TDED 实验教学模式探究

刘志慧， 李爱华， 牛怀磊

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛266580；2.中国石油集团海洋工程（青岛）有限公司质量监督站，山东青岛266555）

0 引 言

21 世纪以来，海洋能源成为世界关注的焦点，海洋强国战略成为保障我国政治、经济和社会可持续发展的重大战略。习近平总书记指出，强起来要靠创新，创新要靠人才。我校船舶与海洋工程专业立足于海洋油气资源开发的海洋结构物设计与制造，力在培养具有解决复杂问题能力和创新能力的海洋工程专业人才。

目前，船舶与海洋工程专业实验教学模式采用分组教学，每组4 ～6 人，教师设置实验环节、实验内容（教的环节），学生完成实验操作和实验报告（学习环节），教师是主导者，学生是跟随者。多数学生仅是跟着“实验步骤”走了一遍，而对于实验的原理、实验涉及的理论知识缺乏“内化”的认知和理解，对于实验结果缺乏“深化”的分析和讨论，达不到创新型的实践能力培养。

如何提高实验教学的高阶性、挑战度、创新性，打造船舶与海洋工程专业实验“金课”，培养具备综合素质和能力的船舶与海洋工程专业人才，有必要在实验教学模式上另辟蹊径，进行较大的改革。

1 以学生为主，构建TDED教学模式

Think-Pair-Share［1］教学模式是美国马里兰大学雷曼（Frank Lyman）教授针对阅读及讨论课程设计的一种使学生主动学习的有效策略，后来被一些专家应用于自然科学的理论教学［2］。借鉴Think-Pair-Share 模式，构建以成果为导向的“思考-设计-实验-讨论”（简称“TDED”）实验教学模式。

TDED实验教学模式分为4 个步骤：① 老师提出实验主题，学生围绕该主题进行思考，确定实验将要探究的具体内容（该过程需要学生查阅10 篇左右相关文献）。②学生根据实验探究内容，结合实验室实验条件，设计实验方案。③ 学生依据设计的实验方案，进行实验操作。④每组学生对实验设计、结果等成果进行展示，与老师、同学进行交流讨论。在交流讨论中相互学习，开拓思维与视野。

从该4 个步骤可见，TDED 实验教学模式具备以学生为中心和以能力培养为导向两个特点。

与传统的实验教学模式相比，TDED 实验教学模式在教师和学生角色、评价考核等方面都有较大的变化，如图1 所示。

（1）遵循学生为主体、教师辅助的原则，转换教学角色。在传统教学中，教师承担了从文献调研—提出问题—设计实验方案（包括：实验目的、实验原理、实验步骤），到实验指导的全部工作；学生仅为实验方案的“跟随者”“执行者”。

图1 教学模式改革前后对比图

在TDED教学模式中，学生承担了从文献调研—提出问题—设计实验方案（包括：实验目的、实验原理、实验步骤），到实验操作和结果处理、讨论的全过程。传统模式中教师包办的任务大多还给了学生，教师从“主导者”演变为“引导者”，参与学生主动学习的全过程，即课前预习（微课制作）—文献调研检查—实验方案审核—实验指导—实验评价。

（2）增加分组讨论、汇报环节。采用小组合作和PPT汇报的形式。从一开始的提出问题，到最后的解决问题，学生通过交流研讨、深化思考、相互汲取、以学促学，达到知识的内化吸收、融合升华，使学习过程形成一个完整的闭环。

TDED教学模式坚持以学生为中心展开研究性实验教学，促使学生自主学习、合作学习、发现学习［3］、自我挑战、协作创新，培养学生优秀的人格素养和坚韧的意志品质。

2 以成果为导向，反向设计

TDED教学模式基于成果导向教育理念（OBE 理念［4-9］），由OBE指标反向设计［10-14］9 个最终学习成果（见表1）。

表1 成果导向反向设计表

各个实验教学环节，对应达成反向设计的学习成果，整个过程对应实验教学的4 重境界，达成学生动手能力、思考能力、发现问题的能力以及开发设计能力的培养，如图2 所示。

图2 实验教学的4重境界

传统实验教学模式下，学生跟随老师的节奏，模仿完成实验，达到实验教学的第1 重境界，锻炼学生的动手能力；在实验报告分析过程中能够回答老师提出的问题，达到实验教学的第2 重境界，达成学生思考能力的培养。

TDED实验教学模式下，学生以小组团队的形式进行实验，不是机械式地跟随模仿。在实验中能够发现问题并进行讨论，能够结合文献和实验室条件提出问题，设计相应的实验技术解决方案进行实验。整个过程既锻炼了学生的动手能力，培养了学生的思考能力，同时达成了学生提出问题的能力和设计开发能力的培养，达到了实验教学4 重境界的第1 ～4 重境界，综合培养了学生复杂问题的研究能力。

TDED实验教学模式的实施对学生提出了更高的要求。学生需要充分利用课下的时间进行文献查阅，结合实验室的条件和老师的引导提出要研究的问题，并设计实验方案，完成实验的分析和研究报告。对比传统的实验教学模式下，学生课下只需要完成实验报告，TDED实验教学模式，使得实验难度大大提高，学生的课后时间被充分调动利用。

TDED实验教学模式的实施同时对教师也提出了更高的要求。老师需要制作微课，利用微信公众号发布微课信息，掌握学生学习情况，保证实验课程的学习连贯性；对学生进行案例分析的引导，使学生感到有趣并受到启发；对学生的每个实验方案进行详细地指导，并根据学生设计的实验方案尽可能地提供材料，制作实验所需工具；在实验过程中答疑解惑；组织实验成果汇报。传统的实验教学模式下，教师只需掌控整个实验的过程，对学生进行答疑解惑。相比较而言，TDED实验教学模式需要教师不断地学习，丰富自己的知识体系以及付出更多的心血。

TDED实验教学模式下，通过提出问题、设计实验方案、实验等环节，学生具有了解决复杂问题的能力和科学研究的高级思维；通过文献阅读和提出问题环节，实验内容与前沿结合，学习具有探究性；实验内容难度提升，学生需要付出努力，认真研究才能完成整个实验。因此，TDED实验教学模式下的实验教学满足了金课的高阶性、创新性和挑战性的要求，提高了实验教学的质量，为培养合格人才迈进了一大步。

3 教学方法

TDED实验教学模式基于船舶与海洋工程专业人才培养的成果为导向，反向设计了9 个实验教学期望学生达到的能力和具备的素养，实现的途径分布于TDED实验教学的各个环节中，具体实施方案见图3。

图3 TDED实验教学模式实施方案

教学实施过程分为课堂和课下两个学习阶段，采用线上、线下相结合的学习空间，涵盖所有的学习环节，采用引导式、互动式、自主式、合作式、发现式等学习模式，形成多元混合式教学方法。

（1）学生通过自主学习，发现问题提出问题，将教师讲授的专业理论知识和文献查阅的知识内化吸收，形成对专业更深层次的认知，提出拟解决的问题。

（2）学生通过合作学习进行小组讨论，根据提出的问题设计实验方案并进行实验以及实验结果分析，这一过程充分体现学生的主体地位。

（3）通过引导式学习和互动式学习，教师完成对学生的引导和思维拓展以及对实验方案的修正，加强了教师与学生、学生与学生之间的联系，充分展示教师的辅助作用。

4 全过程、多元化考核

TDED实验教学模式的考核，坚持以学习成果产出为导向，在教学实施的各个环节对学生达成成果的程度进行评价，考核内容与目标成果对应关系见表2。

评价因素为对应的9 个目标学习成果，考核结果为百分制，用矩阵x表示为：

目标成果分配权重用w表示为：

表2 考核内容与目标成果对应关系

实验评价结果可表示为：s ＝w*xT。

考虑自评、互评、教师评价的权重用W表示：W ＝（W1，W2，W3），对应的评价结果用S 表示为：S ＝ （s1，s2，s3），则最终实验成绩可以表达为：S总＝W*ST。

传统实验教学模式单纯以结果作为评价的标准，考核的是学生的分析水平，考评环节不能反映学生整个学习的过程，有失公平性。TDED 实验教学模式以学生的学习过程作为过程性评价内容，对学生参与的各个环节进行评价，充分反映了学生的整个学习过程，公平合理。

TDED实验教学模式考核评价标准从学生参与的微课、文献阅读、提出问题、方案设计、实验操作、实验报告、实验成果展示汇报7 个环节进行构建，依据每个环节对应目标学习成果的相关度设置分值比例。

考核的7 个环节包含了实验难度、学生的参与状态、学生的学习状态等几个方面的内容，通过观察小组团队成员之间的互动与整个实验过程中团队成员之间的配合情况、团队成员参与的广度，通过小组团队实际解决问题的难易程度判断学生参与的广度；通过观察小组团队成员是否积极参与并投入思考，是否在讨论时发表意见建议来判断学生参与的深度。

采用基于自评、互评、教师评价综合的评价方法，其中自评占10%，互评占20%，教师评价占70%，使得评价结果合理可靠。

5 结 语

从海洋能源战略背景下船舶与海洋工程专业人才的培养目标出发，提出基于成果导向教育理念的TDED实验教学模式，对船舶与海洋工程专业实验课进行了一系列的教学模式改革探讨，包括实施方案、实验教学方法以及考核评价机制。TDED 实验教学模式以学生为主体，将学生能力的培养与素质教育融入整个实验教学环节，为培养合格的专业人才提供强有力的支撑。