情境教学法在工科专业基础课中的应用探索

苑溦 蔡忠奎 郭安薪

[摘 要] 高校工科类专业基础课在整个课程体系中具有承上启下的重要作用，采用情境教学法是提高该类课程教学质量的有效途径。该文根据教学研究与实践，归纳出将情境教学法应用于工科专业基础课教学过程中常遇到的三大困境。在此基础上，开展创新与实践，提出突破此三大困境的三大策略。所提创新策略可为工科专业基础课应用情境式教学提供具体指导，有利于提高学生学习效率，促进其能力培养和兴趣发展。

[关键词] 工科;专业基础课;情境式教学;实施策略

[中图分类号] G642.4   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）01-0137-04    [收稿日期] 2020-11-25

一、引言

工科专业是我国各层次综合性大学和理工类大学的重要专业类型，在整个高等教育体系中可谓“三分天下有其一”[1]。《工程教育认证通用标准》将工科专业的课程体系分为六个模块：人文社科类、数学与自然科学类、工程基础类、专业基础类、专业类及工程实践类。在上述六大模块中，大量数学与自然科学类知识被应用于工科专业基础课，同时，专业基础课又为各专业课提供了基本理论、基本方法和基本思想。因此，专业基础课在整个工科课程体系中具有承上启下的重要作用。

情境教学法是基于脑科学和认知理论而提出的高效教学方法，强调通过创建案例情境、问题情境、视觉情境、故事情境、语言情境和体验式情境，有效、高频、多样地刺激大脑多个功能区，搭建既有记忆与所学知识之间的关联，调动学习者的兴趣和主动性，促使学生高效掌握新鲜知识。

将情境式教学法应用于工科专业基础课教学，基于教学实践归纳出应用过程中遇到的困境，分析总结突破相应困境的有效策略，有利于提高工科学生学习专业基础课的效果，为后续专业课学习奠定坚实基础，且有利于提高学生应用各类基本知识原理解决复杂工程问题的能力。

二、工科专业基础课情境式教学三大困境

課程特点决定教学难点。工科专业基础课中众多知识内容是基于高等数学、线性代数、大学物理和大学化学等数学与自然科学类课程推导衍生而来，又是基于各类具体工程专业知识抽象、提炼出来的通用知识、基本原理和一般方法。例如：土木工程专业的基础课“结构力学”常用到受力分析、微积分和矩阵运算等物理和数学知识进行计算和推理，该课程研究的内容又广泛应用于包括钢结构设计原理、混凝土结构设计原理、结构抗震设计在内的各类专业课程中。由此可总结出工科专业基础课的两大鲜明特征：理论性较强和工程性偏弱。

教学实践发现，上述工科专业基础课的两大特征也使该类课程在应用情境教学法时常遇到如下三大困境。

困境一：工科专业基础课理论性较强，如何高效应用情境教学锁定学生兴趣？

困境二：工科专业基础课工程性偏弱，课堂创建的虚拟工程情境缺乏真实性怎么办？

困境三：工科专业基础课应用情境教学法的教学效果应如何科学准确评价？

针对上述三大困境，基于情境教学法的科学原理和应用方法，结合工科专业基础的课程特点与工科学生学习特点，开展研究、思索、创新与实践，提出突破相应困境的有效策略。

三、困境一的突破策略：课堂全过程工程情境式教学

第一个困境的实质是教学内容设计问题。工科专业基础课由于理论性较强、与工程问题联系偏弱，若直接向学生讲授课程知识，容易降低学生学习兴趣，影响其学习的积极性。因此，在教学设计中，应当让学生充分感受到专业基础课知识对于解决实际工程问题的重要性和价值性。

据此，针对第一个困境，提出课堂全过程工程情境式教学的策略。如图1所示，全过程工程情境式教学即在问题引入、问题分析与解决、知识的学以致用这三大课堂环节均采用情境式教学。首先通过实际工程问题引入将要学习的知识点，提升学生的学习兴趣;然后，带着工程问题进行分析和学习，引导学生学习解决该工程问题所需的基本原理、知识和方法，提高学习的目的性和主动性;最后，在学习相关新知识之后学以致用，再通过实际工程问题的例子，应用所学知识解决多种类型实际工程问题，确保学生达到理解与应用所学知识的目的，提高学生解决工程问题的能力。

在上述全过程工程情境教学过程中，有四个关键点：其一，教师应采用多种途径积极参与或搜集本专业实际工程项目和科研项目，为实现工程情境式教学积累素材，这一点可通过教学团队和科研团队的累积与共享来实现;其二，教师应深入剖析、彻底理解专业基础课中的基本工程原理、知识和方法与实际工程的内在联系，才能游刃有余地从实际工程问题引入将要学习的新知识;其三，在引导学生带着工程问题学习专业基础课的基本原理知识过程中，应经常强调学习此类基本知识的“有用性”，即对于解决实际工程问题的价值性;其四，在学以致用阶段，教师应善于从实际工程项目和科研项目中提取出那些涉及专业基础课程知识的部分，并加以合理简化，作为学生学以致用的例题。

按照课堂全过程工程情境式教学方法，学生在课堂全过程皆沉浸在工程问题的思考、解决与锻炼过程中，有效提升了学习兴趣、目的性和主动性，避免了学生学习大量基础原理和知识过程中的枯燥和迷惑，并且培养了学生应用基本知识解决实际问题的能力。

四、困境二的突破策略：课外真实工程情境教学

第二个困境的实质是课程体系改革及课程建设问题。在工科专业基础课的传统教学中，侧重理论教育属性，而工程教育属性偏弱，具体表现为专业基础课的整个教学过程中工程实践环节比重偏小甚至缺失。这是造成该类课程工程氛围淡化、学生兴趣不高的主要因素之一，而且，这种不良影响仅靠课堂工程情境教学难以弥补。

据此，针对第二个困境，提出课外真实工程情境教学的策略。图2所示为工科专业基础课课外真实工程情境教学设计思路，下面进行具体阐述。

工科专业基础课开展课外真实工程情境教学有四种易于实现的途径：其一，类比工科专业课，为工科专业基础课各自增设课程设计，或多门专业基础课联合增设综合性课程设计。专业课的课程设计可以视作学生毕业设计的一部分内容，同样，专业基础课的课程设计可视作专业课课程设计的基础理论部分。专业基础课课程设计、专业课课程设计和毕业设计三部分工程实践环节逐级递进、密切配合、有机统一。其二，利用校外实习活动开展课外真实工程情境教学。工科专业实习环节的传统教学方法是在专业课教师和生产单位“企业教师”的指导下，学生针对具体产品或技术学习专业知识，而这一过程忽略了对专业基础课程知识的抽取、分析和深化认识，也未能发挥专业基础课教师的能动性。因此，专业基础课教师应与专业课教师一同参与学生的校外实习活动，两类教师分别负责讲授基础知识原理和具体专业应用知识。其三，利用教学实验和专业实验开展课外真实工程情境教学。工科专业应加强实验室投资建设，为专业基础课各自增设教学实验环节，或多门专业基础课联合开设综合性教学实验环节。其四，在学生中成立工程问题兴趣团队。专业基础课教师积极鼓励学生自发组建兴趣团队，将适当简化的实际工程问题作为团队协作攻关项目，在完成实际项目的过程中强化学生的专业基础知识。同时，该措施也是实现因材施教、合理增负及提高学生团队协作能力的有效培养方法。

在确定开展课外真实工程情境教学的具体途径之后，专业基础课教师应提前搜集整理具体工程信息，并从中提取相关的专业基础知识。继而，将具体知识与工程或实验项目有机融合，在课程设计、校外实习、开展实验或团队协作攻关过程中讲解相关知识，既能增加学生对工程问题的熟悉程度，又能高效培养其解决具体工程问题的能力。

在上述策略中，积极拓展并合理选择有效途径是开展课外真实工程情境教学的关键。考虑到工科专业课程体系改革所具有的复杂性、全局性和系统性[2]，本文列举了四种实际可行且有效的教学途径。随着新兴科技在工科教育中的应用日益成熟，各高校可结合自身情况将虚拟现实工程场景、数字仿真实验室、人工智能“企业教师”机器人教学等纳入课外真实工程情境教学策略之中。

五、困境三的突破策略：工科专业基础课情境式教学多维评价机制

第三个困境的实质是教学质量评价问题。2018年发布的《教育部关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》中强调，严格本科教育教学过程管理，加强大学教学质量评价制度建设。目前，各高校已制定适用于全部课程的教学评价办法，主要包括学生考核方法、学生评教方案、教学督导检查制度等评价活动。然而，采用情境教学法的工科专业基础课程还需从自身特点出发，在教学评价机制上进行探索和创新，确保情境式教学效果持续性改进。针对工科专业基础课情境式教学的第三个常见困境，结合课内和课外两部分情境式教学策略，提出适用于此类课程教学的多维度评价机制，主要包括以下方面。

第一，多维度评价学生成长所得。以往教学和考核的重点大多为学生知识获得，而近年我国发布的《工程教育认证通用标准》指出，高校培养目标应涵盖工程知识运用、项目管理及终身学习等十二个方面的能力。同时，美国、欧洲和澳大利亚等世界名校还特别关注学生兴趣和好奇心的发展，强调了兴趣在终身学习和职业生涯过程中的重要作用[2-4]。因此，学生成长应包含知识获得、能力成长和兴趣培养三方面重要内容，对学生成长的评价应从这三个维度开展，做到以学生的全面发展和可持续发展为中心。

第二，学生对教师教学行为进行多维度评价。传统的工科专业基础课教学以教师讲授为主，而从课内、课外两方面采用情境式教学是以学生为中心进行教学设计、组织教学行为、评估学生所得。因此，为使专业基础课教师准确把握自身教学行为的有效性，还应在全校统一开展的学生评教基础上，从以下三个方面让学生对教学行为进行评价：所创设课内工程情境的吸引力，所选择课外工程情境教学途径的合理性，以及所选取工程项目与具体知识的契合度。

第三，学生对教学资源进行多维度评价。将情境式教学方法应用于工科专业基础课，充分调用了众多教学资源来服务于学生培养。因此，通过学生对教学资源进行多维度评价，可促进高校建设更有效地为学生发展服务。基于工科专业基础课在课内和课外开展情境式教学的特点，对教学资源的评价可从传统资源、硬件资源和软件资源三个维度开展。传统资源主要包括课程教材、习题集或训练系统、拓展资料及课程助教等;硬件资源主要包括教学实验室、数字仿真实验室及实习实训基地等;软件资源主要是指工程情境素材库及配套的教学平台软件等。

第四，从时间层面开展多维度评价。工科专业基础课具有理论性强和工程性弱的显著特点，教师在采用课内外情境式教学方法时需要付出更多的精力进行教学设计和实施。为及时获得准确的教学效果反馈，短周期内快速提高情境教学的实际成效，应从时间层面采用四维度评价体系，即课堂实时分析、课后学情分析、阶段性教学效果分析及学期末教学分析。

第五，采用多维度评价手段。单一方面的评价方法仅能反映出局部的教学效果信息，因此，为对学生成长所得、教师教学行为和教学资源建设进行全面而准确的评价，应从传统手段、網络手段和团队手段三个维度开展。传统手段即教学中常采用的知识类考核方法，包括随堂测验、课后作业、阶段性测验及期末考试等，对学生知识获得进行量化。由于课内外工程情境式教学与传统“满堂灌”讲授式教学在教学方法和培养目标上显著不同，故还应重视网络手段和团队手段这两种新型评价措施。网络手段是利用网络匿名调查问卷、教学互动平台及社交软件，获得学生能力成长、兴趣培养、教师教学行为和学校教学资源的评价。团队手段是指通过课内和课外工程情境教学中组建的学习小组和研讨团队，由学生对本团队内部成员的知识贡献、组织能力、协作能力等进行评价。

在上述多维度教学质量评价机制中，前三个方面属于评价内容范畴，后两者属于评价方法范畴。整个评价机制的关键之处在于聚焦课内外工程情境教学的特色，瞄准“知识+能力+兴趣”的教学目标，推动“实施—反馈—改进—实施”这一闭环式教学运行模式的高效开展。

六、结语

为将情境教学法应用于工科专业基础课，从课堂理论教学、课外实践教学和情境式教学效果评价三方面进行了研究、创新与实践，提出了课堂全过程工程情境式教学方法、课外真实工程情境教学方法和工科专业基础课情境式教学多维评价方法三大策略。上述策略旨在激发学生学习兴趣，提高学习目的性，培养学生解决复杂工程问题的能力，为各类工科专业基础课教学效果的进一步提升提供了些许借鉴。

参考文献

[1]吴岩.新工科：高等工程教育的未来——对高等教育未来的战略思考[J].高等工程教育研究，2018（6）：1-3.

[2]陈中润.美国高校教师评价工作中的教师参与研究[J].高教探索，2017（9）：72-78.

[3]高巍，毛俊芳，叶飞，等.高校如何提升学生评教效度？——澳大利亚高校学生评教最大差异量规及其启示[J].开放教育研究，2020，26（1）：28-36.

[4]蒋雅静，陆道坤.一流大学学生评教体系研究——以哈佛、耶鲁、牛津、剑桥等十所高校为例[J].高教探索，2019（5）：49-54.