“土木工程材料”实验课的探究式教学及“五位一体”评价模型分析

李庚英，张锦涛，张敏 （华南农业大学水利与土木工程学院，广东 广州 510640）

0 前言

探究式工程科学教学[1]是提高工程技术人员科学和创造素养的重要手段。华南农业大学水利与土木工程学院提出了以培养学生创新科研能力和团队合作交流能力为目标的探究式教学模式，并基于“最近发展区”理论建立情境创设和探究点设置的教学方法，以“土木工程材料”为例进行教学改革。“土木工程材料”课程是土木工程相关专业的一门专业基础课，具有较强的理论性、综合性与实践性，以及多学科交叉渗透的特点[1][2]，此次教学改革取得了一定的成效。但该探究式教学改革仍存在以下问题需要解决，主要表现以下两点。

①学生在掌握的基本知识比较肤浅情况下的创新思维有效性问题。一切的创新思维都是基于一定的知识量，但是对大部分探究项目而言，大学生就某一专业知识掌握是非常有限的。那么如何基于学生已有知识达到提高创新能力和科学素养培养的目的是教学改革的难点问题[3]。也就是说如何合理设计教学策略，采用适当的教学方法，既提高学生的理论知识水平，又培养创新思维能力，这是保证教学质量的关键。

②对教学改革缺乏明确的衡量指标或标尺。如果对“创新能力”缺乏定量和定性标识，那么就无法探测和证明学生的创新能力是否真正提高[4]（即若不能准确定义什么是创新能力[5]，那么如何判断其提高与否）。因此提供完整、详细的创新能力或创新思维的定义，能避免空洞的能力培养要求，使“土木工程材料”能力培养的教学过程具有方向性和科学性。

本文针对上述重要问题，课题组设计了多层级、渐进式的探究式教学模式，并开发“五位一体”的探究式教学评价模型，在“土木工程材料”实验课教学过程进行实践应用。教学实践表明，采用多层渐进的探究式教学能有效激发学生兴趣，提高学生创新能力，循序渐进的拓展学生知识体系发展，同时“五位一体”的教学评价模型能够更加全面客观地对教学效果进行评价，促进教学良性开展，进一步增强学生自主学习能力、实践能力、创新能力和团队合作能力，为培养新时代工科技术人员奠定基础。

1 设计多层级、渐进式的探究式教学模式

维果斯基的“最近发展区”理论研究表明，学生“最近发展区”和认知系统是可以逐步提高的，呈现渐进性和动态发展特征[6]；另一方面，教学和学习过程中所探究问题的广度和深度也取决于师生活动水平和所涉及知识范围，也具有渐进性和动态发展特征。

设置层层相关、逐渐递进的多层次教学模式能够在实现知识、能力培养的基础上，充分激发学生学习兴趣，保护学生好奇心，培养科研素养[7]。多层级渐进性的探究可以由五条上升曲线来刻画，分别是“知识由浅入深”“能力培养由低到高”“主动性由弱到强”“探究强度逐渐变大”“探究内容的难度逐渐提高”，这五条曲线在五个维度上以一种循序渐进的方式把学生引入到探究式学习中，符合学生接受新事物的一般规律[8]。基于探究式教学特征，结合“土木工程材料”实验课的内容和各层次要求，构筑的渐进式、多层位的教学模式，具体如图1所示。

图1 “土木工程材料”实验课的多层级探究式教学设计

所有教学内容和教辅训练都由浅及深、由难到易，设置了三个层次。每个层次设定不同等级的学习目标和能力要求，根据层次的不同完成相应的指标。教师根据学生所在知识发展区布置相应的探究内容，每个探究内容都设有多层渐进的拓展研究。以项目“偶联剂对混凝体-沥青界面性能的影响研究”为例，具体说明学生在层进的探究式教学中开展的学习探知活动内容，结果见图2所示。展示结果表明，该组学生分三层完成了项目要求，每一层学习和研究过程中，都经历了探究的6个过程，即提出问题→相关资料查询与分析→推测和假设→设计实验寻求证实→信息和数据处理→结论与表达[9]。

图2 多层级探究式项目实例展示

从项目的三层研究过程来看，该组学生不但完成了普通混凝土的力学性能的研究测试，还进一步完成了公路混凝土的配制，并且基于化学科学和材料科学的基本原理，提出了偶联剂的作用机理，并建立了混凝土-沥青界面作用模型。图2表明，经过分层级探究式项目学习，基本具有了观察问题、分析问题、收集和使用实证、构造解释和证明解释等科学探究能力，即该组学生具有创造性思维和批评性思维，达到了本课程的知识和能力学习目标。

需要注意的是“土木工程材料”课程的探究点具有与时俱进的特点，依据社会和工程大背景可以有序提升；其次在各层级理论教学过程中，均适时提出真实的案例，这些案例既是理论学习的探究点，同时也是学生项目实践的素材。这些案例必须是真实的、有价值、有研究意义、能激发学习兴趣的问题。并且主要是关于土木工程材料中的重点、难点和热点问题。

2 开发“五位一体”的探究式教学评价模型

显而易见，针对上述渐进式、多层位的教学体系，传统的重知识、偏结果和强调记忆的学生评价方式，已经无法激励学生投入到科学探究的积极性，无法全面地揭示学生在探究式教学获得的能力进步和情感发展，自然无法调动师生大胆探究、主动参与和深入实践的积极性。构建适应和促进探究式教学开展的新学生评价体系，既是探究式教学模式的内在要求，也是激发学习动机、培养学生创新精神与实践能力的需要。

通常学生学业评价主要涉及评价什么（评价内容）、怎么评价（评价方法）、评价谁（评价主体）、怎么解释评价信息（评价量规或评价标准）以及如何使用评价结果（评价目的）等五个环节。为此，设置了如表1所示的“五位一体”的评价模型，对学生的学业表现进行评估。

“五位一体”的评价模型 表1

其中，评价内容应与教学目标相匹配。评价方法涉及收集评价对象的信息。评价方法应该与评价内容即欲评学习结果的类型保持一致。知识目标可以通过笔记或口试进行较好的评估，而内隐的能力、情感和价值观只能通过外显的行为、语言、作业、产品等进行推论评价。因此评价方法采用直接（Direct As⁃sessment）的定量评价和间接（Indirect Assessment）的定性评价相结合。具体而言，定量评价提供直接关于学生知识、能力和态度发展水平的证据。具体方法有作业、测验、量表、设计、论文、档案袋、答辩等。定性评价是次级评价，是知觉（Perception）到的学习结果，不能直接、真实地反映学生的学业水平。

评价主体采用单一主体和多元化相结合。探究式教学活动主体的多元化。教师不仅是单科教师，其他指导教师及相关科目教师也参与了教学活动。学生是与小组成员一起参与探究活动的，参与成员都有关于评价的发言权。探究式教学目标的多维性。特别是能力与情感目标较为内隐，单一的评价主体（教师）无法全面掌握学生行为信息，自然无法做出全面和科学的判断，即使全面掌握了学生行为的信息，在推断其探究态度和能力发展时也未必完全吻合。因此让学生同时成为学业评价过程的积极参与者，有利于克服评价对象的恐惧心理，保护学生的自尊心和自信心，消除评价中产生的对立情绪。同时，有助于学生反思学习过程，对未来学习作出合理的规划与安排，提高自我调整能力。最后，同学间互评有助于借鉴对方优势，促进共同成长。

采用评价量规能有效解决传统笔试测验在评价学生能力、策略、情感和态度等方面的低效性，适用于对定性评价方法所得来的数据进行处理。量规给出了清晰的预期学习结果以及评价预期学习结果等级的标准和细则。在学习的不同阶段，针对不同学习内容，指定相应的评价量规。以表2和表3为例，分别针对“过程与方法”和“团队与交流”这两个教育目标（评价内容2和5）,在实验教学环节中制定的评价量规。根据探究式教学的特点，“过程与方法”的评价细则主要从探究式教学的6个发展过程进行，评价标准分为四个等级，具体见表2所示。“团队和交流”评价量规分为5个等级，分别对应不同的量化指标，具体见表3所示。

实验教学环节中的“过程与方法”评价量规 表2

学生通过阅读量规，可以理解其学习结果将如何被评价，从而激励主体性和责任心来完成学习任务。同时，量规给学生提供的反馈信息，有利于自我调整、自我监测和自我改进。教师在开发量规的过程中，会不断思考改善教学策略以提高学生表现等级与水平。评价量规既可以借鉴已有研究成果，也可由教师在参照心理学、教育学理论基础上自行开发。

评教模型的目的是形成阶段性评价和最终评价，其中阶段性评价是在学习不同阶段，针对不同学习内容，采用单一方式或者多方式联合进行评价。最终终结性评价是综合教学整体过程和各阶段指标，对学生在该课程中的表现进行全方位评价，同时也是教学效果的最终体现。

3 结语

本文以“土木工程材料”实验课为例，分析了采用探究式教学方法时存在的问题，基于科学的探究教学原理和“最近发展区”理论，提出构筑多层级、渐进式的探究式教学模型，充分考虑师生活动水平和知识的发展动态，不仅为学生创新能力和科研素养培养奠定基础，而且大幅激发学生学习兴趣，保护学生好奇心，使学生的知识体系、能力、主动性、探究的强度和难度都逐渐提高，具有显著的优越性和科学性。同时提出“五位一体”的教学评价模型，能够更加全面客观地对教学效果进行评价，促进教学的良性开展，进一步增强学生的自主学习能力、实践能力、创新和团队合作能力。评价模型的可操作性强，具有较好的科学性和创新性，为“土木工程材料”课程改革的顺利进行和持续改进奠定了基础。