工科学生基于建构主义工程实验技术的培养

余先伦 聂祥飞

摘要：实验工程技术素养是工科学生培养教育的重要方面。论文分析了传统实验工程技术培养的基本特征，根据建构主义学习模型，构建了工科实验工程技术建构主义培养的基本原则和实验工程技术培养体系，提出了学生工程实验技术素养培养的实施建议。在实验工程技术体系平台上实施建构主义培养，能够有效促进学生元知识、工程技术能力和独立批判思精神的养成。

关键词：教学改革；建构主义；工程技术；素养

一、引言

伴随信息技术引起的世界第三次工业革命，云计算大数据、互联网、物联网等融入到社会生活各个方面，教育正在全面信息化。工科是中国高等教育十大分类中一个重要的学科，在上个世纪八十年代，新的教育理论思想和教学方法开始注入到中国大学工科教学中，开启中国对二十世纪五十年代形成的前苏联工科教学模式的改革。建构主义教育的理论基础是Jean Piaget发生认识论和Lev vygotsky文化历史论，建构主义理论融入工科教学中，促使工科教学呈现出鲜明的特征[1-4]。传统工科体系由人文基础课程、专业基础课程、专业课程和专业选修课程和实践实习课程等组成，实验工程技术课程在工科体系中所占比例在20%-40%[5-6]。

这篇文章对传统工科实验工程技术培养的基本特征进行了分析描述，提出了建构主义实验工程技术课程学习模型，建立了工科专业建构主义实验工程技术培养体系，给出了工科学生养成实验工程技术素养的基本方法。

二、传统工科实验工程技术培养特征

当前工科实验工程技术教学模式基本采用Jan Amos Komensk?的班级授课制，教学内容主要是模仿那些被认为是成熟的技术。这种教学方式依赖学生过去知识的存储，教学方式单一封闭，学生仅仅是技术技能的存储器和加工机器，学生缺少独立操作和创新批判的精神，传统工科实验工程技术培养特征具体表现为[7-8]。

（一）实验工程技术内容采取狭窄固定模式构建。在传统模式中，实验工程技术一般是理论的补充和内容的验证，是对现象的描述，技术设计课程来自于专家团体或者主流技术的权威结论，技术流程是确定的，重点关注是否符合科学家团体认知，一般采用理性框架将实验技术内容逐级展开，这种模式系使老师和学生具有很强的依赖性。

（二）以单位时间粒度展开实验工程技术内容。实验工程技术内容以固定学时数进行教学展开，通过学时数对将实验工程技术分割成一个个单元或者项目，将实验实践工程技术环节划分为具体小任务，学生在规定的学时里完成。

（三）不能将学习者前期基础与培养目标有效结合。实验工程技术培养目标是由专家团体和主流技术团队预先确定的，其客观性只是代表整个主流团体，不能结合学生前期的基础，不能代表学生真实的需求，也非客观世界对实验工程技术本身限制，学生机械、被动而盲目的学习，学生很难达到预先设定的目标。

（四）实验工程技术只关注专业和课程本身。传统实验工程技术把注意力集中在技术流程和实验技巧等方面，没有关注课程与学生主体间的有效交流，没有考虑学生主体的具体特征和道德情感，没有考虑社会经济结构和人文因素对实验工程技术的影响，淡化了学生主体的创造思维特征和人文情景。

（五）传统实验工程技术考核以试验结果作为主要评价方式。这种考核方式的局限性在于，只考查了学生能否将固定的技术流程原样呈现出来，是学生技能和技巧熟练程度，不能正确判断学生是否全面理解实验工程技术主体、解决实验工程技术的能力程度和学生的批判创新能力。

（六）实验工程技术体系的设置和实施不能有效养成学生工程素养。传统实践课程主要是验证性实验、设计性实验、综合性实验、现场实习和企业见习等，开发性实践项目任务比重较小，项目任务简单陈旧，研究性项目任务有时技术含量高，理解完成的难度较大，学生难以完成，这与学生的工程素养的养成存在较大差距。

三、工科实验工程技术课程建构主义学习模型

建构主义建立了学生主体关于认知、学习和教学等的一系列理论。建构主义认知观认为，工科实验工程技术内容是对变化的客观流程进行不断描述、设计和发展的过程，具有历史性和发展性。学习来自于学习主体与客观流程之间建构性相互作用，具有主动建构特性，对客观流程的理解依赖学习主体曾经的经验，学生主体的学习具有现实性、完整性和实践性[9-12]。工科实验工程技术建构主义教学的核心应该是以学生主体、教学团队和客观流程为中心，教学方式无论是协作或自主学习，学生都是认知主体，是对客观流程的主动建构者，教师团队是学生学习的组织者，是建构技术的促进者和引路人。工科实验工程技术内容学习模型图如图1所示。

图1 工科实验工程技术课程建构主义学习模型图

在图1所示学习模型中，首要环节，教学团队根据人才培养方案和新的教学学习大纲，对学生主体需要学习的工科实验工程技术内容提出具体的技术项目和任务，建立并完善相关的实验、工程和技术情境。其次，在教学团队的支持指导下，学生个体接受实验工程技术项目或任务，根据教学团队提供的项目任务情境环境，对项目任务进行分析，理解项目任务的具体要求和目标，理解项目任务给出的方法和步骤。在这个环节中，项目任务的问题情境需要在广度与深度之间达到平衡，学生主体要综合运用自身所具备的先验知识、策略、技术和经验，大量查询教学团队提供的资源，对项目任务形成自己的综合理解，明确项目任务的本质核心。学习模型中第三个环节，是教学团队根据培养方案和课程教学大纲，针对项目任务及相关问题情境，引发学生个体的认知冲突，让学生个体独立批判的思考，采取有效的方法、思维和策略，提出解决项目任务冲突的各种具体方案，在这个环节里，教学团队和学生个体可以针对所要解决的项目任务进行有效扩展。

第四个环节也是建构主义学习模型中最核心环节，学生个体根据项目任务的解决方案实施项目任务解决，撰写相关报告书，对所达到的结果程度进行评判。学生个体需要充分驾驭项目任务进行实验工程技术探究性实践，在对项目任务解决的探究性实践过程中，学生拥有的先验知识、策略、技术和经验与所需要完成的目标之间能够充分展开有序双向的作用，学生个体的探究性实践活动能够真正深入到学生个体的真实内心世界中。在这个环节中，学生个体对项目任务的解决不可能一次性完成，必须通过教师团队和学生主体联合监控，针对项目任务学习持续检视，对学生获得的实验工程技术结果进行评判。如果是对项目任务的问题情境理解存在缺陷或构建的情境环境不足，需要重新回到第一个环节，如果是分析项目任务情境存在偏差，则需要回到第二个环节，如果是提出的解决项目任务的方案不足以完成项目任务，则需要回到第三个环节，在整个反思过程中，教学团队和学生个体需要将实验工程技术过程和责任不断持续转移到学生个体中，持续增强学生个体实验工程技术學习的独立性和自主性，为学生展现出新的探究领域，让学生先验知识、策略、技术和经验能够有效地被结构化，不断重构补充。

四、工科学生建构主义实验工程技术培养体系

根据上节实验工程技术建构主义学习模型，在实验工程技术教学中充分运用建构主义的情景、会话、协作、意义建构等四大要素，则建构主义的实验工程技术培养体系的构建需要体现以下因素。

（一）体现工科技术的社会背景、话语、进步和时代价值。（二）体现工科自身特定的训练目标，着眼学生个体的参与性，提倡工科课程的科学、合作和人文精神，追求思维、技能和能力的统一，培养工科学生主体的社会责任感。（三）实验工程技术培养体系需要同化学科内容，培养体系是一系列的活动项目任务，需要赋予学生主体自我发展空间，配置的情境资源要全面系统。（四）培养体系要充分关注学生主体的认知结构，需要不断调整学生自身主体的认知图式，使自身主体与实践工程技术有效结构化。（五）关注实验工程技术的批判性、价值取舍和道德因素，强调学生主体的判断能力、决策能力，建立工科工程技术的多样性，在训练过程中养成学生主体的社会自然世界观和道德基础。

根据以上原则，我们提出了如图2所示的实验工程技术建构主义培养系统。

图2 工科建构主义工程技术培养系统

在图2中，工科建构主义实验工程技术培养系统由九大模块构成，九大模块相互渗透，共同支撑学生实验工程技术素养的培养。专业基础、专业课程的课内实验，通过这一模块加深学生主体对专业知识的理解与学习；针对工科专业的专项选择特性的课程设计，加深学生的思考和设计理解能力；对于工科专业的课程群进行综合设计，养成学生综合应用设计能力；实践认知和技术见习两个模块主要加强学生从学校到企业的联结；技能训练和专业竞赛两个模块主要培养学生创新批判能力和独立精神；生产实习是要到企业中去，培养学生成为企业主体人；毕业设计是对学生主体工科四年所有能力的集中训练和总结。

九大模块分布在工科四年学习的各个阶段，循序渐进，注重课程体系从规范同一性向创造性、差异性的转变。每个模块实施都要根据建构主义方法进行，让学生主体在实验工程技术情境环境中学习，每个模块结束都要采用建构主义评价体系对学生的学习效果进行评价考核。每个模块需要根据建构主义学习的基础理论开发实验工程技术项目任务，扩展实验工程技术项目任务的外延选题，建立相关项目任务的情境环境，针对不同的学生主体、不同的实验工程技术项目任务、不同的学习环境进行培养。

五、工科学生实验工程技术培养

根据建构主义学习模型、实验工程技术课程体系平台、课程特征和学生主体基础，我们采用图3所示的学生实验工程技术素养培养路线。

在图3所示的培养路径中，我们需要组建专门的实验工程技术培养教学团队，对学生进行有目标的选择分层，建设足够的实验工程技术培养情境环境，采用建构主义方法和评价标准，对根据图2的实验工程技术体系逐级开展，让学生主体获得足够的学习和训练，使学生主体在各个不同层面上取得长足发展。具体路径是：

图3 工科学生实验工程技术素养养成体系结构图

（一）建设高水平的实验工程技术教学团队。建构主义实验工程技术培养体系对教学团队的要求很高，在实验工程技术建构主义教学过程中，学校和老师必须不断审视工程技术教学理念，促进教师团体不断自我重构，持续努力提升队伍工程技术素质。

（二）精心建立各个阶段的培养目标。学生工程技术素养的养成是建立在一系列具体的项目任务基础上的，项目任务的情境环境应尽量包含多种设计选择，明确项目任务的典型性、成果性、效果性和应用性。最终促进实验工程技术内容和方法的建构主义演进，激发学生的批判性创造性思维。

（三）对学生主体实施分层教学。针对学生主体的学习目标和先验知识基础，对学生进行分层培养。在我们的教学方法中，给学生完成项目任务的时间不固定，学生可以相互协作。在整个实验工程技术项目任务实施过程中，以学生主体和教学团队为中心，以项目任务情境环境为驱动，充分发挥学生主体智力因素和非智力因素，最终完成对实验工程技术素养的养成。

（四）创新实验室管理。引导学生主体自己尝试理解实验工程技术问题、提出具体解决方案并实施过程，采用灵活方式努力完成目标，因此实验室管理就需要给学生提供足够多的时间和足够的帮助，让学生在实验工程技术素养培养的路径方向上前行。

（五）充分关注学生的培养进程。教学团队有计划、有针对性的对学生的学习过程进行监控，关注学生主体在解决实验工程技术过程中工程手段的运用，关注学生主体是否恰当利用各种情境资源，关注学生主体实验工程技术的进度合理性和角色分工性，关注学生在工科实验工程技术项目任务的解决策略是否有挑战性、批判性、多样性和敏感性。

通过上面五个环节的运用，最终使学生主体获得充足的实验工程技术素养，达到教学团队设定的目标或超越目标。

参考文献：

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基金项目：重庆市教委教学研究项目“电子科学技术学位课程建构主义问题式教学与学习效果评价研究”（编号：YJG15303）、重庆市优质课程《高等电磁场理论》和重庆市高教学会项目“新工科电子信息工程专业建构主义人才培养模式探索”（编号：CQGJ17100B）資助。

作者简介：余先伦（1967-），男，重庆梁平人，教授，研究方向：建构主义教学研究等。