工科类课程的归纳教学模式研究

李忠学　吴国祥

[摘 要]工科课程教学过程一般都是先讲授概念、术语，再讲授理论，然后通过实验检验这些概念、术语和理论，其目的在于验证这些已经被人们所证明过的概念、术语和理论的正确性。通过比较分析归纳教学模式与演绎教学模式的差异、归纳教学模式与问题探究式教学的相似性，以此为契机，面向工科类课程，以工程流程为横向轴线，以归纳法认识问题的过程为纵向轴线，可以构建工程类课程的一种新型的归纳教学模式，以此探索工程流程导向下大机械类专业的课程教学改革。

[关键词]工程教育 归纳教学模式 演绎教学模式 问题探究式教学

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）14-0103-03

工程教育是关于工程职业的专业教育，我国现有工程教育模式的实践性与综合性不强，在课程教学方法上大多采用传统的灌输式教学，缺乏从众多的工程现象中归纳事物演变规律、构建理论框架的研究性内容。这种单一的教学方式，使得学生普遍缺少独立思考能力，影响了学生主动探究科学知识的积极性和创新性思维的发挥。因此，“面向现实问题、回归工程实践的综合工程教育体系”的理念，就有必要打破原有的课程界限和框架，将信息加工的心理认知理论纳入“实践—理论—再实践—再理论”的持续改进的工程教育体系，改变现有的只截取从理论到实践的片段作为工程教育过程的局限，为人才培养和科技创新提供可行途径。

一、归纳教学模式与演绎教学模式的比较

工科课程教学过程一般都是先讲授概念、术语，再讲授理论，然后通过实验检验这些概念、术语和理论，其目的在于验证这些已经被人们所证明过的概念、术语和理论的正确性。这个过程把学生的教育变成了对已有知识的培训，学生习惯于接受已经系统化的、被认为是正确的课程内容，没有了求知的好奇心，导致学生被动参与教学过程，被动获取知识，缺乏主动探索事实真相的积极性。

真实的认知心理、工程实践，与我们现在遵循的教学过程，有着显著的区别。它是一个在实践中采集各类工程现象，提炼指导实践的理论架构，再到实践中检验其是否有效的螺旋上升过程。在此过程中，学生通过教学过程设定的观察实验或工程实践，主动获得知识，探究解决问題的方法；教师引导学生从实际生活中获取素材，对素材进行加工，提炼工程问题，层层递进构建理论使之系统化，再将完善后的理论用于实践，解决实际的工程问题。在这两个过程中，教师扮演的角色，学生获取知识的方式，信息的流向，评价的结果，都不相同，如表1所示。我们将前一教学过程称之为演绎教学模式，将后一教学过程称之为归纳教学模式。一般欧美国家的教学重归纳，中国教学善演绎；文科教学主演绎，理工科教学多归纳；理论教学用演绎，实验教学用归纳。而工科作为工程性、实践性较强的学科，归纳教学模式更有利于培养学生的实践技能和解决未知工程问题的能力。

归纳教学模式的核心在于如何从实践中采集加工素材，通过素材提炼出解决工程问题的概念、术语及理论，再回归工程实践进行验证。这一过程与面向现实问题、回归工程实践的问题探究教学过程极其相似，如表1，故我们将问题探究式教学作为归纳教学模式的一项原则。

二、面向工程类课程的归纳教学模式

（一）基于工程流程的工科类课程框架

我国工科类专业的学生在大学四年中，通常要修读几十门课程，但很多学生并不清楚这些课程之间的相互作用及联系，也不明白课程教学的目标，总是抱着一种消极的、被动的心态接受课程内容，难以呈现出自身的创新能力。对此现象，我们需要从教学相长的根本问题出发，探寻工科类课程的教学模式。

本文采用CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）的工程教育理念，遵循从众多工程问题中归纳出解决问题的方法和规律的认知心理过程，梳理了工科类课程在工程设计、工程实践、工程服务等环节中的内在作用，筛选出专业课程教学中能够围绕的典型化产品，将课程中的工程知识和非工程知识合理地纳入工程范畴，按工程流程（产品认知、BOM表设计、典型化产品、材料设计、造型设计、技术设计、产品制造、产品服务和再制造工程）组织课程体系和设计探究的问题，如表1所示。

（二）归纳教学模式界定

归纳教学模式以工程素材、工程问题作为教学的起点，学生是主动参与者，教学过程是学生对工程问题的综合体验过程，既包含对工程问题的认知，又包括工程实践过程，整个归纳教学模式遵循“设定工程问题—预设情景进行试验设计—试验数据采集与分析—相似工程问题扩展—求解方法系统化”这一工程流程。该过程蕴含了以下三个基本要素。

1.工程问题。工程问题来源于企业或生活中的实际问题，由教师提供工程问题的背景材料，学校与企业共同制订教学内容，授课教师由经验丰富的企业工程师和高校学院派的教师组成。通过对工程问题的认知，学生自己动手设计产品，强化解决工程问题的能力。

2.预设情景的试验设计。针对企业或生活中的实际问题，对工程问题呈现出的现象、特征提出合理的假设，界定工程问题范围，并预设实际的工程环境，通过可行的计算机仿真、实物试验等方法精细描述该工程问题的演化进程，获取解释工程问题并予以评价的证据方法。

3.问题扩展与求解方法系统化。借助获取的证据方法，对工程问题做出解释，并通过各种途径（如观察、调查、搜集资料等）寻找类似工程问题的求解方法，以便获取解决类似工程问题的通用科学方法，体现学生对科学知识的理解与综合运用，将知识体系系统化。

在实现这三个基本要素的过程中，教师的工程实践能力和问题的归纳能力倍加受到挑战，它要求教师不仅是教学过程的组织者，同时也是教学过程的引领者。作为归纳教学过程的组织者，教师要搭建一个包括音视频材料、计算机、网络、工程实践等在内的综合性教学平台，与企业工程师一起选定工程问题，设定需要完成的任务，组织课程教学与工程实践；作为教学过程的引领者，教师要按照工程问题的设定任务，使学生明确如何收集数据，获得证据，并对选定的工程问题进行解释和评价，在此基础上，调动学生自主学习的积极性，使之主动对类似工程问题进行观察、试验、分析，寻找解决类似工程问题的通用科学方法。

（三）归纳教学模式的构建

表2中的课程顺序遵循工程流程，沿工程流程逐层分解工程问题，将复杂的工程问题分解为局域性、多阶段的简单问题的集成。而归纳教学遵循“事实观察与问题提炼—问题范围界定与解决方法—知识点提炼—相似问题扩展—解决方法系统化与理论化—回归工程实践”这一流程，沿教学流程逐层解决每一工程阶段的工程问题界定、知识点提炼、求解方法的系统化与再实践，如表2所示。

表2中以机床类课程为例，构建了归纳教学模式。同理，我们可以根据不同的典型化产品结构，构建不同工程类课程的归纳教学模式，以此指导工科专业的教学进程，改善现有工科类课程教学中实践能力培养的不足。

三、结束语

在现代工程背景下，工科作为工程性、实践性较强的学科，单一、封闭、演绎性的教学模式已经不适应我国高等工程教育发展的需要。归纳教学模式遵循“设定工程问题—预设情景进行试验设计—试验数据采集与分析—相似工程问题扩展—求解方法系统化”的流程，全方位地体现了现代工业产品从构思、研发、运行、改良到废弃的生命周期全过程，更有利于培养学生的实践技能。

[ 参 考 文 献 ]

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[责任编辑：覃侣冰]