港口航道与海岸工程专业课程项目学习授课方法的实践与探索——以“画法几何及水利工程制图”课程为例

田正林,吴光林,赫岩莉

(广东海洋大学 海洋工程与能源学院,广东 湛江 524088)

“画法几何及水利工程制图”作为港口航道与海岸工程专业的基础必修课,主要是关于画法几何基础理论知识和水利工程制图的一门课程,其专业性和实践性很强。该课程普遍在大学一年级开设,由于课程涉及较多的专业知识、专业名词及本专业结构物,理解上存在困难,学生的学习兴趣和能动性较差。为了提高学生的学习热情,提升教学效果,本文以广东海洋大学港口航道与海岸工程专业画法几何及水利工程制图课程为例,将著名的项目学习方法引入本课程教学中,探讨了项目学习教学实践方法,设计了相关案例,获得了一些经验,供同类院校和本校类似课程教学改革参考、借鉴。

一、问题的提出

目前,高校“画法几何及水利工程制图”课程教学仍存在重视理论基础知识,轻视动手绘图、读图实践及解决实际问题等突出能力培养的问题。在工程类专业课程教学中,如何在专业涉及面广、课时紧张的条件下将理论知识与专业背景、工程背景进行有效结合也是困扰教师的痼疾所在。尽管港口海岸及近海工程专业课程改革历时多年,但学生仍有较高的课程负荷和较低的学习获得感,唯有协调好专业基础知识、实践操作、专业素养与专业特性的关系,才能真正发挥好高校专业课程的育人效果。在2020年新版《画法几何及水利工程制图课程教学大纲》中,明确提出提高学生解决实际工程问题能力的教学目标和课程目标,并培养学生关注社会热点问题、社会发展趋势与国家发展战略的自主学习能力,这与适应变化世界的项目学习在理念上是一致的。[1]将项目学习引入专业课程授课中,并带有较强的专业性、工程背景、强烈的社会关怀、文化传承、生态保护等重大社会性、科学性议题,具有划时代意义。

项目学习(Project-Based Learning, PBL)是一种以问题解决和产品导向为主要特征、强调以学生为中心的系统教学方法。[2]与基于问题的学习方法和基于任务的学习方法有所不同,项目学习具有一个相对完整的学习周期,包括项目启动(入项活动、团队建设等)、项目计划(明确目标、定义产品等)、项目执行(搭建框架等)、项目控制(过程性评价等)、项目成果展示与评价等[3]。一直以来,“画法几何及水利工程制图”课程教学在建构主义理论的指导下深入发展,主张学习要以学生为中心,教师要基于学习者已有的经验和知识水平搭建学习构架。项目学习可以提高学生学习专业课的兴趣,提升学生的学习成绩,培养学生自主学习能力和团队协作能力。

综上,项目学习作为一种创新的专业课程学习方法,已逐步引入我国大学各类课程教学中并取得了一定的教学效果。本研究对项目学习进行探讨,意在进一步深化基于项目学习的画法几何及水利工程制图专业基础课程的教学研究。

二、案例设计实践与探索

根据当前画法几何及水利工程制图课程的教学现状,以提高学生自主学习能力和提升学生自身专业知识水平进而提高教学质量为目标,针对项目学习方法中的课程内容、课程思路、思政教育等方面进行改革与实践探索。

(一)教学内容

画法几何及水利工程制图课程涉及画法几何知识和水利工程制图内容,主要学习投影原理进行三维空间形体表达和图示方法,分析、解决结构或构件空间几何关系及水利工程建筑物的绘图、读图等问题。授课内容尽量从简到繁、从浅到深、循序渐进、力求简练、条理清晰。项目学习案例中需要涉及课程所有的知识点,并且注重知识点的难易程度和专业知识面的广度。对于空间想象力要求较高的内容,配合一定的实体或视频进行,并适当融入项目学习案例中。项目学习中要多涉及水利类专业的基本制图常识、常见的专业建筑物图样、水工建筑物中的曲面、标高投影、钢筋混凝土结构图,等等,让学生逐步接触本专业的相关知识,为后续专业课程打下良好基础。

(二)教学思路

“画法几何及水利工程制图”课程项目学习的每一个案例都要有明确的目标,每一个目标都要涉及不同的知识点、专业术语、课本内容、专业背景、专业问题、问题分析和问题解决,每一部分都应对学生的某一方面能力进行提升。项目学习案例应有项目启动计划、目标、输出产品或结果、项目框架、过程性评价、成果展示与评价,每个环节所涉及知识都要层次分明,由基础到高级,由简单到繁琐。要注重实际工程或学生毕业以后在工作中可能遇到的项目,还要兼顾专业知识的深度和广度。

(三)课程思政

画法几何及水利工程制图课程专业性强,课堂知识枯燥难懂,且因课时所限,课程对学生人生观、价值观、家国情怀的培养欠缺,忽略了学生的思政教育。2017年12月,中共教育部党组印发《高校思想政治工作质量提升工程实施纲要》之后,各高校都进行了“课程思政”课堂教学改革,将专业课程所蕴含的思想政治教育元素和其所承载的思想政治教育融入课堂教学各环节。但项目学习案例中融入思政教育需要精心设计,思政内容融入过程中要注意适宜性,不能太突兀。因此,项目学习中课程思政元素应与专业课程相关,并且能够反映我国大国重器级的工程项目。

(四)课程教学目标

“画法几何与水利工程制图”课程在教学过程中要注重几何分析、求解能力、空间立体感、解决问题的培养,项目学习案例中要关注教学目标的实现。目前,即使学生能够很好地掌握这些能力,但对于复杂的工程问题,学生分析和解决实际问题的能力欠缺,也不能将所学知识和培养出来的能力很好地应用于实际。广东海洋大学海洋工程与能源学院旨在培养应用型人才,要求学生具备相应的工程实践能力,项目学习案例要支持课程教学目标。在项目学习案例中设计一些相关问题,比如适当引入实际工程问题供学生独立完成、适当引入实际工程项目供学生设计,等等,类似内容可有效支撑课程教学目标,发挥出色的教学效果。

三、项目学习案例设计

“画法几何及水利工程制图”课程的项目学习案例需要依据课程内容和教学内容进行设计。由于课时所限,课程学习案例不宜过多,投影知识,点、直线、平面,立体及立体表面相交四部分设计为一个案例,组合体、轴测图和工程形体的表达三部分设计为一个案例,水工建筑物中的常见曲面、标高投影、水利工程图三部分设计为一个案例,钢筋混泥土结构图设计为一个案例,总共4个案例。案例设计要对每个具体内容进行考核,并赋予一定的分数。项目学习案例设计考核的内容及评价见表1。

可以根据学习案例的考核内容对学生的学习效果进行评价,并且评价过程中要注重各个学习环节的评价,对学生的综合能力给出一个客观的成绩。

(一)统计考核项目和得分

依据课程内容的考核项目,将学习案例中各项目不同考核内容的得分进行统计,根据年级和班级同学每个项目得分,评价学生的学习效果。学生的得分为学习案例各个环节的综合得分,包括提前预习情况、回答问题情况、结果产品展示,等等,综合得分要客观、真实。

(二)数据重组

将获得的学习案例项目考核得分及项目进行重组,组成新的数据集,有因变量和结果,通过不同年级和班级的成绩,分析因变量的变化对教学效果的影响。通过改变因变量,也就是改变案例考核内容,发现教学效果的变化,总结规律和教训,不断地提高教学效果。

(三)结果分析

可以通过先进的数学工具及计算机工具对学生的综合表现进行分析,通过多年的数据,可以分析不同因变量的变化对学生学习效果的影响。通过分析工具可以对项目案例内容的效应、主效应、调节效应、敏感性等进行计算和分析。结果分析中可以采用哈里斯[4]使用的元分析方法对案例中的每项研究的因变量变化去分析整体结果的效应量。通过结果分析可以明确因变量中起突出贡献的变量,并确定哪些部分对学生的学习效果有重要影响,从而在教学中给予重点关注。

四、项目学习改进建议

项目学习对提升学生的学习能动性及学习成效具有积极影响,但是,项目学习案例要合理才能达到预期效果。案例设计需要注意如下几个方面:

(一)设计适用于不同章节内容的项目主题

教师在设计项目学习案例时需要兼顾课程内容、专业知识、考试要求、学生能力与素质培养等[5],项目主题尽量以教材章节单元作为基本单元,围绕课程培养目标进行。项目学习主题常见形式有:1)问答型项目。该类项目鼓励学习者与老师或专家进行口头阐述,回答项目中遇到的各种问题,通常会涉及较多的专业基础知识;2)实例型项目。该种类型项目主要借助于不同形态的媒介(新闻、时事、视频等)引导学生开展学术讨论;3)调查型项目。利用网络资源查找、问卷调查、访谈等方法开展项目,帮助解决实践场景中的真实问题;4)分析型项目。鼓励学生通过对实际工程案例的分析,掌握所学知识,更好地理解本专业课程。

(二)合理运用先进技术辅助学习和展示产品

以往项目学习中存在忽略学生运用先进技术和信息技术解决实际工程问题的现象,主要是数字化媒体和计算机技术的使用[6]。而项目学习过程中会经常使用现代化技术,比如CAD计算机绘图、文字处理工具、PPT设计、PDF处理工具等,这些工具的使用会直接影响项目学习的授课效果。因此,在项目学习过程中通过学习先进技术可以使学生切身感受到项目学习的价值,引导学生进行自主研究,帮助学生更真实、形象地展示成果。作为一种新的专业课教学方法,项目学习与其他教学方法应相向而行,多模态的计算机辅助教学,如混合式学习、移动学习等教学形式,同样可以融入项目学习中作为重要的学习框架,促进项目的完成。

(三)项目的学习环节要完整

完整的项目学习过程要有提前学习、问题分析、方案分析、问题解决和问题反馈等阶段,学生在项目学习中要经历完整、连贯、流畅的思维过程的磨练[7]。高水平的项目学习需要将项目贯穿于整个课程教学中,完整的项目学习环节有利于教师更好地“以学生为中心”,提升学生的自主学习意识与能力。此外,需要关注在高校专业课程中开展项目学习现实条件,要考虑学生的学习荷载,尽量避免时间集中在期末考试阶段,以保障项目完成的质量。学生进行完项目学习,要进行项目成果展示和评价,发挥过程性评价的功能。

结语

根据“画法几何及水利工程制图”的课程性质,将项目学习方法引入专业课程教学中,给出了项目学习案例的设计思路,并对项目学习效果的评价进行了设计。设计了项目学习在港口航道与海岸工程专业课教学中的应用案例,对项目学习在专业课程教学中的效果进行了分析,发现项目学习中课程设计的规律。研究发现,项目学习有利于提高学生的理论知识综合应用能力,体现在基础知识掌握、专业知识掌握、解决实际问题等多个方面。研究成果为优化专业课程项目教学提供参考,但学习案例设计中仍存在不足,项目设计中未能充分控制各部分之间比例关系,可能导致项目学习侧重某一方面。