水利学科背景下的3S课程教学探索

鲁 恒，刘 超，李龙国，庄文化，杨正丽，蔡诗响

随着信息技术的发展,信息时代已经悄然来临。各类理工类学科与信息类科学联系越来越紧密。四川大学作为一所综合性大学,更应该注重学科之间的相互交叉应用,以优势学科为依托,引入先进的技术加以融合利用。学生在掌握常规工程科学知识的同时,还需要了解信息类交叉学科的知识,这就对老师教学过程提出了更高要求[1-4]。研究表明,学生的关注力和集中度随着课程的进行而逐渐消减,如果按照传统教学模式进行教学,学生的收获将非常有限,学生注意力与教学时间的联系可分为4种可能,如图1所示[5-7]。经调研发现,约有25的学生随着课堂时间推移,注意力逐渐下降,即满足图1(a)中的曲线；约有50的学生满足图1(c)中的曲线；剩下的约25的学生满足图1(b)和图1(d)中的曲线。由此衍生出两个问题：1)当学生注意力的高峰期,教师该如何善用这两段黄金时间,使学生掌握课程的精华与要旨；2)当学生注意力下滑,教师该如何维持学生的学习兴趣,使学生继续投入该课程。

“3S”技术在水利工程中的应用课程是依托四川大学水利水电学院,面向水利大类学生开设。学生在前续课程中接触信息类课程较少,因此更有必要改变教学方式,增强学生自主学习能力。采用的方式为抓住学生注意力最集中的时间段,讲授重要的理论与概念,一旦发现学生专注度有下降趋势时就转为实验教学和小组讨论模式,3种模式穿插进行,实现课堂教学收益率最大化。同时着眼于整个课程,打破传统教学模式,以若干科研训练小组形式,每个小组负责一个科研命题,最后的考核方式通过学生提交给老师的论文进行评分,若某个小组的实验有较好的成果,则鼓励学生进一步完善实验及数据,然后往相关科研期刊投稿。较大地提高了学生积极性,尤其是部分打算继续深造的学生投入度更高。

图1 学生课堂注意力与课堂时间关系

1 课程教学方式设计

1.1 不同教学方式学生的掌握率

在教育界曾经有一幅很经典的漫画,描述“教” 与 “学” 关系： “小王对小明说： ‘我教小狗吹口哨,小明凑近小狗身旁,但没听到小狗吹口哨’,小王说： ‘我说我教小狗吹口哨,并没有说小狗学会了’。”从学习成果来看,虽然老师费尽心力教学,如果学生最后没有学会,这样的教学不能称为有效的教学[8-9]。

如图2所示,描述教师采用不同的教学方法后,学生下课后的记忆保留率。如果教师仅单向讲授,学生只记得5；老师通过划重点式教学,学生的记忆率为10；如果加入视听媒体的方式,学生则能记住20的内容；如果老师能加入实验并进行示范,则学生能保持30的记忆率；若能增加小组讨论环节,学生的记忆率提升到50；当学生自己亲自操作,记忆率提高到75；假如是学生当小老师教其他同学,可以记得90。从图中可以看出,越上端越是以教师为中心的教学法,越下端越是以学生为中心的教学法 (也有比较多学生合作学习的机会)。值得注意的是,越是以教师为主的教学,学生记得越少；而越以学生为中心的教学,学生反而会记得更多[10-12]。

这样的结果,大体可归纳为：讲述式教学法,通常是老师讲课,学生听过就忘；示范教学法,学生会记得老师教过的内容,但不一定了解；学生全面参与式教学法,学生亲自参与学习活动,成为学习的主体后,才会真正理解教学内容。重点是唯有学生全面思考、全面参与,才能真的学到东西。

1.2 本课程教学方式设计

本课程安排将课程划分为知识储备、科研训练开展和科研成果提交3个大阶段。1)在知识储备阶段中,首先教师在学生注意力最集中时讲述重要的原理和概念,以及学科之间的交叉知识点；然后演示需使用的软件安装以及基本操作,并着重介绍相关的应用实例；接下来让学生自由讨论软件使用过程,并鼓励学生发言。2)完成基本的知识储备后,进入科研训练开展阶段,首先老师设计若干科研选题供学生选择讨论,同时鼓励学生自主设计科研选题,与老师交流通过后放入备选选题中,通过老师拟定的选题和学生自主设计的选题汇总,形成科研选题库。然后将学生分为若干科研小组,每个科研小组负责一个科研选题,同时每个小组拟定研究进度计划提交给老师,每周老师依照每组制定的进度计划进行检查,同时讨论交流下一步实验实施计划。3)科研成果提交阶段,学生根据研究进展提交撰写的科研报告或论文,老师评判其价值,如果成果一般则依照学生完成情况评分,作为学生该门课程的期末成绩；如果有创新,老师进一步和学生讨论,深入完善实验,老师辅助学生进一步修改完善论文,往相关科研期刊投稿。如图3所示为本课程教学方式开展的流程图。

图2 学生记忆保留率金字塔

2 教学情况数据分析

以2011届水利类本科为例,其中涉及水利水电工程、水文与水资源、农业水利工程3个专业,选课学生共计141人,其中有128人选好科研选题,加入科研小组。共计分为12组,其中10组为老师拟定科研选题,2组为学生自拟选题。从进度检查看,大部分小组除了个别周进度有拖延,基本都完成了实验,仅有2组完成情况不理想。从成果提交情况看,有3个小组在实验过程中有改进或创新,目前已有2组学生撰写了论文并被中文核心期刊录用,还有一组尚在修改完善中。有2组未完成实验,仅提交了查阅的文献综述,其余小组基本完成了实验,提交了科研论文。具体统计情况如表1所示。

通过对表1统计数据进一步分析可发现,采用本文教学方法后,大部分小组的学生在科研训练中掌握了多套图像处理、数据分析软件、编程语言等,在遇到数据量、数据处理难度大的选题时,采取裁切分化处理再合并的原则,锻炼了学生的团队分工与协作能力。试验完成后通过综述报告和论文的撰写,让学生养成良好的科研习惯和素养,为有进一步深造想法的学生打下夯实的基础。但在运用本文方法教学过程中也发现了一些问题：1)部分成绩拔尖学生采用 “抱团”模式,虽然 “抱团”小组完成科研情况较好,但这有悖于资源最合理调配原则,各个小组应该合理搭配学生,充分发挥不同类型、不同专长学生的作用。2)部分小组在科研训练进行过程中遇到困难时,解决问题能力偏弱,这也是表1中部分小组进度滞后的主要原因。需要进一步加强对计划进度的把控,遇到问题及时发现解决。

图3 本课程教学方式流程

表1 本课程教学情况统计

表1 (续表)

3 结束语

通过本文研究发现,按照 “理论课+实践+科研训练”的教学模式,能有效克服学生学习动力不足,增强学生自主学习积极性,同时能培养学生团队分工协作意识。该种教学模式是一种有益的尝试。同时需要注意的是,仍有小部分学生未加入科研小组,如何进一步提升这部分学生的学习积极性是接下来需要重点考虑的问题。

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