水利学科背景下的3S课程教学探索

2018-01-15李龙国庄文化杨正丽蔡诗响

实验科学与技术 2017年6期

鲁恒，刘超，李龙国，庄文化，杨正丽，蔡诗响

随着信息技术的发展,信息时代已经悄然来临。各类理工类学科与信息类科学联系越来越紧密。四川大学作为一所综合性大学,更应该注重学科之间的相互交叉应用,以优势学科为依托,引入先进的技术加以融合利用。学生在掌握常规工程科学知识的同时,还需要了解信息类交叉学科的知识,这就对老师教学过程提出了更高要求[1-4]。研究表明,学生的关注力和集中度随着课程的进行而逐渐消减,如果按照传统教学模式进行教学,学生的收获将非常有限,学生注意力与教学时间的联系可分为4种可能,如图1所示[5-7]。经调研发现,约有25的学生随着课堂时间推移,注意力逐渐下降,即满足图1(a)中的曲线；约有50的学生满足图1(c)中的曲线；剩下的约25的学生满足图1(b)和图1(d)中的曲线。由此衍生出两个问题：1)当学生注意力的高峰期,教师该如何善用这两段黄金时间,使学生掌握课程的精华与要旨；2)当学生注意力下滑,教师该如何维持学生的学习兴趣,使学生继续投入该课程。

“3S”技术在水利工程中的应用课程是依托四川大学水利水电学院,面向水利大类学生开设。学生在前续课程中接触信息类课程较少,因此更有必要改变教学方式,增强学生自主学习能力。采用的方式为抓住学生注意力最集中的时间段,讲授重要的理论与概念,一旦发现学生专注度有下降趋势时就转为实验教学和小组讨论模式,3种模式穿插进行,实现课堂教学收益率最大化。同时着眼于整个课程,打破传统教学模式,以若干科研训练小组形式,每个小组负责一个科研命题,最后的考核方式通过学生提交给老师的论文进行评分,若某个小组的实验有较好的成果,则鼓励学生进一步完善实验及数据,然后往相关科研期刊投稿。较大地提高了学生积极性,尤其是部分打算继续深造的学生投入度更高。

图1 学生课堂注意力与课堂时间关系

1 课程教学方式设计

1.1 不同教学方式学生的掌握率

在教育界曾经有一幅很经典的漫画,描述“教” 与 “学” 关系： “小王对小明说： ‘我教小狗吹口哨,小明凑近小狗身旁,但没听到小狗吹口哨’,小王说： ‘我说我教小狗吹口哨,并没有说小狗学会了’。”从学习成果来看,虽然老师费尽心力教学,如果学生最后没有学会,这样的教学不能称为有效的教学[8-9]。

如图2所示,描述教师采用不同的教学方法后,学生下课后的记忆保留率。如果教师仅单向讲授,学生只记得5；老师通过划重点式教学,学生的记忆率为10；如果加入视听媒体的方式,学生则能记住20的内容；如果老师能加入实验并进行示范,则学生能保持30的记忆率；若能增加小组讨论环节,学生的记忆率提升到50；当学生自己亲自操作,记忆率提高到75；假如是学生当小老师教其他同学,可以记得90。从图中可以看出,越上端越是以教师为中心的教学法,越下端越是以学生为中心的教学法 (也有比较多学生合作学习的机会)。值得注意的是,越是以教师为主的教学,学生记得越少；而越以学生为中心的教学,学生反而会记得更多[10-12]。

这样的结果,大体可归纳为：讲述式教学法,通常是老师讲课,学生听过就忘；示范教学法,学生会记得老师教过的内容,但不一定了解；学生全面参与式教学法,学生亲自参与学习活动,成为学习的主体后,才会真正理解教学内容。重点是唯有学生全面思考、全面参与,才能真的学到东西。

1.2 本课程教学方式设计

本课程安排将课程划分为知识储备、科研训练开展和科研成果提交3个大阶段。1)在知识储备阶段中,首先教师在学生注意力最集中时讲述重要的原理和概念,以及学科之间的交叉知识点；然后演示需使用的软件安装以及基本操作,并着重介绍相关的应用实例；接下来让学生自由讨论软件使用过程,并鼓励学生发言。2)完成基本的知识储备后,进入科研训练开展阶段,首先老师设计若干科研选题供学生选择讨论,同时鼓励学生自主设计科研选题,与老师交流通过后放入备选选题中,通过老师拟定的选题和学生自主设计的选题汇总,形成科研选题库。然后将学生分为若干科研小组,每个科研小组负责一个科研选题,同时每个小组拟定研究进度计划提交给老师,每周老师依照每组制定的进度计划进行检查,同时讨论交流下一步实验实施计划。3)科研成果提交阶段,学生根据研究进展提交撰写的科研报告或论文,老师评判其价值,如果成果一般则依照学生完成情况评分,作为学生该门课程的期末成绩；如果有创新,老师进一步和学生讨论,深入完善实验,老师辅助学生进一步修改完善论文,往相关科研期刊投稿。如图3所示为本课程教学方式开展的流程图。

图2 学生记忆保留率金字塔

2 教学情况数据分析

以2011届水利类本科为例,其中涉及水利水电工程、水文与水资源、农业水利工程3个专业,选课学生共计141人,其中有128人选好科研选题,加入科研小组。共计分为12组,其中10组为老师拟定科研选题,2组为学生自拟选题。从进度检查看,大部分小组除了个别周进度有拖延,基本都完成了实验,仅有2组完成情况不理想。从成果提交情况看,有3个小组在实验过程中有改进或创新,目前已有2组学生撰写了论文并被中文核心期刊录用,还有一组尚在修改完善中。有2组未完成实验,仅提交了查阅的文献综述,其余小组基本完成了实验,提交了科研论文。具体统计情况如表1所示。

通过对表1统计数据进一步分析可发现,采用本文教学方法后,大部分小组的学生在科研训练中掌握了多套图像处理、数据分析软件、编程语言等,在遇到数据量、数据处理难度大的选题时,采取裁切分化处理再合并的原则,锻炼了学生的团队分工与协作能力。试验完成后通过综述报告和论文的撰写,让学生养成良好的科研习惯和素养,为有进一步深造想法的学生打下夯实的基础。但在运用本文方法教学过程中也发现了一些问题：1)部分成绩拔尖学生采用 “抱团”模式,虽然 “抱团”小组完成科研情况较好,但这有悖于资源最合理调配原则,各个小组应该合理搭配学生,充分发挥不同类型、不同专长学生的作用。2)部分小组在科研训练进行过程中遇到困难时,解决问题能力偏弱,这也是表1中部分小组进度滞后的主要原因。需要进一步加强对计划进度的把控,遇到问题及时发现解决。