余先倫 聶祥飛

摘要：實驗工程技術(shù)素養(yǎng)是工科學(xué)生培養(yǎng)教育的重要方面。論文分析了傳統(tǒng)實驗工程技術(shù)培養(yǎng)的基本特征，根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)模型，構(gòu)建了工科實驗工程技術(shù)建構(gòu)主義培養(yǎng)的基本原則和實驗工程技術(shù)培養(yǎng)體系，提出了學(xué)生工程實驗技術(shù)素養(yǎng)培養(yǎng)的實施建議。在實驗工程技術(shù)體系平臺上實施建構(gòu)主義培養(yǎng)，能夠有效促進學(xué)生元知識、工程技術(shù)能力和獨立批判思精神的養(yǎng)成。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；建構(gòu)主義；工程技術(shù)；素養(yǎng)

一、引言

伴隨信息技術(shù)引起的世界第三次工業(yè)革命，云計算大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等融入到社會生活各個方面，教育正在全面信息化。工科是中國高等教育十大分類中一個重要的學(xué)科，在上個世紀八十年代，新的教育理論思想和教學(xué)方法開始注入到中國大學(xué)工科教學(xué)中，開啟中國對二十世紀五十年代形成的前蘇聯(lián)工科教學(xué)模式的改革。建構(gòu)主義教育的理論基礎(chǔ)是Jean Piaget發(fā)生認識論和Lev vygotsky文化歷史論，建構(gòu)主義理論融入工科教學(xué)中，促使工科教學(xué)呈現(xiàn)出鮮明的特征[1-4]。傳統(tǒng)工科體系由人文基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程和專業(yè)選修課程和實踐實習(xí)課程等組成，實驗工程技術(shù)課程在工科體系中所占比例在20%-40%[5-6]。

這篇文章對傳統(tǒng)工科實驗工程技術(shù)培養(yǎng)的基本特征進行了分析描述，提出了建構(gòu)主義實驗工程技術(shù)課程學(xué)習(xí)模型，建立了工科專業(yè)建構(gòu)主義實驗工程技術(shù)培養(yǎng)體系，給出了工科學(xué)生養(yǎng)成實驗工程技術(shù)素養(yǎng)的基本方法。

二、傳統(tǒng)工科實驗工程技術(shù)培養(yǎng)特征

當(dāng)前工科實驗工程技術(shù)教學(xué)模式基本采用Jan Amos Komensk?的班級授課制，教學(xué)內(nèi)容主要是模仿那些被認為是成熟的技術(shù)。這種教學(xué)方式依賴學(xué)生過去知識的存儲，教學(xué)方式單一封閉，學(xué)生僅僅是技術(shù)技能的存儲器和加工機器，學(xué)生缺少獨立操作和創(chuàng)新批判的精神，傳統(tǒng)工科實驗工程技術(shù)培養(yǎng)特征具體表現(xiàn)為[7-8]。

（一）實驗工程技術(shù)內(nèi)容采取狹窄固定模式構(gòu)建。在傳統(tǒng)模式中，實驗工程技術(shù)一般是理論的補充和內(nèi)容的驗證，是對現(xiàn)象的描述，技術(shù)設(shè)計課程來自于專家團體或者主流技術(shù)的權(quán)威結(jié)論，技術(shù)流程是確定的，重點關(guān)注是否符合科學(xué)家團體認知，一般采用理性框架將實驗技術(shù)內(nèi)容逐級展開，這種模式系使老師和學(xué)生具有很強的依賴性。

（二）以單位時間粒度展開實驗工程技術(shù)內(nèi)容。實驗工程技術(shù)內(nèi)容以固定學(xué)時數(shù)進行教學(xué)展開，通過學(xué)時數(shù)對將實驗工程技術(shù)分割成一個個單元或者項目，將實驗實踐工程技術(shù)環(huán)節(jié)劃分為具體小任務(wù)，學(xué)生在規(guī)定的學(xué)時里完成。

（三）不能將學(xué)習(xí)者前期基礎(chǔ)與培養(yǎng)目標(biāo)有效結(jié)合。實驗工程技術(shù)培養(yǎng)目標(biāo)是由專家團體和主流技術(shù)團隊預(yù)先確定的，其客觀性只是代表整個主流團體，不能結(jié)合學(xué)生前期的基礎(chǔ)，不能代表學(xué)生真實的需求，也非客觀世界對實驗工程技術(shù)本身限制，學(xué)生機械、被動而盲目的學(xué)習(xí)，學(xué)生很難達到預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)。

（四）實驗工程技術(shù)只關(guān)注專業(yè)和課程本身。傳統(tǒng)實驗工程技術(shù)把注意力集中在技術(shù)流程和實驗技巧等方面，沒有關(guān)注課程與學(xué)生主體間的有效交流，沒有考慮學(xué)生主體的具體特征和道德情感，沒有考慮社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和人文因素對實驗工程技術(shù)的影響，淡化了學(xué)生主體的創(chuàng)造思維特征和人文情景。

（五）傳統(tǒng)實驗工程技術(shù)考核以試驗結(jié)果作為主要評價方式。這種考核方式的局限性在于，只考查了學(xué)生能否將固定的技術(shù)流程原樣呈現(xiàn)出來，是學(xué)生技能和技巧熟練程度，不能正確判斷學(xué)生是否全面理解實驗工程技術(shù)主體、解決實驗工程技術(shù)的能力程度和學(xué)生的批判創(chuàng)新能力。

（六）實驗工程技術(shù)體系的設(shè)置和實施不能有效養(yǎng)成學(xué)生工程素養(yǎng)。傳統(tǒng)實踐課程主要是驗證性實驗、設(shè)計性實驗、綜合性實驗、現(xiàn)場實習(xí)和企業(yè)見習(xí)等，開發(fā)性實踐項目任務(wù)比重較小，項目任務(wù)簡單陳舊，研究性項目任務(wù)有時技術(shù)含量高，理解完成的難度較大，學(xué)生難以完成，這與學(xué)生的工程素養(yǎng)的養(yǎng)成存在較大差距。

三、工科實驗工程技術(shù)課程建構(gòu)主義學(xué)習(xí)模型

建構(gòu)主義建立了學(xué)生主體關(guān)于認知、學(xué)習(xí)和教學(xué)等的一系列理論。建構(gòu)主義認知觀認為，工科實驗工程技術(shù)內(nèi)容是對變化的客觀流程進行不斷描述、設(shè)計和發(fā)展的過程，具有歷史性和發(fā)展性。學(xué)習(xí)來自于學(xué)習(xí)主體與客觀流程之間建構(gòu)性相互作用，具有主動建構(gòu)特性，對客觀流程的理解依賴學(xué)習(xí)主體曾經(jīng)的經(jīng)驗，學(xué)生主體的學(xué)習(xí)具有現(xiàn)實性、完整性和實踐性[9-12]。工科實驗工程技術(shù)建構(gòu)主義教學(xué)的核心應(yīng)該是以學(xué)生主體、教學(xué)團隊和客觀流程為中心，教學(xué)方式無論是協(xié)作或自主學(xué)習(xí)，學(xué)生都是認知主體，是對客觀流程的主動建構(gòu)者，教師團隊是學(xué)生學(xué)習(xí)的組織者，是建構(gòu)技術(shù)的促進者和引路人。工科實驗工程技術(shù)內(nèi)容學(xué)習(xí)模型圖如圖1所示。

圖1 工科實驗工程技術(shù)課程建構(gòu)主義學(xué)習(xí)模型圖

在圖1所示學(xué)習(xí)模型中，首要環(huán)節(jié)，教學(xué)團隊根據(jù)人才培養(yǎng)方案和新的教學(xué)學(xué)習(xí)大綱，對學(xué)生主體需要學(xué)習(xí)的工科實驗工程技術(shù)內(nèi)容提出具體的技術(shù)項目和任務(wù)，建立并完善相關(guān)的實驗、工程和技術(shù)情境。其次，在教學(xué)團隊的支持指導(dǎo)下，學(xué)生個體接受實驗工程技術(shù)項目或任務(wù)，根據(jù)教學(xué)團隊提供的項目任務(wù)情境環(huán)境，對項目任務(wù)進行分析，理解項目任務(wù)的具體要求和目標(biāo)，理解項目任務(wù)給出的方法和步驟。在這個環(huán)節(jié)中，項目任務(wù)的問題情境需要在廣度與深度之間達到平衡，學(xué)生主體要綜合運用自身所具備的先驗知識、策略、技術(shù)和經(jīng)驗，大量查詢教學(xué)團隊提供的資源，對項目任務(wù)形成自己的綜合理解，明確項目任務(wù)的本質(zhì)核心。學(xué)習(xí)模型中第三個環(huán)節(jié)，是教學(xué)團隊根據(jù)培養(yǎng)方案和課程教學(xué)大綱，針對項目任務(wù)及相關(guān)問題情境，引發(fā)學(xué)生個體的認知沖突，讓學(xué)生個體獨立批判的思考，采取有效的方法、思維和策略，提出解決項目任務(wù)沖突的各種具體方案，在這個環(huán)節(jié)里，教學(xué)團隊和學(xué)生個體可以針對所要解決的項目任務(wù)進行有效擴展。

第四個環(huán)節(jié)也是建構(gòu)主義學(xué)習(xí)模型中最核心環(huán)節(jié)，學(xué)生個體根據(jù)項目任務(wù)的解決方案實施項目任務(wù)解決，撰寫相關(guān)報告書，對所達到的結(jié)果程度進行評判。學(xué)生個體需要充分駕馭項目任務(wù)進行實驗工程技術(shù)探究性實踐，在對項目任務(wù)解決的探究性實踐過程中，學(xué)生擁有的先驗知識、策略、技術(shù)和經(jīng)驗與所需要完成的目標(biāo)之間能夠充分展開有序雙向的作用，學(xué)生個體的探究性實踐活動能夠真正深入到學(xué)生個體的真實內(nèi)心世界中。在這個環(huán)節(jié)中，學(xué)生個體對項目任務(wù)的解決不可能一次性完成，必須通過教師團隊和學(xué)生主體聯(lián)合監(jiān)控，針對項目任務(wù)學(xué)習(xí)持續(xù)檢視，對學(xué)生獲得的實驗工程技術(shù)結(jié)果進行評判。如果是對項目任務(wù)的問題情境理解存在缺陷或構(gòu)建的情境環(huán)境不足，需要重新回到第一個環(huán)節(jié)，如果是分析項目任務(wù)情境存在偏差，則需要回到第二個環(huán)節(jié)，如果是提出的解決項目任務(wù)的方案不足以完成項目任務(wù)，則需要回到第三個環(huán)節(jié)，在整個反思過程中，教學(xué)團隊和學(xué)生個體需要將實驗工程技術(shù)過程和責(zé)任不斷持續(xù)轉(zhuǎn)移到學(xué)生個體中，持續(xù)增強學(xué)生個體實驗工程技術(shù)學(xué)習(xí)的獨立性和自主性，為學(xué)生展現(xiàn)出新的探究領(lǐng)域，讓學(xué)生先驗知識、策略、技術(shù)和經(jīng)驗?zāi)軌蛴行У乇唤Y(jié)構(gòu)化，不斷重構(gòu)補充。

四、工科學(xué)生建構(gòu)主義實驗工程技術(shù)培養(yǎng)體系

根據(jù)上節(jié)實驗工程技術(shù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)模型，在實驗工程技術(shù)教學(xué)中充分運用建構(gòu)主義的情景、會話、協(xié)作、意義建構(gòu)等四大要素，則建構(gòu)主義的實驗工程技術(shù)培養(yǎng)體系的構(gòu)建需要體現(xiàn)以下因素。

（一）體現(xiàn)工科技術(shù)的社會背景、話語、進步和時代價值。（二）體現(xiàn)工科自身特定的訓(xùn)練目標(biāo)，著眼學(xué)生個體的參與性，提倡工科課程的科學(xué)、合作和人文精神，追求思維、技能和能力的統(tǒng)一，培養(yǎng)工科學(xué)生主體的社會責(zé)任感。（三）實驗工程技術(shù)培養(yǎng)體系需要同化學(xué)科內(nèi)容，培養(yǎng)體系是一系列的活動項目任務(wù)，需要賦予學(xué)生主體自我發(fā)展空間，配置的情境資源要全面系統(tǒng)。（四）培養(yǎng)體系要充分關(guān)注學(xué)生主體的認知結(jié)構(gòu)，需要不斷調(diào)整學(xué)生自身主體的認知圖式，使自身主體與實踐工程技術(shù)有效結(jié)構(gòu)化。（五）關(guān)注實驗工程技術(shù)的批判性、價值取舍和道德因素，強調(diào)學(xué)生主體的判斷能力、決策能力，建立工科工程技術(shù)的多樣性，在訓(xùn)練過程中養(yǎng)成學(xué)生主體的社會自然世界觀和道德基礎(chǔ)。

根據(jù)以上原則，我們提出了如圖2所示的實驗工程技術(shù)建構(gòu)主義培養(yǎng)系統(tǒng)。

圖2 工科建構(gòu)主義工程技術(shù)培養(yǎng)系統(tǒng)

在圖2中，工科建構(gòu)主義實驗工程技術(shù)培養(yǎng)系統(tǒng)由九大模塊構(gòu)成，九大模塊相互滲透，共同支撐學(xué)生實驗工程技術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)。專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)課程的課內(nèi)實驗，通過這一模塊加深學(xué)生主體對專業(yè)知識的理解與學(xué)習(xí)；針對工科專業(yè)的專項選擇特性的課程設(shè)計，加深學(xué)生的思考和設(shè)計理解能力；對于工科專業(yè)的課程群進行綜合設(shè)計，養(yǎng)成學(xué)生綜合應(yīng)用設(shè)計能力；實踐認知和技術(shù)見習(xí)兩個模塊主要加強學(xué)生從學(xué)校到企業(yè)的聯(lián)結(jié)；技能訓(xùn)練和專業(yè)競賽兩個模塊主要培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新批判能力和獨立精神；生產(chǎn)實習(xí)是要到企業(yè)中去，培養(yǎng)學(xué)生成為企業(yè)主體人；畢業(yè)設(shè)計是對學(xué)生主體工科四年所有能力的集中訓(xùn)練和總結(jié)。

九大模塊分布在工科四年學(xué)習(xí)的各個階段，循序漸進，注重課程體系從規(guī)范同一性向創(chuàng)造性、差異性的轉(zhuǎn)變。每個模塊實施都要根據(jù)建構(gòu)主義方法進行，讓學(xué)生主體在實驗工程技術(shù)情境環(huán)境中學(xué)習(xí)，每個模塊結(jié)束都要采用建構(gòu)主義評價體系對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行評價考核。每個模塊需要根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)理論開發(fā)實驗工程技術(shù)項目任務(wù)，擴展實驗工程技術(shù)項目任務(wù)的外延選題，建立相關(guān)項目任務(wù)的情境環(huán)境，針對不同的學(xué)生主體、不同的實驗工程技術(shù)項目任務(wù)、不同的學(xué)習(xí)環(huán)境進行培養(yǎng)。

五、工科學(xué)生實驗工程技術(shù)培養(yǎng)

根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)模型、實驗工程技術(shù)課程體系平臺、課程特征和學(xué)生主體基礎(chǔ)，我們采用圖3所示的學(xué)生實驗工程技術(shù)素養(yǎng)培養(yǎng)路線。

在圖3所示的培養(yǎng)路徑中，我們需要組建專門的實驗工程技術(shù)培養(yǎng)教學(xué)團隊，對學(xué)生進行有目標(biāo)的選擇分層，建設(shè)足夠的實驗工程技術(shù)培養(yǎng)情境環(huán)境，采用建構(gòu)主義方法和評價標(biāo)準(zhǔn)，對根據(jù)圖2的實驗工程技術(shù)體系逐級開展，讓學(xué)生主體獲得足夠的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，使學(xué)生主體在各個不同層面上取得長足發(fā)展。具體路徑是：

圖3 工科學(xué)生實驗工程技術(shù)素養(yǎng)養(yǎng)成體系結(jié)構(gòu)圖

（一）建設(shè)高水平的實驗工程技術(shù)教學(xué)團隊。建構(gòu)主義實驗工程技術(shù)培養(yǎng)體系對教學(xué)團隊的要求很高，在實驗工程技術(shù)建構(gòu)主義教學(xué)過程中，學(xué)校和老師必須不斷審視工程技術(shù)教學(xué)理念，促進教師團體不斷自我重構(gòu)，持續(xù)努力提升隊伍工程技術(shù)素質(zhì)。

（二）精心建立各個階段的培養(yǎng)目標(biāo)。學(xué)生工程技術(shù)素養(yǎng)的養(yǎng)成是建立在一系列具體的項目任務(wù)基礎(chǔ)上的，項目任務(wù)的情境環(huán)境應(yīng)盡量包含多種設(shè)計選擇，明確項目任務(wù)的典型性、成果性、效果性和應(yīng)用性。最終促進實驗工程技術(shù)內(nèi)容和方法的建構(gòu)主義演進，激發(fā)學(xué)生的批判性創(chuàng)造性思維。

（三）對學(xué)生主體實施分層教學(xué)。針對學(xué)生主體的學(xué)習(xí)目標(biāo)和先驗知識基礎(chǔ)，對學(xué)生進行分層培養(yǎng)。在我們的教學(xué)方法中，給學(xué)生完成項目任務(wù)的時間不固定，學(xué)生可以相互協(xié)作。在整個實驗工程技術(shù)項目任務(wù)實施過程中，以學(xué)生主體和教學(xué)團隊為中心，以項目任務(wù)情境環(huán)境為驅(qū)動，充分發(fā)揮學(xué)生主體智力因素和非智力因素，最終完成對實驗工程技術(shù)素養(yǎng)的養(yǎng)成。

（四）創(chuàng)新實驗室管理。引導(dǎo)學(xué)生主體自己嘗試理解實驗工程技術(shù)問題、提出具體解決方案并實施過程，采用靈活方式努力完成目標(biāo)，因此實驗室管理就需要給學(xué)生提供足夠多的時間和足夠的幫助，讓學(xué)生在實驗工程技術(shù)素養(yǎng)培養(yǎng)的路徑方向上前行。

（五）充分關(guān)注學(xué)生的培養(yǎng)進程。教學(xué)團隊有計劃、有針對性的對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行監(jiān)控，關(guān)注學(xué)生主體在解決實驗工程技術(shù)過程中工程手段的運用，關(guān)注學(xué)生主體是否恰當(dāng)利用各種情境資源，關(guān)注學(xué)生主體實驗工程技術(shù)的進度合理性和角色分工性，關(guān)注學(xué)生在工科實驗工程技術(shù)項目任務(wù)的解決策略是否有挑戰(zhàn)性、批判性、多樣性和敏感性。

通過上面五個環(huán)節(jié)的運用，最終使學(xué)生主體獲得充足的實驗工程技術(shù)素養(yǎng)，達到教學(xué)團隊設(shè)定的目標(biāo)或超越目標(biāo)。

參考文獻：

[1]陳樹華，論研究型教學(xué)的考試方法研究與實踐[J]，黑龍江高教研究，2008，10：150-152.

[2]江來登，大學(xué)研究型教學(xué)的理論思考[J]，湖南第一師范學(xué)報，2009，9（4）：27-30.

[3]孫文君，姚玉兵，王俠，建構(gòu)主義理論及其對高等教育教學(xué)改革的啟示[J]，2015，12：86-87.

[4]張建偉，孫燕青著，建構(gòu)性學(xué)習(xí)-學(xué)習(xí)科學(xué)的整合性探索[M]，上海，上海教育出版社，2005.

[5]張筱瑋著，教學(xué)方式與學(xué)習(xí)方式的變革-透視研究性學(xué)習(xí)[M]，北京北京理工大學(xué)出版社，2004.

[6]張珂，孫紅，張曉霞等，立體化研究型教學(xué)模式在專業(yè)課程教學(xué)中的探索與思考[J]，現(xiàn)代教育管理，2009，2：64-66.

[7]董國君，譚淑媛，張曉紅，研究型教學(xué)方法中的問題創(chuàng)設(shè)[J]，化工高等教育，2009，3：49-53.

[8]陳平，建構(gòu)主義理論及本土行動[J]，《江蘇教育：教育管理》2011，9：22-24.

[9]張盼，段玉潔，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的若干思考——對當(dāng)前我國教學(xué)改革的啟示[J]，《青年文學(xué)家》2012，13：92-92.

[10]劉林峰，吳家皋，劉業(yè)，基于建構(gòu)主義理論的信息類高校程序設(shè)計教學(xué)改革研究[J]，《時代教育》2013，19：45-46

[11]汪正彬，國內(nèi)建構(gòu)主義研究內(nèi)容及特點綜述[J]，重慶第二師范學(xué)院學(xué)報，2017，30（2）：123-126.

[12]馮岡平趙志鵬林澤燕，建構(gòu)主義的嵌入式創(chuàng)新課堂教學(xué)模式研究[J]，高教學(xué)刊，2016，1：13-15.

基金項目：重慶市教委教學(xué)研究項目“電子科學(xué)技術(shù)學(xué)位課程建構(gòu)主義問題式教學(xué)與學(xué)習(xí)效果評價研究”（編號：YJG15303）、重慶市優(yōu)質(zhì)課程《高等電磁場理論》和重慶市高教學(xué)會項目“新工科電子信息工程專業(yè)建構(gòu)主義人才培養(yǎng)模式探索”（編號：CQGJ17100B）資助。

作者簡介：余先倫（1967-），男，重慶梁平人，教授，研究方向：建構(gòu)主義教學(xué)研究等。