建构主义理论的项目式教学体系构建

陈　巍，　陈国军，　郁汉琪

(南京工程学院 创新学院，南京 211167)

0　引　言

大学课程设置中学科专业过细的划分、课程体系过死的限制,导致培养出的学生专业知识面较窄，对其他专业融汇贯通的能力也较弱，而且由于学生对现实工程环境接触较少，工程实践及创新能力得不到很好的培养，缺乏解决实际工程问题的能力，就业后很难适应企业工程及社会的实际需要[1]。除此之外，学生缺乏工程实践及创新能力的另一个重要原因是学校创新教育环境尚未真正形成，尽管有不少院校正在积极努力探索，但成效甚微。

许多西方企业明确指出大学教育存在知识更新迟缓等问题，提出大学工程教育应当回归其本源，对社会实际需要和工程教育的体统性及完整性给予充分的考虑[2]。2015年初国务院颁布《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，提出了降低创新创业门槛，营造创新文化氛围，激发大众创造活力，创新驱动发展等举措，把推进创新创业教育作为高等教育综合改革的突破口，对推动大学生工程实践及创新活动，具有宏观指导意义[3]。

为使培养出的学生适应社会的需求，各高校都在寻找合适的教学方法。而构建基于建构主义理论的项目式教学模式是颇有成效的一种解决方法。美国麻省理工学院在日常教学中采用项目式教学法，并且对于项目式教学在应用型本科生培养中的教学方法做了专门的研究；香港科技大学电子工程系的提姆教授在“stem32控制器”课程中使用了项目化教学方法，取得了良好的效果；北京大学工学院谢广明教授在竞赛团队中应用项目式教学法，开设了一系列水中机器人课程，实验室中无论是博士还是硕士均采用项目式教学法进行工程创新能力的培养，面向水中机器人方向，进行教师团队的建设。该团队在年龄结构、学历结构和专业技能方面的配置经验，对于项目式教学团队建设均具有较好的参考作用。

我校在本科及专硕的教学中大力推广项目式教学法，建立了项目式教学团队，依托校企合作实验室，建构了项目式教学体系，在我校创新学院机械工程、电气工程及自动化专业本科生及机械工程专业，电气工程专业硕士生中进行实践，在项目式教学中应用了体系化、学科竞赛普及化和项目式教学案例系列化等方法，取得了很好的教学效果。参与项目式教学的学生在国际、国家级及省级各类机器人大赛、电子设计竞赛等赛事中多次获得佳绩，同时发表了高质量论文并申请了多项相关专利。实践证明，项目式教学体系与工程项目课题的紧密结合是提高大学生工程实践及创新能力的有效途径。

1　建构主义理论的概述及内涵

教育学者们在一般认识论的基础上，通过对学习过程的规律进行研究，逐渐形成了认知学习理论，其中影响最大的是建构主义学习理论。该理论是基于瑞士的认知心理学家皮亚杰(J. Pi-aget)的认知理论发展起来的[4]，是当前国内外主流的学习和教学理论，它关注的主要内容是学习者个体是如何构建认知体验及情感体验的。它有以下几个特点：

(1) 建构主义学习理论认为知识不是由教授者讲授而得到，而是学习者在教师和其他人的指导和帮助过程中通过人际交往活动、在解决必要的学习材料及解决问题的自主探索和发现的过程中主动获取到的。它主张“学中做”和“做中学”，这是一个任务驱动型和重视任务完整性的方法。

(2) 建构主义学习理论强调以学习者为核心的学习方法及他们作为认知的主体本身具有主观能动性。外来信息本身并无意义，其意义是在一定情境中由新旧知识之间的相互作用构建起来的。学习者作为认知的主体对外来信息进行选择性接收以及对意义进行主动构建，而非被动接受灌注的；教师则是指导和帮助学生进行认知构建而非仅仅传授知识。

(3) 建构主义学习理论的实质就是学生在真实的情境中、在指导教师的帮助下自主探索以及和其他学生进行广泛的交流，通过解决问题来建构知识体系。

2　建构主义理论的项目式教学模式的基本概念和特点

2.1　建构主义理论的项目式教学模式的基本概念

项目式教学( Project-based learning，PjBL) 属于建构主义学派的一种方法[5]，它将某一专业领域的理论知识和实践结合在一起，以设计制作具有工程背景的作品或产品为具体教学任务，依据学生所学专业、知识掌握情况和设计、实践等能力将学生分成若干个项目组, 每组3～5人，并通过共同探讨为每个项目组选择一个适合他们的工程项目；或各小组根据自身兴趣设计适合自己的项目[6]。项目式教学有着明确而具体的项目完成目标，涉及的工程项目具有一定的综合性，不仅要求学生把已有理论知识、实践技能应用到项目的设计和完成过程中，而且还要求学生把在项目任务完成过程当中学习到的新知识、新技术应用到对新的问题的解决过程当中去，以提升学生的工程实践及创新能力。学生学习任务结束时，由指导教师和学生联合对项目组成果和方法进行评估。

建构主义的项目式教学让学生带着问题参与到项目中去这一方法来对学生学习效果进行改善。这种方法倡导多学科的融合，其设计重点是让身处一个有意义的环境中的学生能够积极、主动地探索和解决问题。

2.2　建构主义理论项目式教学模式的理论研究特征

建构主义的项目式教学设计的重点是用问题引导学生。它与杜威的实用主义教育理论及情境学习理论相关。

建构主义的项目式教学模式的理论研究有如下几个特征：

(1) 建构主义教学观认为，教学应该始于问题而非结论，倡导“做中学”和“做中学”, 强调以任务为驱动并注意任务的整体性。项目式教学本质上是一种基于建构主义学习理论的探索型学习方式。

(2) 以建构主义理论为基础的“项目”教学，是以一个真实或模拟的任务为起点，使学生运用各种内外部资源和亲身体验,在对选定项目的完成过程中获得知识和技能。项目式教学中强调的“实际”与“活动”正是杜威的实用主义教学理论中所提倡的。

(3) 情境学习理论认为，知识不是抽象而是情境化的,它是通过个体和环境之间的相互作用过程而形成的，既非客观定义、亦非主观创造出来的。基于建构主义理论的项目式教学就是让学生置身真实的或借助现代信息技术建立的模拟任务环境中以多元方式参与到任务完成过程中,并在和工程师、同伴的相互作用的过程中学习技术及实践知识、提高合作及创新能力，逐渐从新手发展成专家, 这也是传统的情境学习理论所倡导的。

(4) 项目式教学是以真实或模拟工作场景为基础挖掘课程资源, 内容应与企业实际生产过程直接关联。建构主义理论的项目式教学充分重视实践，学生在对任务的实践过程中完成知识、态度及技能的获取。

(5) 教学活动以工程产品开发为目标，而教学内容一般是以从典型的实际工程产品中挖掘出来的项目作为核心，并打破了学科界限, 依据任务过程来构建教学内容。

(6) 教学活动以学生为主体，采用工作小组的学习方式。基于建构主义理论的项目式教学中,学生参与到采集信息、制订计划、选择方案、实施目标、反馈信息及评价成果等活动的每一个环节中, 使学生清楚了解总体及每个环节的细节。

(7) 教学成果具有多样化特征。以工作任务为依托的建构主义理论的项目式教学并不强调学习成果的唯一正确性,每位学生解决任务的方案与策略会依据自身的体验而有所差别。因此, 教学成果也是多样化的。

2.3　建构主义的项目式教学模式的实践研究特征

建构主义的项目式教学模式有以下几个实践研究特征：

(1) 工程化环境。围绕现代工程方向，结合专业，依托校企合作实验室进行工程化环境体系的搭建。

工程化环境具有特殊的行业背景、产业集群，具有较强的专业特色，有完整的项目开发流程、项目架构、有完整编码、文档的编写，有专业职业技能和素质；同时又有企业文化、管理、团队、技术、产品、市场等相关环境的要求。图1为拥有工程化环境的校智能制造项目训练中心效果图。

(2) 团队式指导。构建教学团队，结合教师专业特色，注重指导，由高水平教师有组织地形成指导团队。

团队式指导对于提高“项目”教学质量起着关键作用。团队建设包括：团队组成和结构、团队负责人及其作用以及团队教师学科专长与特点。

(3) 项目化载体。增加学生的创新实践项目和教师科研项目以及具有工程性、综合性、创新性的企业产品项目，保证项目的真实性。

图1创新学院智能制造项目训练中心效果图

为了保证项目的真实性，项目主要来源于学生的创新实践、教师科研项目和企业产品。来自于创新实践中的项目就是将大学生的创新实践课题中的任务转化为教学的项目；来自于教师科研的项目就是将教师科研中的课题任务转化为教学项目；来自于企业产品的项目主要是根据企业需求，定位于企业目标、立足于行业背景。项目应采用多级课程体系、以专业为基础围绕综合性、难易程度进行等级划分[7]。

(4) 协作式学习。根据项目式教学的实际需要，将独立分割的学习模式转换成协作式学习方式。

协作式学习的主要特点是学习者向小组其他成员展示学习过程中的疑问及收获，一方面能够督促学习者对自己的学习过程及其成就进行反思，进入更深程度的自主学习中去；另一方面,也可以观测同伴的学习进展情况及阶段性成就，为协作学习提供了重要的机会和环境，可以提高学习者的学习动机，促进自主学习和协作学习意识的培养。

3　建构主义理论的项目式教学体系构建

建构主义的教学观倡导“学中做”和“做中学”，以真实或模拟的工作任务为出发点让学生在有意义的环境中，通过对问题进行探索和解决来完成学习任务。因此在项目式教学理论指导下，构建符合行业背景、具有专业特色人才培养的应用型本科生及专业硕士生项目式教学体系，才能使我们培养的人才能真正适应市场及社会需求。

3.1　项目式教学体系构建的基本思路及其目标体系

整个项目式教学模式在实际运作过程中教学思路严密。通过项目式教学理论方法研究，结合应用型本科生和专业硕士生工程能力培养要求，从职业素养、专业能力、实践技能、人文素质四个方面去分析提高能力、素养、素质所需的必要条件，构建与项目化载体、 工程化环境、团队式指导、协作式学习等相应的课程体系、师资体系、评价体系及实验体系。根据前面阐述的建构主义项目式教学的概念及特点，结合我校工程训练项目对实践及创新能力等综合素质人才培养的目标，构建出学生在工程训练项目中不同学习过程中能力培养的目标体系，其矩阵表如表1所示。

表1　工程训练项目能力矩阵表

3.2　项目式教学体系的构建过程

3.2.1项目式教学体系构建的准备阶段

(1) 项目选择。建构主义强调学生的探索和发现，而项目式教学方法是将项目作为载体，用任务来驱动，把理论和实践有机地结合起来，促使学生在完成项目的过程中获得知识及技能[4]。项目训练中的应用与创新训练是综合性的训练，应该具有应用性、研究性及创新性[8]。因此项目的选择在整个以建构主义为基础的项目式教学法中至关重要。培养方式采用内容和对项目的选择应能使学生进行自主尝试和探究，因此要使学生对所选项目的内涵有充分的了解，而且所选择的项目应该为典型、先进、具有代表性、复杂性、多样性和挑战性的工程产品项目，以便激发学生自主学习动机和个性的发挥，从而进一步促进学生的探索及创新精神的培养[9]。

(2) 团队组建。建构主义强调“协作”及“会话”，而项目式教学中的项目具有系统性较强、要求的知识覆盖面广及解决的问题突出等特点，只有组成团队、进行团队成员之间的相互协作和交流才能完成。以项目为中心的团队组织形式，是围绕某个具体项目来组建开发团队的组织形式[10]，通过组建有积极参与意识并具有良好的专业知识素养的中青年专业教师为主并由教师和学生双向选择的项目训练团队，可以实现教师和学生之间的零距离交流。团队成员在训练过程中的团队合作意识逐步增强。通过提出问题、分析问题及解决问题，学员们可以实现概念转换和知识构建，树立创新观念。

3.2.2项目式教学体系构建的实施阶段

(1) 方案讨论。聘请校外工程师与校内教师一起组成指导团队，从而弥补部分教师缺乏一线实践经验这一不足，以利于项目的顺利实施[11]。制定方案之前，需要团队成员们进行调研，在图书馆和网上资源搜索，或者深入实地进行问卷调查，收集材料，可以促使学生对其理论进行整理，选出适宜解决问题的办法，构建出更好的设计方案[12]。而实地勘察也是实施项目式教学法的一项重要依据，是建构主义理论的物质支撑。在方案制订过程中，让团队成员们充分发挥自己的想象力，按计划确定项目各环节任务，包括具体实施时间、计划、步骤以及团队成员之间的具体分工。

(2) 分步实施。团队成员根据方案把项目从整体到模块进行子任务分解，把项目整体分解到各个教学项目之中，使之形成相对独立但又相互关联的功能模块。通过对每个教学项目内容的逐步学习和技能的训练，有助于达到课程的教学目标[13]。实施项目过程中，教师扮演的是观察者的角色，起着引导、示范和答疑的作用。

(3) 实践调试。建构主义的教学法提倡在问题解决中进行学习。在将项目划分成若干个功能模块之后，在项目具体实施过程中对相应的硬件和软件工作图进行分别绘制，并对硬件和软件进行设计、制作和调试，硬件及软件的相应工作可以同时展开。对于在此过程中出现的问题，学生应依据学到的知识和掌握的技能对故障进行自行排除，教师只是进行一些必要的指导。通过团队成员之间讨论和探索把需要解决的问题进行总结和分类，大大提高了他们对于知识的意义建构及解决实际问题的能力，有利于他们新知识的获取及新知识结构体系的形成。

(4) 整机联调。在机械、电气等硬件和相应的软件分别装配和调试合格并且达到设计指标后，才能对整机进行联调。如果盲目地进行整机联调，可能会导致设备损坏。调试过程中要进行认真观察、测量，并及时记录。记录的对象包含实验条件、观察到的现象以及测量到的数据等。通过记录整机联调过程中获得的实验数据并使之和理论结果进行比较，才能找出设计方案中所存在的问题，从而对整体设计方案进行进一步完善，真正实现理论和实际动手能力相结合的项目式教学要求，使学生的知识结构在建构主义的项目式教学活动中有一个质的飞跃。

3.2.3项目式教学体系构建的评价阶段

项目完成后，要对学生及其完成的作品进行考核及评价。建构主义的项目式教学方法评价方式比传统的教学方法更注重过程性评价以及多元性评价，例如根据学生在完成项目过程中的表现并采用分组讨论、实践调查报告、项目管理实践报告书等多种形式对学生进行评价，评价的重心由知识向综合技能转变。通过对学生及其项目作品的评价，可以检验他们对于知识点的掌握及应用能力，以及验收教学成果，既有利于学生对所学知识和技能的巩固，同时也有利于教师发现自己在教学中的不足，以便进行及时改正和提高。这一阶段包括结题答辩和师生互评。

(1) 结题答辩。要求团队成员在现场进行讨论与总结，在课堂上展示及汇报包含有实物的图片以及项目实施过程的PPT课件，并邀请高年级学生和相关人员参与评议，学生必须要认真听取他们的意见并进行记录，并且回答他们现场提出的问题。

(2) 师生互评。项目式教学法是以“能力为本”对学生的实践能力及创新能力进行培养的一种教学模式，必须建立包含过程评价与结果评价的师生互评机制。师生互评包括学生自我总结及教师经验总结。学生自我总结要求学生总结项目实施过程中遇到的问题及其解决办法、所掌握的知识、自我评价、对团队的评价以及对教师的评价。教师经验总结指导教师解答项目实施中遇到的共性问题，同时汇总知识经验和技能经验，以巩固学生对知识和技能的掌握。项目式教学法中过程评价的重要性远远超过结果评价。对于教师来说，过程性考核评价可以掌握学生完成各个项目环节的进度，检验他们的理解能力及对知识和技能的把控能力，并观测学生在项目实施过程中是否态度积极及他们的创造能力是否得到提高，在检查过程中对他们的创新意识要给予及时的鼓励；而对于学生来说，他们在项目式教学活动中动手能力及协作能力也得到了提高，自身的创造潜能得以发挥，他们的个性特质也得以发展[14]。

3.2.4项目式教学体系构建的归纳、总结阶段

建构主义项目式教学方法强调教学成果具有多样化特征，因此成果形式也趋于多样化。学生可以以文件的形式把总结后的项目研究成果进行归档保存或提练出项目研究及任务完成过程的精华部分写成论文进行发表或申请相关专利。这些是大学生自身综合素质很好的证明材料，有利于他们将来实现更深远的目标，也能够促使他们将来能够更快、更好地融入社会中，满足社会对应用型本科及专业硕士毕业生工程实践能力、协作能力及创新能力等的实际需求[15]。满足社会对具有工程实践及创新能力及协作能力的应用型本科及专业硕士生的实际需要。

我校创新学院项目式教学培养流程如图2所示。

图2创新学院项目式教学培养流程

4　结　语

建构主义理论的项目式教学法是一种新型的教学模式，它贯穿了工程项目实现的过程，能够把学生融入到有意义的项目完成的过程中，让学生通过自主学习实现知识的构建，同时教师可以依据学生的实际情况制订出不同的项目以满足不同专业和不同层次学生的需求[16]。通过该法在我校创新学院的实施，能够看出项目式教学法是提倡以探索及解决问题作为引导，培养学生自主学习的过程。在这个过程中，教学的中心由教师向学生转移。基于建构主义理论的项目式教学方法既尊重教育规律，又体现了工程应用型大学课程改革的迫切要求。学生不仅通过项目式教学法中的项目载体提高了解决工程实际问题的能力，而且通过工程化环境提高了工程素质和职业素养；同时，学生工程综合素养、团结协作的人文素养及科技创新能力在团队式指导、协作式学习中也得到显著提高。

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