侧重于“问题发展”能力培养的课堂教学研究

张 钧, 王美涵, 彭 娜, 刘世民

(沈阳大学 a. 机械工程学院, b. 环境学院, 辽宁 沈阳 110044)



侧重于“问题发展”能力培养的课堂教学研究

张 钧a, 王美涵a, 彭 娜b, 刘世民a

(沈阳大学 a. 机械工程学院, b. 环境学院, 辽宁 沈阳 110044)

提出“问题发展”能力是创新能力的核心的观点,指出在课堂教学中侧重培养“问题发展”能力将从根本上解决教学与能力培养、学习与创新相脱节问题的新理念。强调以科学方法为工具,以科学或技术问题的提出、展开、解决、发展新问题为主体过程的课堂教学方法,构建以“问题”和“问题发展”为主要节点和纽带的课堂新教学模式。

问题发展; 创新; 课堂教学

一、 “问题发展”问题的提出

高校的教学改革已进行了多年,但从总体上看,目前大学的教学过程并没有真正摆脱以教师为中心的传统教育模式的影响。无论是培养模式还是教学过程、课堂教学还是实践教学,大学生总体上还是处于被动学习的状态。学生在教学过程中的这种被动地位,不利于培养学生的发散性思维、批判性思维和创造性思维,不利于创新能力的形成和创造型人才的成长。

知识经济时代,科教兴国强国的关键在人才、在创新,而人才培养主要在学校,学校教育耗时最多在教学。课堂教学无可辩驳地成为创新型人才培养的中心环节。从认识论的角度看,课堂教学本身成为创新过程,学生的学习过程成为创新的实践过程应该是创新能力培养的最有效途径之一。如何把握住课堂教学这一重要的创新能力培养过程、最大限度地发挥课堂教学在创新能力培养方面的作用仍然是十分关键的[1-2]。

课堂教学作为创新过程的最直接、有效的进行方式就是科学问题的展开,而科学知识的获得、科学体系的建立都离不开科学问题的展开。在科学问题展开的过程中,学生的提出问题、分析问题、以至于解决问题的能力训练就成为一个核心的内容和任务。

关于问题的重要性的论述比比皆是。近代美国科学哲学家K·P·波普尔说:“科学的第一个特征就是始于问题”科学哲学家库恩在《科学革命》一书中说,科学始于问题。问题是成功之母,是激发创新活力、探索能力之强大动力。

问题意识作为思维的内动力,是创新精神的基石,是学术创新的突破口。传统教育模式的最大弊端就是忽视了合理地提出科学问题、发展问题的能力培养和训练。

而对于现代大学生来讲,无论将来直接工作或是进一步求学深造,“问题发展”能力都至关重要。一方面,不会恰当提出问题,就难以创新;另一方面,不能合理解决问题,就会止步不前;而任何问题几乎都不是孤立的,从联系和发展的角度,在解决原有问题的基础上,进一步发掘出新的问题、新的思想将有利于可持续性发展,不论对于个人成长还是社会进步都是十分有益的[3-4]。

二、 “问题发展”的特征与方法

从哲学角度来看,世界是物质的,物质是运动的,物质的运动是有规律的。世界是普遍联系的,物质之间是相互作用的。科学研究的过程就是:提出问题―作出猜测―寻找证据―得出结论—获得规律性的认识。课堂教学的创新能力培养、学生思维主动性的发挥、整个课堂教学的能力训练等方面的效果极大地依赖于合理地建立问题、经过努力解决问题、发挥想象力调动思考发展问题。

1. 提出或建立最初始的问题

1971年,R·M·托马斯和D·L·布鲁巴克提出了发现、提炼、解决问题的“六要”步骤:一要明确有待调研的核心问题;二要把问题分解为若干组成部分;三要收集并综合所需要的信息资料;四要以解决问题的方式阐明信息资料;五是陈述结论;六要对解决问题过程的成就进行评论。

任何一门课程,都有其自身的体系和特点。作为教师,最初的课堂教学的重要任务就是将学生“引入”到课程的体系框架中,并找到、定准初始的切入点,也就是形成最初始的问题。以此为源头,通过引导启发,调动学生的思维活动,不断扩充、发展问题,将问题引向深度和广度,循序渐进地逐渐建立起完整的课程知识体系。同时,充分激发学生的主动进取探索兴趣,逐渐养成自发的提出问题、发展问题的良好思维习惯。

2. 问题的纵向递进与横向展开

尽管不同的课程有不同的体系和特点,或者侧重于基础理论,或者侧重于技术应用,但总的说来,都可以归结于问题发展到体系形成。也就是说,一般都具有纵向递进和横向展开的两方面特征,只是所占权重不同而已。

就问题的纵向递进来看,往往具有从简单到复杂、从现象到本质的由表及里的特点;而就问题的横向展开来看,则往往具有齐头并进、展开联系的由此及彼的特点。这样就大致限定了“问题发展”的方式和方向,同时也就形成了问题提出的角度和不同的表达。

下面以材料热力学课程课堂教学为例,讨论说明“问题发展”的纵向递进与横向展开。

在列举日常生活中的热现象之后,可以提出第一个问题:怎样描述这些热现象呢;随之而来的问题就是,描述总是需要语言或工具的,怎么找到或者建立这些工具呢;有了工具之后,就会出现的问题是,如何来描述呢,从哪里开始描述呢,等等,可以以这种递进方式不断的提出问题,从而将问题和研究对象引向深入。这些问题提出的角度,可以是跳跃式的、递进式的、物理的、数学的、哲学的,甚至直接通过反问题来推进问题的发展。

就问题的横向展开来看,比如,吉布斯自由能函数判据,从单一组元体系到多组元的体系、从单相体系到多相体系的发展就是很好的例子。在获得单一组元、单相体系的吉布斯自由能函数判据的前提下,可以容易提出这样的问题,如果体系的组元增加、或者相的个数增加,那么,吉布斯自由能函数判据又该会是怎样的形式和表达呢。这些问题的横向展开往往是考虑直接的关联性、扩展性、或者应用性而产生的,有利于促成知识体系的丰富和完整。

3.“问题发展”的方法与技巧

在课堂教学中,要做到恰当地提出问题,发展问题,其实并非易事。教师必须首先洞察整个课程知识体系,并能准确把握各个部分的内在联系和发展过程,将课程内容恰当地设计或划分成若干相互关联的问题,纳入不断深入发展的“问题链”中。同时,必须注意到,没有教师的启发和引导,没有“问题发展”的方法和技巧,很难保证课堂的活跃度和教学效率效果。这就要求教师具备广泛的知识和方法储备,在课堂教学活动中,适时引入合适的“问题发展”的方法,来引导学生重新发现问题、发展问题[5-6]。

下面以材料热力学课程课堂教学为例,说明“问题发展”的一般性方法和应用。

(1) 类比方法。与牛顿力学体系进行类比,即对象—运动—作用三个方面的类比,启发出热力学体系、热运动、平衡态、状态改变和过程的规律。

(2) 科学概念(物理量)的建立方法。温度是从定性到定量;内能是物理性质决定物理量;熵是数学微分方法;焓、自由能是物理量的组合。它说明科学概念可以通过几种基本方式来建立。

(3) 理想化方法。平衡态、准静态过程、可逆过程、理想气体、单组元体系的P-T关系、溶液的形成、自由能和理想溶液等都是使用了科学近似及理想化抽象的方法。

(4) 科学实验与科学观察方法。(理想)气体的等压过程、等容过程、等温过程和绝热过程;麦克斯韦关系的将不可测的量转化为可测量的量;定压热容和定容热容等典型的科学实验,可揭示科学规律并验证科学规律。

(5) 科学抽象方法。热力系、热力学第一定律和热机的概念等可以揭示共性的、最本质的特性。

(6) 演绎推理方法。它贯穿整个课程知识体系,可以作为知识体系建立的主要途径。

(7) 公理化方法。通过原始定义+公理的数学推理,得出一系列基本原理(定理),如由第一定律+几个定义,推导出麦克斯韦基本关系式。这是扩充物理量之间、量变之间关系的可靠方法。

(8) 常量数学方法。广延量(如体积、内能、熵、自由能)的可加和性质和新物理量的建立(如,焓、自由能、G函数等),说明通过常量数学方法建立的新量可以具有完全新的特性。

(9) 变量数学方法。从物理量的定义(如熵、压缩系数、膨胀系数)到各种关系的推导(如G-T关系、dp-dt关系、麦克斯韦关系、等温等压过程的自由能判据、化学势判据),再到物理量的计算(如热、功、熵、焓、自由能),说明变量数学方法在自然科学中具有广泛的应用,它特别适用于揭示量变和量变之间的本质定量关系。

(10) 近似与等效替代方法。混合空气动力循环和郎肯循环等是科学规律向技术的转化。

(11) 反问题(逆向思维)方法。从加热循环到致冷循环的思考,不仅能提供新的知识,也会引起技术的发展与创新。

(12) 图解方法。状态图、G-T曲线、G-X曲线;相平衡、相变等,可以更直观、更准确反映物理量之间的关系,并可以揭示一些新的规律或给出新的解释。

(13) 移植方法。以牛顿力学体系的构建模式来构建热力学体系,即框架结构移植;将压强、体积和能量等物理量直接使用,即物理量移植;将能量守恒定律具体表达,即规律移植。它说明没有什么学科体系是完全区别于其他科学而独立存在的,移植方法在构建新的知识体系中起到了重要的作用。

(14) 自洽性方法。吉布斯-杜亥姆方程的推导过程就是满足了自洽性,即严密的数学推导和明确的物理意义之间必须一致。

(15) 对称方法。内能概念的建立说明从物理量应有的对称关系中可以寻求未知的物理量。

三、 课堂教学基本模式

在充分准备课程内容的基础上,教师必须首先洞察整个课程知识体系,并能准确把握各个部分的内在联系和发展过程,进而将课程内容纳入不断深入发展的“问题链”中,在总体遵循知识体系的基本框架下,引入科学研究的基本方法,通过课堂教学活动,引导学生重新发现问题、发展问题、获得规律、建立系统的知识体系。

课堂教学主要包括以下几个过程:科学或技术问题的提出、问题的分解与展开、师生互动与深入探究、方法与技巧的应用、问题解决与新问题的建立。

这些教学环节紧密联系,贯穿整个课堂教学过程,并随着问题发展的不断丰富和升华,逐渐地,完整的知识体系就建立起来,同时知识体系的发展脉络也就能清晰的展示出来。由于学生的积极参与、主动思考,每次课上都能够经历“问题发展”的训练过程:提出问题、分析问题、想办法解决问题、解决问题,提出新的问题,将会极大地提高学生的思考时间和思考强度,逐渐养成提问、质疑、发展的良好思维习惯。同时,由于在“问题发展”的过程中,实际训练了各种科学研究、技术发展的方法,将使学生在享受思维劳动成果的同时,对于“问题发展”的方法和技巧的领会和应用有更进一步的升华。

对于教师而言,作为“问题发展”教学活动的组织者和引导者,需要提前充分准备,既要有整体的体系和主线的把握,又要设计出问题发展的方向和可能的新问题“节点”,还要具备充分的科学研究思维方法和技巧;在课堂上,要善于提问(多种可能性)、适时启发诱导,明确问题、引导解决问题的方向和方法;还需要建立“铺垫”,承前而启后;提炼总结,画龙点睛。

对于学生而言,作为“问题发展”教学活动的主要参与者,从课程一开始就会面对提出问题的困难,并且每次课,都将不断地面对解决问题、提出新问题的过程。在教师的不断引导启发下,随着发展问题方法的积累和丰富,学生提出问题的能力和技巧会不断提高,逐渐地,将会发展为自发地提出问题、发展问题,主动获取知识,并在这个过程中,获得探索知识的信心和能力。

经过不断地提出问题、发展问题、形成问题链,随着问题的不断解决,知识性的规律不断获得,课堂教学就成为师生共同探索问题、建立结构完整的、脉络清晰的、主线分明的课程知识体系的过程。

四、 课堂教学评价

从知识层面来看,通过“问题发展”的课堂教学模式,学生对于课程的知识体系和发展演化过程更容易形成完整、清晰地认识和把握;对于重点、难点,特别是知识体系中具有“承前启后”作用的内容有更深刻的认识和掌握,容易实现“知识点—结构联系—知识体系”的一体化理解和掌握。

从方法层面来看,在“问题发展”的课堂教学模式实施过程中,学生对于提问题的方法、发展知识的方法、数学应用的方法、近似的方法、抽象的方法、简化的方法、科学归纳和演绎的方法等多种发展问题的方法将有基本的认识和掌握,并逐步学习使用这些方法处理新的问题和新的知识,科学素养将会明显提高。

从思维与拓展层面来看,随着“问题发展”的课堂教学模式的实施,将会促进学生的科学技术思维能力,即思考的内容、问题,思考的角度、方面,思考的方法与技巧,思考的切入点,等等;加深对知识体系及发展形成过程的认识,加深科学向技术转化应用的认识,加深科学对社会进步的促进作用的认识;同时,也将有利于形成自我获得新知识、新技术的能力,增强自我激励意识和学习兴趣,强化学习的主动性和自信心。

从听讲方式层面来看,“问题发展”的课堂教学模式,使学生在课堂上实现了从被动到主动的转变,即从单纯的被动听讲到主动思考、主动参与;从机械式记忆到多角度理解;从等待教师提出问题到积极思考发展问题;从单一地重视知识和考试到重视知识、方法、体系和发展;从接受知识到创造性的发展知识;从努力学习知识到创造知识并享受创造过程。这些转变将为学生科学思维习惯的养成和创新能力的提高打下坚实的基础。

五、 结 语

最有效的学习应该是一个主动的过程。通过课堂教学活动,直接将学生的学习过程转变为“问题发展”及解决问题的创新实践过程;经过循序渐进的训练,可以让学生既掌握课程的知识体系,又体会领悟知识体系的建立过程;既锻炼提出问题、发展问题的能力和方法技巧,又提升对科学技术发展走向的判断和素养,从而也就能够真正促进综合创新能力的提高。特别是在这个过程中逐渐建立起来的提问、质疑、发展的良好思维习惯将对学生未来的学业发展和工作创新带来长久的益处。

[1] SAMPSON V, BLANCHARD M R. Science teachers and scientific argumentation: trends in views and practice[J]. Journal of Research in Science Teaching, 2012,49(9):1122-1148.

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[3] HILL J S, CHRISTIAN T Y. College student perceptions and ideals of teaching: an exploratory pilot study[J]. College Student Journal, 2012,46(3):589-602.

[4] 郑裕东,孙建林,李磊,等. “三位一体”大学生创新能力培养研究与实践[J]. 高等理科教育, 2014(2):40-43.

[5] 栾玉广. 自然科学研究方法[M]. 合肥:中国科学技术大学出版社, 2003.

[6] 邢红军,陈清梅,胡扬洋. 科学方法纳入《课程标准》:基础教育课程改革的重大理论问题[J]. 教育科学研究, 2013(7):5-12.

【责任编辑 孙 立】

Classroom Teaching of Cultivating “Problem Development” Ability

Zhang Juna, Wang Meihana, Peng Nab, Liu Shimina

(a. College of Mechanical Engineering, b. College of Environment, Shenyang University, Shenyang 110044, China)

It is put forward that, the “problem development” ability is the core of innovation ability. It is pointed out that in classroom teaching, it is necessary to focus on cultivating the “problem development” ability to fundamentally solve the problem of disconnection between teaching and ability cultivation, and learning and innovation. Using scientific methods as a tool, a new teaching model with “problem” and “problem development” as the main node and link in the classroom teaching method should be constructed, with the classroom teaching method, which takes the raising, launching, and resolving of scientific or technical issues, and the development of new issues as the main process.

problem development; innovation; classroom teaching

2016-02-15

张 钧(1966-),男,辽宁凌海人,沈阳大学教授; 王美涵(1977-),女,辽宁沈阳人,沈阳大学教授。

2095-5464(2017)02-0195-04

C 913

A