基于P-MASE 模型與當(dāng)堂對(duì)分的研究性教學(xué)模式

任 寧，劉曉霞，申會(huì)鵬，丁 浩，馮 偉

（河南工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

0 引言

提升高校的教學(xué)質(zhì)量，是高等教育持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展的基本要求[1]。早在2005 年，教育部頒布“關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見”，并倡導(dǎo)“積極推動(dòng)研究性教學(xué)”，由此，研究性教學(xué)成為高校教學(xué)改革的主要方向[2]。積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式與個(gè)性化學(xué)習(xí)、因材施教，從而培養(yǎng)出具備個(gè)性化特征的人才，這是當(dāng)前高等教育階段的關(guān)鍵特征之一[3]。因此，在高校推行基于研究的研究性教學(xué)勢(shì)在必行。

研究性教學(xué)模式，自20 世紀(jì)80 年代起，在全球范圍內(nèi)獲得了普遍的認(rèn)可[4]。這種教學(xué)模式對(duì)于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升他們的研究能力、自主學(xué)習(xí)能力、協(xié)作學(xué)習(xí)能力，以及創(chuàng)新能力具有顯著的促進(jìn)效果[5]。目前，研究性教學(xué)已在國(guó)內(nèi)外高校被普遍接受并廣泛使用，且作為教師們所廣泛認(rèn)同和積極采用的一種創(chuàng)新教學(xué)模式[6]。課堂是實(shí)施研究性教學(xué)的主要場(chǎng)所，而如何設(shè)計(jì)并實(shí)施研究性教學(xué)一直是教師們所關(guān)注并亟待解決的核心問題[7]。

P-MASE 模型是由南開大學(xué)張偉剛教授于2018年創(chuàng)建的，自2019 年起已在教學(xué)實(shí)踐中開始應(yīng)用[8]。該模型可以有效地幫助學(xué)生根據(jù)自身情況進(jìn)行合理的時(shí)間管理和安排，以增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。P-MASE 模型的運(yùn)作過程包括五個(gè)環(huán)節(jié)：引入問題（problem）、尋找方法（method）、科學(xué)分析（analysis）、有效解決（solution）和效果評(píng)價(jià)（evaluation）。

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”作為高等院校近機(jī)類、非機(jī)類各個(gè)專業(yè)的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課，在我國(guó)高等院校相關(guān)專業(yè)教育教學(xué)中占有舉足輕重的地位[9]。該課程教學(xué)模式是影響專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程改革的核心研究領(lǐng)域。長(zhǎng)期以來，“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的教學(xué)方式主要采用傳統(tǒng)課堂傳授模式，學(xué)生在課堂中只能被動(dòng)地聽講，師生及學(xué)生之間的互動(dòng)極少，甚至可能忽視知識(shí)的內(nèi)化和提升，從而難以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)[10]。

在2014 年，復(fù)旦大學(xué)的張學(xué)新教授首度在國(guó)內(nèi)提出了一種新型教學(xué)模式——對(duì)分課堂[11]。該教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生在課堂上“活動(dòng)”起來，使之能夠積極投入到學(xué)習(xí)過程中。目前對(duì)分課堂有三種操作模式，即當(dāng)堂對(duì)分、隔堂對(duì)分和當(dāng)堂+隔堂對(duì)分[12]。由于隔堂對(duì)分模式下學(xué)生需課后自主內(nèi)化吸收教師講授的內(nèi)容，并完成相應(yīng)的作業(yè)，這需要花費(fèi)大量的課余時(shí)間。為降低學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，本次教學(xué)改革選擇了當(dāng)堂對(duì)分教學(xué)模式。

為將研究性教學(xué)理念引入“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的課堂教學(xué)中，以推進(jìn)我校學(xué)術(shù)型人才培養(yǎng)；同時(shí)為提高“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的課堂教學(xué)效果，讓學(xué)生在課堂上“活動(dòng)”起來，本研究將P-MASE 模型與當(dāng)堂對(duì)分進(jìn)行融合，針對(duì)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程開展研究性教學(xué)模式研究。

1 教學(xué)改革思路

以培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、科研創(chuàng)新和實(shí)踐能力為目標(biāo)，改革教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)和評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建了一套適用于“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的以學(xué)為中心的基于P-MASE 模型與當(dāng)堂對(duì)分的研究性教學(xué)模式。如圖1 所示為研究性教學(xué)基本模式框架圖。

圖1 研究性教學(xué)基本模式框架

1.1 深入分析課程特點(diǎn)，明確課程研究性目標(biāo)

根據(jù)學(xué)校人才培養(yǎng)定位和機(jī)類專業(yè)就業(yè)方向，“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程既是專業(yè)基礎(chǔ)，同時(shí)也是核心課程。其教學(xué)內(nèi)容專注于解答機(jī)械的共性問題，并為后續(xù)專業(yè)課程提供理論和知識(shí)基礎(chǔ)。在教學(xué)過程中融入批判性思維、創(chuàng)新意識(shí)以及創(chuàng)新方法，可有效地激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的熱情和積極性，從而提升他們的思維能力和擴(kuò)展他們的能力邊界。本研究致力于改變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，把知識(shí)本位轉(zhuǎn)向研究性目標(biāo)；明確教書育人并重，思想素質(zhì)與業(yè)務(wù)素質(zhì)均衡發(fā)展的新時(shí)代育人目標(biāo)。

基于此，制定了包括知識(shí)、能力和素養(yǎng)在內(nèi)的三維教學(xué)目標(biāo)，以此實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動(dòng)以及教學(xué)評(píng)價(jià)等各方面的階梯支撐和有機(jī)結(jié)合。

1.2 更新教學(xué)內(nèi)容，融入學(xué)科前沿和課程思政

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)情分析，基于對(duì)大二學(xué)生以基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新方法培養(yǎng)為主，增加研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目；同時(shí)，把學(xué)科前沿、最新研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)融入課堂教學(xué)，在教學(xué)和考核中設(shè)置研究性學(xué)習(xí)內(nèi)容。

如圖2 所示，采用項(xiàng)目化任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方式，將教學(xué)內(nèi)容整合為四個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目由不同的任務(wù)組成，而每個(gè)任務(wù)又包含若干子任務(wù)。

圖2 教學(xué)內(nèi)容

1.3 體現(xiàn)研究性教學(xué)理念，創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)

基于線上線下混合式教學(xué)模式，構(gòu)建了涵蓋課前、課中和課后的全階段的教學(xué)活動(dòng)，如圖3 所示。其中，將簡(jiǎn)單易學(xué)的內(nèi)容安排到課外進(jìn)行線上學(xué)習(xí)，而將重難點(diǎn)內(nèi)容安排到課內(nèi)進(jìn)行線下學(xué)習(xí)。

圖3 基于P-MASE 模型與當(dāng)堂對(duì)分的研究性教學(xué)模式

基于P-MASE 模型，在課中構(gòu)建引入問題、尋找方法、科學(xué)分析、有效解決和效果評(píng)價(jià)五大教學(xué)環(huán)節(jié)（圖4）。首先，在引入問題、尋找方法、科學(xué)分析環(huán)節(jié)，融入當(dāng)堂對(duì)分的教師講授環(huán)節(jié)。然后，在有效解決環(huán)節(jié)，融入當(dāng)堂對(duì)分的內(nèi)化吸收和分組討論，讓學(xué)生帶著問題和任務(wù)自己嘗試解決問題。最后，在效果評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，融入當(dāng)堂對(duì)分的全班交流環(huán)節(jié)，經(jīng)由師生互動(dòng)，幫助學(xué)生解決共性問題，并培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。

圖4 課中教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

1.4 強(qiáng)調(diào)過程性考核，建立多元評(píng)價(jià)體系

基于目標(biāo)導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)和以學(xué)生為中心的理念，制定完善的研究性教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行涵蓋線上線下學(xué)習(xí)行為以及涵蓋課前、課中、課后的全方位、全過程、全員考核，確保學(xué)生在整個(gè)學(xué)期內(nèi)都努力學(xué)習(xí)（圖5）。其中，對(duì)部分評(píng)價(jià)指標(biāo)點(diǎn)采用學(xué)生自評(píng)、組內(nèi)/組間互評(píng)與教師評(píng)價(jià)的多元評(píng)價(jià)方式，同時(shí)評(píng)價(jià)對(duì)象可匿名、可實(shí)名。此外，經(jīng)常關(guān)注平臺(tái)提供的學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)需要額外關(guān)注提醒的學(xué)生，在過程中及時(shí)進(jìn)行干預(yù)。其中，將全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)比賽題目作為期末大作業(yè)的題目，全面考察學(xué)生的研究性教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況。

圖5 教學(xué)評(píng)價(jià)方式

2 教學(xué)案例

以“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的“平面機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算”為例，說明基于P-MASE 模型與當(dāng)堂對(duì)分的研究性教學(xué)模式的具體實(shí)施過程。

2.1 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

從知識(shí)、能力、素養(yǎng)三個(gè)方面制定本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。

知識(shí)目標(biāo)：記住機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件；寫出平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式；識(shí)別與處理復(fù)合鉸鏈。

能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生分析與解決問題的能力；提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)以及溝通與合作能力；具備判斷機(jī)構(gòu)能否產(chǎn)生確定運(yùn)動(dòng)的能力。

素養(yǎng)目標(biāo)：提醒學(xué)生重視集體的力量；激發(fā)學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹按髧?guó)工匠”精神。

2.2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

更新教學(xué)內(nèi)容，不僅介紹教學(xué)大綱必學(xué)的內(nèi)容，還將學(xué)科前沿、最新研究成果和課程思政內(nèi)容融入課堂教學(xué)以優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。

課內(nèi)必學(xué)內(nèi)容：平面機(jī)構(gòu)的自由度。該內(nèi)容是確定機(jī)構(gòu)能否產(chǎn)生確定運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵因素，也是對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)；知識(shí)點(diǎn)包括：機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件、構(gòu)件自由度、約束、平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式、復(fù)合鉸鏈。

融入課外拓展內(nèi)容。學(xué)科前沿理論：在【拓展延伸】環(huán)節(jié)，指出通常情況下機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)目應(yīng)等于機(jī)構(gòu)的自由度以確保該機(jī)構(gòu)能產(chǎn)生確定的運(yùn)動(dòng)，但也有一類特殊機(jī)構(gòu)如欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其原動(dòng)件數(shù)目小于機(jī)構(gòu)的自由度。盡管該機(jī)構(gòu)不能產(chǎn)生確定的運(yùn)動(dòng)，但其可以應(yīng)用于特殊功能機(jī)械如夾持不規(guī)則物體的機(jī)械手中。

融入課程思政內(nèi)容。課內(nèi)：在【科學(xué)分析】環(huán)節(jié)演示如何利用結(jié)構(gòu)化思維工具推導(dǎo)平面機(jī)構(gòu)的自由度時(shí)，發(fā)現(xiàn)活動(dòng)構(gòu)件雖然自由，但只能進(jìn)行雜亂無章運(yùn)動(dòng)，只有當(dāng)其受到運(yùn)動(dòng)副的約束作用后才形成能產(chǎn)生確定運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，從而發(fā)揮更大的作用。這類似于個(gè)人與集體的關(guān)系，從而自然融入集體主義思政元素；在【效果評(píng)價(jià)】環(huán)節(jié)，展示自由度計(jì)算公式時(shí)，提醒學(xué)生符號(hào)是一種用于交流的工程語(yǔ)言，必須認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匾?guī)范書寫，從而自然融入認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇髧?guó)工匠思政元素；課程結(jié)束時(shí)，引入名言金句對(duì)學(xué)生進(jìn)行集體主義方面的思政教育。課外：參與主題交流：在學(xué)習(xí)、生活中遇到困難時(shí)，相信集體的力量。

2.3 教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

課前準(zhǔn)備：

教師提前系統(tǒng)梳理教學(xué)內(nèi)容，將“機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件”安排到課前由學(xué)生進(jìn)行線上自主學(xué)習(xí)，主要包括：微課學(xué)習(xí)和測(cè)試；學(xué)生按照教師發(fā)布的學(xué)習(xí)指南進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，教師動(dòng)態(tài)掌握學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)進(jìn)度。

課中實(shí)施：

在【引入問題】環(huán)節(jié)，結(jié)合生活情景，基于項(xiàng)目式教學(xué)法和問題引導(dǎo)教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生提出專業(yè)問題：（1）機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是什么？（2）如何計(jì)算平面機(jī)構(gòu)的自由度？在【尋找方法】環(huán)節(jié)，回顧結(jié)構(gòu)化思維工具。在【科學(xué)分析】環(huán)節(jié)，基于啟發(fā)式教學(xué)法，教師以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例，向?qū)W生展示如何利用結(jié)構(gòu)化思維工具推演平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式；在此過程中，教給學(xué)生分析問題和解決問題的思路。在【有效解決】環(huán)節(jié)，學(xué)生首先完成平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算相關(guān)的學(xué)習(xí)任務(wù)，再依據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)，展開小組討論學(xué)習(xí)。在【效果評(píng)價(jià)】環(huán)節(jié)，首先任選兩組，每組推薦一名代表，講解本組分析計(jì)算的過程，可用PPT 或板書進(jìn)行講解；然后教師對(duì)各小組解決方案及結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，肯定成績(jī)，指出不足；最后各小組針對(duì)教師點(diǎn)評(píng)意見進(jìn)行反饋，對(duì)不同意見闡述其申訴理由。

課后提升：

教師發(fā)布課后學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生通過閱讀教材，復(fù)習(xí)PPT 課件及微課課件等，完成教師布置的作業(yè)，復(fù)習(xí)鞏固課中所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行內(nèi)化吸收和提升；教師及時(shí)批改作業(yè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)給予指導(dǎo)。

2.4 教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

通過在“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程中實(shí)施基于PMASE 模型與當(dāng)堂對(duì)分的研究性教學(xué)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維，增強(qiáng)了學(xué)生的科研創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

教學(xué)目標(biāo)與評(píng)價(jià)方式的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見表1。

表1 教學(xué)目標(biāo)與評(píng)價(jià)方式的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)體系的改革，構(gòu)建了一套適用于“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的基于P-MASE 模型與當(dāng)堂對(duì)分的研究性教學(xué)模式。此教學(xué)模式將研究性教學(xué)理念貫穿課堂教學(xué)全過程，營(yíng)造研究性教學(xué)氛圍，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，提高學(xué)生的科研創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。