射作用，學生參與創新實踐的積極性逐年提高，2021年有25組學員、近百人次主動聯系教師參與以課題訓練為主的創新實踐，部分學生還能夠根據日常生活、學習訓練、部隊實習提出新想法，闡述新方案，促進學生了解專業、熟悉專業、熱愛專業。

五? 結束語

本文探索了“切塊拼圖”教學模式在課題訓練探究式教學中的應用，以解決實際問題為牽引，在方案設計、元件選型、軟硬件設計、系統搭接與調試和功能實現與優化等各個環節中，采用了合作式學習模式，化整為零，降低了解決問題的難度，提高了學員學習的積極性和主動性，通過自己動手搭接和調試，以及互相講解，使理論知識的學習更有針對性，提高了學員的自學、合作和研究能力，取得了較好的教學效果。

參考文獻：

[1] 孫琳，蒲萬芬，金發揚，等.啟發式與探究式結合下的提高采收率原理教學實踐[J]. 科教文匯（上旬刊），2018（4）：76-77，86.

[2] 仲啟媛，譚立龍，蔡偉，等.以課題為依托開展探究訓練式教學模式研究與實踐[J].科技研究，2020（6）：20-23，27.

[3] 李科.普通高校軍事理論課程“五結合”探究式教學法探索[J].教學研究，2018，41（2）：67-71.