工科专业课堂“3D( Debate/Design/Doing)"教学法研究

董选普　蒋文明　廖敦明　吴志超　罗云华

[摘要]基于当前高校工程教育专业认证的要求，论文首次提出了工科专业课堂“3D（ Debate/Design/Doing）”教学法，其核心教学理念是“我思故我想，我想故我说，我说故我做-我做故我会”，即通过课堂辩论（ Debate）、项目设计（Design）和项目实施（Do-ing），将教师的课堂讲授信息通过这个过程进行批判性思辨，将理论知识和实际效果联系起来。该研究通过在材料加工工程专业模块课程铸造工艺和造型材料的教学实践，取得了所有选课学生的认同，真正做到了让学习过程由被动变为主动、由无趣变成有趣、由枯燥变为生动，学生由自卑变自信，使院系专业课程课堂教学和工程训练平台实现了无缝联合，对于提高工科专业的课堂教学效果具有广泛的借鉴意义，为达到国际工程专业认证标准提供了很好的教学示范作用。

[关键词]“3D（Debate/Design/Doing）”教学法;课堂教学改革;工程专业认证

[中图分类号]G642.4[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2019）11-0008-03

一、“3D”教学法的提出和意义

专业课程是高等院校培养专业人才基本理论素质的主要途径，而课堂教学是学校教学过程中的重要环节，也是传授知识和培养能力的主要途径和手段。课堂教学质量的高低，直接影响学校教育的质量和培养目标的实现。传统专业课程的课堂教学方法一直是以灌输式方法为主，主要由教师将基本知识原理进行讲解，尽管目前PPT教案和多媒体资料的运用增加了教学信息量，有利于提高学生的理解力，但学生基本上还是没有改变听讲、为考试而学习等被动式学习方式，学习效果因人而异，从整体来说效果较差。

本研究针对当前工程教育中工科专业课堂教学存在教学内容过于理论化，理论应用背景缺失或单一，理论应用缺乏系统性，教学方法、手段陈旧等一系列问题，结合高等院校工科专业课具有很强工程实践性的特点，在工科专业课堂教学中开创性地设计一种与传统的教学方式有着本质区别的教学方法即“3D（Debate/Design/Doing）”教学法（以下简称“3D”教学法）。这种方法就是在课堂授课过程中穿插进行“课堂辩论、项目设计、动手制作”。也就是在课堂教学内外引入课堂辩论、项目设计、动手实验和制作，这样可以保证课堂基础理论信息传播的质量，也可以在更广泛范围的课堂辩论中发挥学生批判性思辨的能动作用，还可以通过主动设计和动手制作加强学生的学习兴趣，是一种既能加强理论知识传授又能兼顾工程能力培养的新型课堂教学法。将其有效地运用于工科专业课程课堂教学中，引导学生主动学习和主动实践，有助于提高学生的综合能力。

二、"3D”教学法的核心理念和实践

经研究发现，学习效率的高低直接关系到学生的参与程度，具体见图1[1-2]。一般来说，主动学习是在学习过程中直接涉及参与者的一种方法，除了听讲座，还有一些其他的积极学习形式，问题是如何才能让学生在一个时间和空间有限的课堂教学中积极学习。如图1所示，主动学习的效率要远远高于被动学习的效率。

（一）“3D”教学法的核心理念

“3D”教学法的核心理念是通过“我思故我想，我想故我说，我说故我做，我做故我会”的流程达到“我思故我学，我学故我会，我会故我能”，也就是基于图l所示的动手做和亲身体验，才能让学习者90%以上的记忆变成其自己的东西。通过课堂辩论（Debate）、项目设计（De-sign）和项目实施（Doing），可以引导学生将教师的课堂讲授信息进行批判性思辨，将理论知识和实际效果联系起来，使得学习过程由被动变为主动、由无趣变成有趣、由枯燥变为生动，学生由自卑变成自信。

“3D”教学法源于CDIO工程教学理念，但又不同于CDIO。CDIO的核心思想体现在“全程实践能力培养”，它由构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）组成，强调主动学习、主动实践，是“做中学”原则和“基于项目的教育和学习的集中体现”[3]。CDIO是一种以工程项目设计为导向、工程能力培养为目标的工程教育模式。项目设计是工程实践的精髓所在，能力最终将以项目的形式实现。它是一种开放的教学形式，即通过让学生在教师的指导下合作完成一些设定的项目来完成教学任务。因此，CDIO无法在有限的课堂时间里实现全过程工程教学的目标。

“3D”教学法也不同于案例教学法[4]。案例教学法也叫实例教学法或个案教学法，是在传统教学法的基础上发展起来的一种新的教学方法，具有高度的拟真性、灵活的启发性、鲜明的针对性等特点，是对传统教学方法的补充而不是颠覆性改变。在有限的课堂时间里既很难用有限的案例來诠释课程的理论或技术全貌，也很难对传统工科专业课程的实践能力进行有效兼顾和培养。

“3D”教学法也不同于完全的课堂辩论教学法[3]。课堂辩论教学法所秉持的是学生之间进行课堂辩论竞赛的理念。教师给学生讲了几周的演讲材料之后，让学生成立小组准备课堂上要讨论的问题和答案。这些问题不能微不足道，必须涉及更高层次的应用和分析。不同团队轮流互相提问并将其所得分数列成表格。最后由教师集中个别团队成员，给他们同样的问题。这样做的目的是找出团队中的薄弱学生加以辅导，以利于提高团队的整体成绩。这是一种典型的主动式学习方法，让学生自己设计问题和答案，然后采用批判性思维的方法进行辩论，最后在老师的引导下得到正确的思路或答案。但是采用该方法仅仅可以进行主动式思辨学习，对于工程性很强的工科专业却难以解决实践性与理论技术衔接的问题。

“3D”教学法由于引入了批判性思维方法，同时有“Doing”项目实施思辨的过程，在重视质疑、评价的同时也重视分析、比较和综合。这些与采用创新方法来培养学生思维的灵活性、敏感性、流畅性和综合性有着异曲同工之处[5]。从这个意义上来讲，“3D”教学法能够有助于学生创造性思维能力的提高。

（二）“3D”教学法的实践及其效果

采用“3D”教学法能够使传统工科类专业课程的教学实现质的进步。通过对课时的合理分配将一部分学时交由学生来掌控;通过理论教学和学生互动实践的同步交叉，实现理论教学和实际检验的有效结合;考核的不是教师的课时完成量，而是学生学习的过程完成量和效率。笔者基于材料加工工程专业模块课程铸造工艺与造型材料的教学实践，对“3D”教学法进行了初步实践，取得了较好的教学效果。本课程共有32学时。教务处要求这32学时都在教室进行，因此，教师将32学时的讲授分成教师讲授20学时，师生讨论或辩论6学时，学生项目交流6学时。

项目设计模块和项目实施模块的具体实施是利用课外时间进行，加工由学生自己完成，工程训练中心有专门的加工设备和加工培训，学生经过一定的培训就可以自己加工，从而完成动手能力的锻炼。铸型造型和铝合金熔炼在实验室进行，有研究生教学助理指导学生自己操作并浇注，最后对铸件进行质量分析。

从课时安排和内容安排来看，教师的授课内容有所压缩，但是课堂辩论的内容涉及面较广，因此学生在项目设计和实施过程中会不断主动学习本课程以及本课程外的部分相关专业课程内容，从而丰富了本课程实际给予学生所学及所涉及的专业课程内容。

每位学生期末要根据所做所学完成一篇学习报告。考核是将终结性考核和过程性考核相结合，其卷面成绩为每位学生将参与“3D”教学的全过程写成一个课程结业报告，并对该课程的教学提出改进建议。该试卷的卷面成绩占总成绩的70%，是评定总成绩的主要依据，本课程的总体优良率达到80%。下图是学生的设计、模样加工和浇注铸件图。

参加本次教改实践的是12名本科生，他们无一例外地完成了学习任务，课堂出勤率是90%，课外任务完成率是100%。所有参加教改实践的学生都喜欢这种教学方式，因为尽管花费了时间，但是学到了很多东西。现摘录某位学生的感想如下：“……书本上的东西再怎么讲都是很死板的，不仅仅是学生，老师都对此感到厌倦了。但是在该课堂上，我们可以自由地讨论，尽情发表自己的看法。面对课程设计中出现的问题，我们和老师一起分析解决方案，力争通过自己的双手去完成一件作品，赋予它创造的意义。实验课上更不用说，在条条框框的理论约束下，能够动手实验毫不夸张地说是学生时代最令人激动的一件事……为了加深巩固课堂上讲的知识，老师特意为我们安排了砂型性能实验和3DP打印砂型实验，让我们能够有机会自己动手实践操作，学习严谨认真的科学实验方法和精神。当然，贯穿整个课程的设计项目才是压轴戏，我们从最初的设计构想，经过不断的分析改进，一步一个脚印，最终浇铸得到了实物成果。使我受益匪浅的不仅是哪一点，更是这整个过程。因为即使最终浇铸失败了，得不到成品，我仍然可以骄傲地说，我经历过，我有信心下次做得更好。”

三、结束语

我思故我学——专业话题讨论或辩论的设计紧紧围绕当今社会的环境、资源和技术的敏感话题，让学生自己去查资料理思路，以激发其学习探索问题的兴趣。“学起于思，思源于疑”，因此，教师能否有效地激发学生学习探索问题的兴趣，是能否触发学生思维的关键。通过讨论或者辩论，学生自然会加深印象，对于老师的补充或者对于争论问题的解答就会易于理解。

我学故我会——分组进行实际项目设计和制作，这是一个完整的对所学知识加以应用或对相关知识加以融会贯通的过程，能够激发学生的思考与探索欲望。学生在设计和制作过程中产生的问题和疑问大都可以通过小组讨论获得解决。小组无法解决的可以在课堂的大氛围中和全班同学、老师讨论而获得解决。

我会故我能——通过这些小組的设计制作过程和对试样结果的分析，让学生不仅在整个课程教学过程中学习不松懈，而且学会了小组分工协作的学习实践方法。学生项目完成的结果是否完美不重要，重要的是他们对过程进行了分享，并运用所学知识对结果进行分析、总结和体会，这样有利于他们将知识变为能力。

[参考文献]

[1]A.M.S. Hamouda，F.Tarlochan. Engaging engineering stu-dents in active learning and critical thinking; through classdebates [J]. Procedia - Social and Behavioral Sciences，2015（4）：990-995.

[2] Elliot P.Douglas. Defining and measuring critical thinkingin engineering;[J].Procedia - Social and Behavioral Scienc-es，2012（9）：153-159.

[3]吴放.基于项目驱动与主动探索的《建筑法规》课程教学模式改革[J].学周刊，2016（1）：27-28.

[4]刘利秋，高云红，卢艳军，等.工科专业课堂案例教学法的研究与设计[J].沈阳航空航天大学学报，2017（增刊）：96-99.

[5]张崴，冯林，李艳，等.创新方法教育教学中的批判性思维导向作用[J].创业与创新教育，2017（2）：10-13.

[责任编辑：庞丹丹]