系统工程教学中项目参与式教学探究及应用

       作者简介:张英芝,女,工学博士,吉林大学机械科学与工程学院工业工程系副教授,硕士研究生导师。主要为工业工程专业本科生讲授《系统工程基础》、《项目管理》等2门课程,为工业工程专业研究生讲授《现代制造系统》、《试验设计理论及应用》、《现代制造系统工程》、《实验设计》等课程。自1995年以来参与或承担多项教改课题,获得多项省级和校级教学成果奖。连续多年获得“吉林大学机械科学与工程学院优秀研究生指导教师”、“吉林大学机械科学与工程学院优秀共产党员”荣誉称号。

       1. 教学创新概述

       1.1 创新背景:

       目前,我国社会正处于转型的关键时期,高等教育发展规模日益增大,接受高等教育的人数逐年增多,提高高校教学质量是高等教育发展的核心主题之一。为此,教育部出台了一系列的政策文件以推进大学教学改革,尤其是强调高校教学方法的改革。2001年教育部印发《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》,文件倡导实验教学与科研课题相结合,并提出要创造良好的科研条件让大学生较早地参与科学研究和创新活动;教育部(教高[2005]1号)《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》明确提出,“积极推动研究性教学,提高大学生的创新能力”;《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》也提出,要“支持学生参与科学研究,强化实践教学环节”。吉林大学作为高水平研究型大学,承担着精英教育的责任和义务,担负着为实现中华民族的伟大复兴而培养拔尖创新人才的历史责任。为适应拔尖创新人才的培养,需要更新教学观念,探索建立项目参与式教学模式迫在眉睫。

     《系统工程》是工业工程专业共有的核心课程,也是自动化、农业机械化工程、管理科学与工程、工业工程等专业的主干课程,是后续专业课、课程设计和毕业设计等学习任务顺利进行的基础。我校工业工程专业《系统工程》课程一般安排在第6或7两个学期,与课程设计、毕业设计、学生找工作和考研时间重叠,在此背景下,为提高学生学习质量,进行《系统工程》课程项目参与式教学模式研究具有重要意义。

       1.2 创新目标:

       探索以《系统工程基础》课程为核心,基于以问题和项目为基础的项目参与式教学模式,更新教育教学思想,改革教学内容、方法和手段,创造学生在教师指导下自主进行研究性学习的环境和条件,促进科学研究与教学的紧密结合,培养学生的创新意识和终身学习能力。

       培养学生的主动学习能力。学生在校园网平台下可以在课前利用互联网获取教学资源,学生可以根据自身的实际情况自由安排学习时间和学习地点,学习的过程可以安排在一种轻松的氛围中进行,并且学习过程中,可随时调节教学节奏来完成基本知识的学习;对自己感到困惑的地方可以先记下来,到课堂上与同学和老师共同讨论,学生可以针对问题进行反复交流讨论,以达到扩展和加深对知识的理解与认识的目的。这种方式使学生从被动学习变为主动学习,且可以主动地提出问题并与他人共同解决问题,培养他们的互助合作精神。

       提升学生运用所学知识解决实际问题的能力。教师在教学中,除要与学生探讨学习问题,还要根据自身研究方向及学生学习问题形成集多个相互关联、相互影响的知识点的项目教学案例;教师首先对项目进行分解并作适当示范,然后由学生分工协作在限定的时间内完成项目任务,学生通过直接参与项目实施的过程,了解项目中的每一个环节,并对项目完成后所取得的成果进行总结评价,加深对其中包含的知识点的理解与掌握,把握整个项目实施过程中的重点难点,通过亲自实践、体验,不但达到“做中学”的目的,还可激发学生的创新精神与热情,培养学生的责任感、团队合作能力及跨学科、跨领域完成复杂工作的能力。

       1.3 创新内容:

       ①整合教学项目载体,构建研究性教学方案

        根据《系统工程》课程性质、教学内容和学生特点,有针对性、创造性地进行教学设计,将课程教学中的主要研究性项目载体有机地组织起来,恰当地运用必要的现代教育技术和信息资源,寻求适当的教学方式方法来组织实施。

        构建研究性教学方案具体流程:明确课程教学目标,分析提炼课程研究专题主线;挑选出恰当的问题构建具体的研究性教学的项目载体;明确每一个研究性教学项目载体的教学目的、教学过程、需要提供给学生的指导性资料、对学生的基本要求等;具体设定每一个研究性教学项目载体的组织方式和时间安排,包括是否有学生展示、互评,教师点评等信息反馈环节;建立与研究性教学相适应的重视过程的形成性与终结性评价相结合的课程考核标准。

       ②精细化设计项目载体,做好项目参与式教学资源建设

       主要包括以下方面:审视教学内容,梳理教学内容主线,提炼课程主要问题,梳理课程各主要问题之间的逻辑关系;建立课程主要问题所覆盖的知识模块的框架关系,建立所研究问题的知识点之间的层次上的逻辑体系,即对问题做层次化设计;选取恰当的参与形式构建一个学生需要的具体问题,进行研究性教学项目载体的精细化设计,包含问题的提出、对学生的基本要求、提供给学生的参考资料、解决问题的步骤建议、学生的反馈环节、教师点评与学生互评、组织实施的时间节点安排、各环节的成绩评价等。

       ③教师改变角色,做好项目参与式教学的组织实施

       在项目参与式教学实践过程中,教师不再对所有的内容依次详细讲授,而是侧重讲授基本理论、基本技能和基本方法,更重要的是,教师要成为教学活动的组织者和引导者,对教学活动的开展起指导和促进作用,要在推动学生自主学习、组织学生调查研究、给予学生帮助和点评方面做出详细的规划并实施,充当组织者、指导者、参与者和评价者的角色。教学中要求学生在教师指导下通过项目参与式教学能学会质疑、独立思考、乐于探究、勤于动手,产生积极的情感和探索创新的欲望,让学生亲身体验研究的过程,自主建构新的知识,达到完成教学任务和培养新型人才的目的。

       1.4 创新效果:

       ①内部影响:

       因为一些学生要找工作、考研,还有的同学生病住院达一个多月,他们通过教学中心平台,下载教学课件及案例,可以根据自己时间和理解能力安排学习,通过创设轻松、愉快、平等、和谐的教学环境,充分调动学生的积极性、主动性;教师通过开展案例教学,使学生了解项目开展流程,如以“大学生上课睡觉的原因”调查分析为例,促使学生自主学习问卷设计、调查、数据分析、建模等相关内容且可以激发并配以学生的创新精神、创新热情和创新能力;教师结合课题调研、理论讲授、案例分析、问题诊断、互动研讨及互学互评等多种教学方式,提升学生的综合素质和能力,也拓宽了教师的研究、教学思路。

       本学期通过开展项目参与式教学,学生对基本概念、理论与方法的理解能力、知识的运用能力和团队意识明显增强,尤其是通过对具体案例的分析、研讨,实现知识点的有效整合,使学生的自主学习兴趣日益浓厚,为学生树立终生学习的理念打下良好基础,同时,发散式思维过程也提高学生创新能力;本学期学生学习成绩明显提高,试卷不及格率为10.7%,综合成绩不及格率为零。项目参与式教学的实施,也提高老师整体教学水平,锻炼培养老师拓展研究领域,提升老师以教学促进科研的能力,我们课题组今年八月申报的吉林省自然基金顺利获批;同时在项目参与式教学过程中获取了很多教学素材,每一次教学都是很好的调研过程,提升了教学能力与水平,本人在2016年度吉林大学机械学院研究生课程建设中申报项目获批。

       ②外部推广与应用:

       教学模式与考评方法对于同一类课程的教学可起到案例和示范的作用;因为在课程项目选择中考虑到本专业各课程之间的相关性,所以,该方法的实施既可对后续课程的教学起到先期导入、促进学生资助预习的作用,还可对前期课程起到复习、巩固、运用和提升的作用。因为课程项目之间的衔接,有助于学生建立稳定的知识体系结构,便于学生理解和掌握。

       3. 教学故事叙述

       以《系统工程》项目参与式教学过程为例,展开教学叙述。

       3.1课堂教学模式——问题、探讨

       在课堂上教师通过创设一定的问题情景,激发学生强烈的问题意识和探求动机,引导学生积极地发现问题,通过探讨主动地寻求问题解决的方法来获取知识。如对于“如何喝到一杯清新的热茶”这一问题,激发学生对系统要素、系统结构、系统功能、系统分析、系统设计、系统建模及系统评价等相关知识的学习兴趣,引导学生共同探讨、各抒己见,从而使学生形成发现问题、阐明问题、分析问题及解决问题的多种方法和策略,使学生在探讨过程中逐渐形成对问题进行界定、剖析的思维品质和习惯,并在此基础上培养学生创造性地解决问题的思维能力。由此进一步引发学生自主对系统原理、系统工程方法的求知欲。这样可以有效地激发学生学习的主动性和积极性,从而实现对知识的自主学习、自主建构。

       3.2实践环节采用项目研究模式

       通过项目研究模式进行课程实践环节,安排在课后进行。由教师提供项目,或通过教师的启发引导学生根据自己的兴趣设计研究项目,并在教师的指导下自主探索,实施研究计划,完成项目研究。

本学期本课程共有56人选课,以7人为一个项目小组,通过近6周的题目筛选、任务分工、课题调研、项目开展及项目总结等环节,在课程结束时进行项目汇报,学生不但撰写出项目结题书,每个小组成员还就自己的工作进行了本人的工作内容及经验总结。通过这一活动的开展,学生学习热情高涨,讨论激烈,构建了完整的项目研究体系结构,激发了学习热情,增强了团队合作精神、加深对所学知识点的理解。

       根据《系统工程》课程的特点、工业工程专业学生的特点以及学生掌握知识的一般规律和心理特点,将工业工程专业《系统工程》教学中实施项目参与式教学的程序分为引导—准备阶段、指导—探究阶段、评价—反思阶段共三个阶段。

       ①引导—准备阶段

       教师根据学生的具体情况和《系统工程》教学本身的特点来精心准备知识背景,创设问题情景激发学生的探究欲望,引导学生确立研究项目,组织学生建立项目研究小组,并指导学生初步制定项目研究草案。

       教师提出一个或几个趣味性、疑惑性的问题,如“三个和尚如何有水喝”等,教师并先不给结论,而是带领学生在现有系统工程知识的基础上“发现”出新的问题,并指导学生针对自己提出的问题,组成项目研究小组,通过讨论分析,筛选项目研究问题,界定问题范围、系统要素、系统要素间关系及系统环境和约束条件等,明确学习和研究的目标,使学生形成学习目标的心理定向,然后教师要通过学习小组的目标反馈,进行项目研究方法的指导。据此,学生根据自己的兴趣和特长选择项目问题,在问题的驱动下,进一步研读教学素材、跟踪国外前沿研究热点,对现有技术(如算法等)进行实验、评价和比较分析,自行开发程序实现(改进/新)算法等,自主进行项目研究。

        学生将根据所选问题的共同性或关联性自然分组,自行推举项目组组长并根据组内学生的不同背景进行方案设计、编程、文献、报告、演讲等不同分工,组内协作开展项目研究工作。

        ②指导—探究阶段

        指导—探究阶段是以系统实施项目研究方案为任务,在学生已确定自己的项目研究目标后,查阅文献资料,自主拟定方案,选择实验仪器设备和确定能有效测定数据的方法、先假设后实验、得到实验结果、进行分析讨论、撰写项目实验报告,或进行问卷设计、获取信息、进行相应检验等。

       教师有针对性的教授学生一些有关项目研究的知识、方法、思路、技巧、手段等,在这些指导中侧重于教学生从现有资源中学会获取知识(如查阅图书、杂志、学位论文、标准、专利等文献),学会判断信息资料的真伪、优劣、淘汰边缘资料,教会学生多渠道、多方式获取所需要的项目研究资料,尤其注重其他学科知识、理论、方法的借鉴作用,并对所获取的项目资料进行分类整理,从信息资料中归纳总结解决问题的思路、观点和方法,结合自身条件,确定项目可行方案,从而提高学生的科学实验能力、探究实践能力和评价、决策能力。

       ③评价—反思阶段

       这一阶段主要是对项目参与式教学活动进行总结、评价和反思。此阶段,学生通过体验、探究得出结论后,可以通过交流分享项目研究成果。可采用报告、研讨、辩论等形式让学生进行互相学习,共同提高,还可鼓励或提倡学生积极向相关杂志投稿或撰写专利,增强自信力和效能感。采用以学生为主体的小组间评价和组内个人评价相结合,书面评价与口头陈述和成果展示情况相结合的评价方式。

       3.3课程综合评价

       采用教师评价和学生的自评、互评相结合,对项目小组的评价和对项目组内个人的评价相结合,书面材料的评价与对学生口头陈述和成果展示情况的评价相结合,出勤、作业、实践报告和卷面考核的评价相结合,评价过程化,评价手段、内容多样化。体现过程控制,老师、同学、全员参与,评价内容综合的考评模式。本着既保护学生选择和评价教学的权利,又保护教师个性风格和改革创新的精神,评价主体体现多元化,保证评价的公正性和客观性。

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