工程设计类课程体验式学习的应用研究

孙悦娟，房汝建，沈洪雷，江昌勇，江炜

(常州工学院机械与车辆工程学院，江苏常州213032)

工程设计类课程体验式学习的应用研究

孙悦娟，房汝建，沈洪雷，江昌勇，江炜

(常州工学院机械与车辆工程学院，江苏常州213032)

为了实现多元化的工程教学目标，以D.A.库伯体验学习圈理论为基础，探讨了体验学习应用于工程设计类课程教学设计的若干问题。为了实施体验学习，需要对整个课程内容体系进行设计，以提供给学生必要的、基础的经验；课程内容应该能够承载多元化课程目标并以工程项目的方式呈现；应用体验学习圈时，需要为学生的体验活动和反思观察提供问题支架；体验学习模式必须对评价方式做出相应改变，以帮助学生有效调控自己的学习过程。成功的学习模式的应用还需要有学校系统的课程改革支持。

体验学习；体验学习圈；课程模式；工程设计课程

体验是人类认识世界最直接和最基本的形式。作为现代教学理论，体验学习主要源于杜威的“经验自然主义”教育哲学[1]，而系统的体验学习理论的建立和学习模式的形成则主要归功于D.A.库伯。库伯认为体验学习过程包括具体体验、反思观察、抽象概括和主动实践四阶段，学习是在特定环境中，通过亲身经历和反思内省，不断修正概念并付诸行动应用，形成积极的情感、态度和价值观，促进人格升华的连续过程[2]。

库伯所提出的“体验学习圈”理论揭示了体验学习的基本结构与过程，也为基于体验学习的教学设计提供了基本框架。然而，“体验学习圈更多关注的是方法论层面的指导思想，而非具体的操作方法，这可能使经验不足的教师面临某种困惑而难以具体应用”[3]。本文以材料成型及控制工程专业“塑料成型工艺与模具设计”课程为例，探讨如何将体验学习引入到工程设计类课程中以实现多元化的课程教学目标。

1 工程设计类课程教学设计的关键问题

1.1 课程教学目标设计与实现

从现代工程教育的理念和目标来看，工程教育的本质是培养工程师。工程设计类课程是工程专业学生运用学科和技术基础知识解决复杂工程问题的综合性课程，是工程师职业能力、职业素养和职业操守培养的核心环节。体验学习应用于设计课程，就是试图积累经验并将其转化为设计工程师的知识、能力、态度、价值观、情感、信仰和感受的过程[4]。因此，工程设计类课程的教学目标可以表述为：理解设计工程师的思维模式和设计方法，掌握设计工程师必备的基本技能，努力培养现代工程师的职业素养。

庞维国认为体验式学习适用于多种情境，其学习目标、内容、过程有所不同，他将体验学习划分为认知体验式学习、情感体验式学习和行为体验式学习三种基本形态，提出了三种不同的学习程式[5]。然而，对于系统的课程教育尤其是综合性工程设计课程，情感、态度、价值观的体验与认知学习和能力培养的过程是一个整体，无法分离，否则将变成空洞的说教，因而将认知目标、情感目标和能力目标对应三种独立的课程模式不具可操作性。

工程设计课程体验学习的基本组织形式是合作学习，是模拟工程师在团队环境下解决包含经济、环境、社会等复杂因素在内的综合性技术问题。在学习如何解决这些问题的过程中，学生将学会工程资源和工程工具的应用，理解知识的形成过程(具体地说就是了解工程师解决问题的过程)，即认知和能力目标的实现。除此之外，学生在社会性的学习过程中还能提高交流和表达的技能，如口头表达、书面表达、工程表达(设计图纸等)能力；还将适应团队合作环境，接受团队纪律约束，并能够在团队中发挥作用，即能力目标和情感目标的实现。体验学习并非知识本位的学习,而是指向学生人格的和谐发展。我们认为，在真实或模拟工程背景的体验学习环境下，依据库伯体验学习的基本模式，能够实现培养现代工程师的多元化课程教学目标。

1.2 课程体系和教学内容设计

工程教育中体验学习模式的应用不仅仅是对某一门课程的教学设计，而是对整个工程专业课程体系内容的设计。体验学习是基于经验的学习，就工程设计类课程而言，在前端课程中学生已经体验了简单的设计过程，并经过了有关工艺生产方面的实践，具备了使用一般性标准、产品样本、模拟或分析工具等的基本能力，而且，学生在前期的学习中已经习惯于以学生为中心的合作学习、项目学习等课程模式。

围绕课程教学目标重构课程教学内容是应用体验学习模式的重要工作。第一，体验学习应该以工程项目或工程主题的方式组织教学内容；第二，课程内容应该组织成为一个或多个并列或相互递进的工程项目或工程主题；第三，工程项目或工程主题应该是复杂问题或复杂问题的一部分，能够承载多元化的课程目标。以工程项目或工程主题为单元的学习主要基于以下三方面的考虑：一是可以使相互割裂的学科基础和专业基础在特定的情境中得以综合；二是项目之间的递进关系体现了认识不断深化的过程；三是项目任务以团队的方式完成，体现了学习的社会性目标。

1.3 体验式学习的教学组织

体验学习模式最早应用于户外拓展训练，至今应用最成功的领域乃是以技能训练为主要特征的短期培训。对于系统的工程设计类课程学习而言，体验学习的教学组织需要在D.A.库伯体验学习圈的基础上进行适当改造。

1.3.1 具体体验

体验学习的思想一直与强调直接经验重要性的认识论联系在一起，设计具体的体验活动是体验学习的关键。对于体验学习应用的传统领域，无论是户外拓展、探索教育还是企业培训，体验活动是其最基本、最自然的学习形式。然而，对于系统的课程教学，设计满足体验要求的相关活动则是一种挑战，这也是体验学习模式难以介入一般性课程教学的原因所在。

工程设计课程所具备的实践性特征使其应用体验学习模式成为可能，与一般的培训不同，工程设计课程的“具体体验”通常无法设计为一次简单的活动，而是要进行更系统的考虑。

①要针对每一个学习单元(项目)建立预期目标。要将学生置于一个必须达成目标的工程背景环境中，该目标是需要学生通过挑战去获得的知识或能力。这个目标既可为学生指明方向，也可作为教学之后的评估依据。

②按教学设计原理构建学习小组(团队)。小组(团队)的人员构成要根据项目特点确定，确保每一个成员在小组(团队)中有同等地位，每一个成员都有具体任务，且不会被他人替代。

③在真实(或模拟)工程师工作的背景环境中，展示工程项目或工程问题。这里的背景环境一是指工程项目的复杂性，包含了技术的综合性和社会问题；二是指工程师工作的社会环境，包括企业文化、团队环境、表达与交流的机会；三是指工程师工作的物理环境，包括技术资源、技术工具等等。

④组织具体体验活动。广义上讲解决工程问题的整个过程都是体验的过程，但这里主要是指为理解工程问题而专门设计的一个或多个、连续或分散的实践活动。

⑤为具体体验过程设计支架。通过程式化的体验活动，帮助学生按照一定的程序来进行工程探究，这样既能对学生进行指导，又方便教师组织教学。

1.3.2 反思观察

体验学习是以直接经验和反思为基础进行学习[5]。由于认识上的原因，体验学习常常被简单地理解为“做中学”。纵观目前的工程课程教学，无论实习、实训、实验还是课堂上的活动，尽管都被设计者称之为“体验”，但对学生学习的帮助并不大。原因在于没有安排相关的反思环节，忽略了对学生个人经验的处理及转化。

反思过程不仅是学生对自己的行为进行自我监控的过程，而且是对经验的概括、归纳与提升。工程设计课程体验学习一方面要引导学生进行反思，另一方面要为学生的反思提供支持。

①反思观察的形式。反思的形式是多样的，可以通过小组研讨、撰写报告、演讲展示或课程论文等方式来进行。

②反思观察的内容。工程设计课程体验学习中反思观察的内容包括：一要记录并陈述现象；二要将观察到的现象与以往的经验相联系；三要发现现象与旧有经验的冲突；四要尝试用已有的经验解释现象或认识解释现象所缺少的知识。

③旧有经验的导入。学生进入学习环境前已经过一定的学习，要通过一定的方式激活相关的旧经验。当引导学习者依据经验，回忆、联系、描述或应用知识并将其作为新知识的基础时，学习才能够得到促进[6]。

④为反思观察提供支架。工程类学生经常抓不住要点，不了解活动设计的目的，也不能从活动中产生反思[7]，通过一种程式化的方法，帮助学生陈述客观事实、描述解决问题的思路和方法、解释问题产生的原因、确认问题解决所需要的知识等是非常必要的。

1.3.3 抽象概括

体验学习的第三阶段是抽象概括，重点是将观察、反思的结果进行归纳以形成概念，提出解决问题的最佳方案。对于工程设计类课程体验学习，主要是对所关注的现象进行理论分析，或者对发现的问题构建理论解释模型。这一阶段教师有必要在学生感知的直接经验基础上，在经过反思、观察，认识到所需知识的基础上，导入理论讲授、模拟分析，以澄清概念，帮助学生领悟以获得间接经验。

1.3.4 主动实践

主动实践是指将抽象概括的原理应用于新的情境，以经历意义的外延转换。这里有三方面的含义：一是检验对概念的理解程度；二是解决实际工程问题；三是对学生的学习按照预期目标进行评价。因此，必须再次创造主动检验的应用情境。对于工程设计类课程，这种主动实践可以是一个局部或全局性的过程设计，这样的设计是学生工程经验提升的过程，同时也是又一次具体的体验过程，能为进入下一个更复杂的工程问题的学习提供基础。

1.4 教学评价方法

试卷考试并不是教学评价最有效的手段，尤其对于工程设计类课程而言。这是因为，在体验学习模式下，工程设计类课程的课程目标与传统的以知识传授为目的的课程教学目标有本质的差别。如前所述，工程设计类课程是综合性课程，课程主要的目的是通过提供的复杂工程问题，让学生在解决问题的过程中学习工程师解决工程问题的方法，了解工程师的思维过程，明确现代工程师所应承担的职责、所应具备的道德修养和职业素养。这些课程目标作为默会知识均无法通过试卷进行评价。

工程设计类课程的教学评价必须采用形成性评价。通过对学生全过程的观察，记录学生在体验学习过程中的表现、所完成工程设计任务的情况以及所反映出的情感、态度或价值观的变化。评价形式可以是自评、小组评价、教师评价；评价的内容包括设计能力、交流能力、合作能力、自学能力、创新与实践能力、纪律与态度等。事实上，并非所有的工程设计类课程的课程目标都可以通过量化的方式进行评价，也并非都需要进行量化考核，如对创新与实践能力、情感、态度或价值观方面的评价，只能是定性评价。重要的不是将这些评价如何转换成分数，而是要及时发现学生学习中的积极变化，并在课堂中予以激励。恰当的教学评价对学生的学习有着显著的激励作用，能够帮助学生有效调控自己的学习过程，使其获得成就感，增强自信心。

2 体验学习模式的教学实践

以D.A.库伯体验学习圈为基础，在材料成型与控制工程专业“塑料成型工艺与模具设计”课程进行教学实践。

2.1 课程教学目标

根据专业培养目标和课程特点，确定课程教学目标：理解模具设计工程师的思维模式和设计方法，能够运用工程标准、工程资源和模拟分析手段设计注射成型模具，能够运用模塑成型理论分析塑件缺陷成因并改善模具设计；善于运用技术图纸进行口头或书面的专业交流；能够在团队环境中发挥作用，并认同设计工程师的社会责任。

2.2 课程教学内容的重构

作为已有经验的积累，先修课程要保证学生经过完整的机械设计训练和深度的制造工艺生产实习。将后续课程设计作为体验学习的主动实践环节，与课程重新整合为一个整体。在课程中设计4个紧密关联的体验活动，分别是注射成型生产过程观摩、注射成型模具拆装、注射成型工艺实验及收集带有成型缺陷的注射成型制件。课程还设计了“简单注射模设计”和“复杂注射模设计”2个工程项目，用于2个递进的体验学习循环。

2.3 教学组织

2.3.1 环境设计

①物理环境。在设计现场提供：A)工程手册、图册、标准及样本；B)产品实物和实物模型；C)电脑和工程软件；D)课桌椅等。

②社会环境。A)模具设计项目以团队合作(6人以内小组)的方式进行；B)模具设计项目包含分工与合作以及适应团队工作方式的纪律约束要求；C)模具设计项目包含工程交流与表达能力方面的要求；D)模具设计项目中包含效率、能耗、成本以及环保(减少塑料消耗与废弃)等方面的要求。

2.3.2 具体体验过程

体验过程分为展示工程项目、说明预期目标、具体体验活动3个步骤，见表1。为体验活动程式提供的问题支架见表2。

表1 具体体验过程

表2 体验活动问题支架

2.3.3 反思观察过程

通过问题提示学生，引导学生在讨论交流的基础上进行思考以解决问题，反思观察问题支架如表3所示。

表3 反思观察问题支架

2.3.4 抽象概括过程

根据学生所欠缺的知识点导入理论学习；引导学生对自己已获得的经验在反思中进一步凝炼概括；对学生得出的观点按相关类目进行归纳整合，提炼模具设计的共性和特殊性原则。见表4。

表4 抽象概括过程

2.3.5 主动实践过程

以小组(团队)为单位，按照模具设计的共性原则和特殊性原则，独立设计简单(或复杂)注射成型模具。每一次主动实践过程都提升了学生的模具设计水平，并为学生学习其他类型型腔模设计提供了基础。

2.4 教学评价

评价在体验学习的各个阶段展开，评价内容见表5。

2.5 实施效果

体验学习给学生带来的改变是显著的，主要表现为：

1)学习兴趣提升，课程不及格率显著下降，这与任何以学生为中心的学习模式所带来的结果是一致的。

2)多数学生能够进行多角度主动思考，提出超越工程本身的问题，并能够主动获取教科书以外的多种资源。

表5 课程评价内容

3)更多学生能够有意识地在正式场合发表自己的见解，并积极尝试在项目团队中协调工作、发挥作用。

部分课程目标的实现存在较大难度，如运用理论分析工程现象、专业术语与工程图的表达、团队意识的养成等。这不是体验学习模式本身的问题，而是更深层的教育问题和基础课程学习的问题，因此，成功的学习模式的应用从来不是孤立的，它需要学校系统的课程改革支持。

3 结论

1)工程设计课程所具备的实践性特征使其应用体验学习模式成为可能。

2)在一个良好构筑的、基于真实或模拟工程背景的体验学习环境下，依据库伯体验学习的基本模式，能够实现培养现代工程师的多元化课程教学目标。

3)为了实施体验学习，需要对整个课程内容体系进行设计，以提供给学生必要的基础经验。

4)课程内容需要以工程项目的方式组织，工程项目应该是能够承载多元化课程目标的复杂问题。

5)运用体验学习圈时，需要为学生的体验活动和反思观察提供问题支架。

6)工程设计课程应采用形成性评价，全过程记录学生表现和完成工程设计任务情况，并对学生在情感、态度、价值观等方面的积极变化及时给予激励。

[1]D A 库伯.体验学习：让体验成为学习和发展的源泉[M].王灿明，朱水萍，译.上海:华东师范大学出版社，2008：4.

[2]王灿明.体验学习解读[J].全球教育展望，2005(12)：14-17.

[3]邓鹏，王欢.“体验学习”教学设计研究：主题、环境与体验[J].电化教育研究，2013(12)：88-92.

[4]CRAWLEY Edward F,MALMQVIST Johan.重新认识工程教育：国际CDIO培养模式与方法[M].顾佩华，沈民奋，陆小华，译.北京：高等教育出版社，2009.

[5]庞维国.论体验式学习[J].全球教育展望，2011(6)：9-15.

[6]盛立群，马兰.“首要教学原理”新认识[J].远程教育杂志，2005(4)：16-20.

[7]冯锐.基于案例推理的经验学习研究[D].上海：华东师范大学，2012：144-145.

责任编辑：唐海燕

Application of Experiential Learning in Engineering Design Courses

SUN Yuejuan，FANG Rujian，SHEN Honglei，JIANG Changyong，JIANG Wei

(School of Mechanical and Vehicle Engineering,Changzhou Institute of Technology,Changzhou 213032)

Based on D.A.Kolb′s experiential learning cycle,problems rising during the process of applying experiential learning into engineering design curricula are discussed to finally reach the goal of a diversified teaching mode for engineering curricula.To implement experiential learning,globle course design is necessary in order to furnish students with fundamental experience.Course content should be presented via well-designed questions and projects,which are loaded with mutiple goals.The application of experiential learning cycle needs a general framwork for students′ experiential activities and observations.Experiential learning mode asks for necessary changes in evalation system to help students coordinate their learning process.Sucessful experiential learning mode considers systematic corriculum reform at school level a necessary support.

experiential learning;experiential learning cycle;curriculum model;engineering design course

10．3969/j．issn．1671-0436．2016．05．019

2016- 05- 03

常州工学院教学改革研究课题(A-3005-13-001)

孙悦娟(1977— )，女，硕士，实验师。

G642.0

B

1671- 0436(2016)05- 0090- 07