基于工程類專業(yè)基礎課的挑戰(zhàn)性課程教學方法討論

1、 基于工程類專業(yè)基礎課的挑戰(zhàn)性課程教學方法討論 楊偉 唐璞 駱無窮 詹銘周（電子科技大學，四川 成都 611731）摘 要：挑戰(zhàn)性學習課程作為一種新的教育理念正在國內(nèi)一流高校逐漸興起，針對目前工程類專業(yè)基礎課程的特點，電子科技大學微波技術(shù)基礎教學組結(jié)合挑戰(zhàn)性學習理論，探討了這類課程的挑戰(zhàn)性實現(xiàn)過程。重點從理論學習深度、授課方式、考核方式、相關(guān)課程設計等方面提出了相應的教學改革措施。實踐證明，該措施解決了學生學習主動性問題，較大幅度提高了學生的專業(yè)實踐能力，在期末考試成績方面也有明顯的提升?？傮w來說，該類課程建設取得一定成果。Key：挑戰(zhàn)性學習;跨學科問題;教學方式方法;微波技術(shù)基礎：G642

2、文獻標志碼：A ：2096-000X（2019）21-0086-04Abstract： As a novel teaching philosophy， the challenging learning methods are emerging in the Chinese first-class colleges and universities. Based on the characterizes of foundation courses in the major of engineering technology， the teaching team of foundation on

3、microwave technology in university of electronic science and technology of China （UESTC） explored the implementation of this kind of courses in term of the challenging teaching philosophy， and discussed the steps in transformation of education from the aspects of learning depth， teaching-learning mo

4、de， examination mode， and course design， and so on. It is proved that these steps can fix the problem of the learning activities of students， and improve greatly the practical ability， and finally， the exam scores became better significantly. Generally， this discussion on the transformation of educa

5、tion is effective.Keywords： challenging learning methods; interdisciplinary subject; teaching-learning mode; foundation on microwave technology一、概述課程挑戰(zhàn)度不足，是我國世界一流本科教育事業(yè)的瓶頸問題之一。國外高校非常重視學生的基礎理論和實驗課程的動手能力的培養(yǎng)。20世紀60年代，芝加哥大學施瓦布教授提出了“探究式”教學法，通過探究與討論過程，使學習者掌握科學的概念，了解科學研究的方法。幾乎同時，加拿大學者提出了基于問題的學習與教學模式，強調(diào)把學習設

6、置在復雜、有意義的“問題情境”中，通過讓多位學習者合作解決真實問題，來學習“隱含于問題背后的科學知識”，并形成自主學習的能力。20世紀90年代末，美國麻省理工學院、瑞典皇家工學院等四所知名大學聯(lián)合建立跨國合作研究組織，提出了現(xiàn)代工程教育的CDIO模式，即構(gòu)思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）。該模式讓學生以課程之間存在的有機聯(lián)系來學習工程技術(shù)。這些教學方法和學習方法都是現(xiàn)今比較先進的教學理論和學習理論1。所謂挑戰(zhàn)性學習是指通過增大課程挑戰(zhàn)度，強調(diào)對學生實踐動手能力的培養(yǎng)，從而達到激發(fā)學生的學術(shù)志趣，建立學術(shù)自信，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作

7、精神的目的。目前，國內(nèi)許多大學也提出并實踐了“翻轉(zhuǎn)課堂”、“小班教學”和“挑戰(zhàn)性學習課程”等教學改革，積極研究-試驗-推廣新的課堂教學模式，取得了良好的教學效果2，3。2012年，清華大學教務部門正式支持教師開出首門“校級挑戰(zhàn)性學習示范課”。電子科技大學在2017年也提出了挑戰(zhàn)性學習課程建設項目。通過此類課程，力爭使每個學生在校期間經(jīng)歷一次挑戰(zhàn)性學習課程體驗，經(jīng)受素質(zhì)、能力、求學三方面磨煉和提升。電子科技大學積極推進混合式教學模式教學改革，強調(diào)學生為學習主體和中心4。本文的主旨是基于學校在專業(yè)基礎課中推進“挑戰(zhàn)性課程”的探索計劃，以微波技術(shù)基礎教學改革為分析依據(jù)，討論面向這類課程的挑戰(zhàn)性實現(xiàn)過

8、程。二、問題剖析根據(jù)我國2008年推進的“卓越工程師培養(yǎng)”計劃，要求培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。作為電磁場與微波工程專業(yè)的專業(yè)基礎課程，微波技術(shù)基礎需要在一定程度上和工程實踐相對接5?；谝陨夏繕耍n程的內(nèi)容安排和課堂結(jié)構(gòu)設計上必須有相應的微波理論在微波工程實際應用中的實踐練習。微波技術(shù)基礎是一門承上啟下的課程，相關(guān)的前修課程有高等數(shù)學、電磁場與波、電路分析和電子工程數(shù)學方法等數(shù)學要求高、理論性較強的課程，后修課程有微波固態(tài)電路、微波集成電路、微波網(wǎng)絡和天線原理等工程實用性非常強的學科，因此該課程兼顧理論教學和工程實用的兩大教學特點6，7。但學生在

9、學習的過程中存在相對大的困難，主要表現(xiàn)在：第一，在教學的過程中多是進行理論知識的講解，未能讓學生直觀的接觸相關(guān)知識，使得學生整體的積極性不高。第二，課程所涉及的內(nèi)容很多、但都較為淺顯，學生在學習過程中對微波工程中的常用器件理解并不深入到位。第三，學生所取得的成績無法真實的代表學生所具有的實踐能力。三、教學改革方式怎樣進一步的改進該課程的教學方法以及教授模式，以培養(yǎng)出能夠更好滿足現(xiàn)階段市場所需的人才，是目前學校建設雙一流大學過程中須解決的關(guān)鍵問題之一。再進一步對微波技術(shù)基礎課程進行教學改革，以確保該課程的教學工作能夠擁有更好的效果，讓學生可以更加全面、牢固的掌握微波技術(shù)基礎課程相關(guān)知識。（一）啟

10、發(fā)式教學模式傳統(tǒng)的教學中以教師為中心，教師在課堂上“撒播”知識，學生被動接受知識。在以學生為中心的教學模式下，教師不再成為知識獲取的主體，反過來學生主動獲取知識。對大部分學生而言，獲取知識是一個相對被動的過程1。因此，針對學生的學習習慣和知識點的特色進行不同的教學形式設計，建立合理的課程體系，通過啟發(fā)式教學模式實行教學，使得學生在學習過程中更具主動性。工程類專業(yè)基礎課往往具有抽象、難懂的知識點。在微波技術(shù)基礎課程中，學生在看到復雜的微波理論、電磁場方程煩瑣的數(shù)學推導，還沒有學習就想著要放棄了。如圖1所示，在挑戰(zhàn)性課程授課過程中，教師可從基本微波知識和相關(guān)實物出發(fā)，提出相關(guān)知識點，設計出課題教學

11、中的相關(guān)問題，引導學生的思考意識，讓學生參與相關(guān)知識的討論，學生可根據(jù)知識點提出自己的看法，甚至教師提出的開放性問題可以讓學生通過實驗等方式來實現(xiàn)知識點的討論與掌握。在此過程中，教師和學生形成良好的互動方式，有利于啟發(fā)同學們的思維。（二）靈活的教學討論模式討論是學生在不斷強化、應用和關(guān)聯(lián)知識點的過程中進行學習的過程。從認知學的角度來講，課堂討論是非常有必要的。學生將新知識“摞”到自己已有的知識體系上的時候，這種結(jié)構(gòu)是很松散不牢固的。一些有工程應用問題的討論還能讓這個新知識點從“應用”的角度進一步固化到學生的世界觀中去。為了充分發(fā)揮課堂討論的優(yōu)勢，提高學生討論的效率，課堂討論的前期設計是非常必要

12、的。通過對不同小組設定不同的知識點和對應問題，在課堂上根據(jù)講授內(nèi)容和節(jié)點，讓不同小組參與相關(guān)知識討論，甚至是通過“翻轉(zhuǎn)課堂”形式，以每組學生參與講解，從而串起所有知識點。在整個教學實踐環(huán)節(jié)，需要注意以下兩點：1. 討論的內(nèi)容應該是開放性的，不是“死板的”知識點。以微波技術(shù)基礎課程為例，該課程同時連接著理論和工程，針對物理現(xiàn)象的理論推導可以進行的課堂討論題目有對物理現(xiàn)象的預測性討論，比如：在介紹用場解法討論導波系統(tǒng)時，用縱向場解法求解的前提是什么？該問題在課本中是沒有單獨提及，但是同學們在思考以后，可以自己歸納總結(jié)得出。2. 討論的形式應該是靈活的，而不是固定不變的。微波技術(shù)基礎課堂學生人數(shù)在3

13、0人左右，通常以4至5個人為一個討論小組，這樣能保證組內(nèi)成員間的各個學生積極參與。同時，討論也不僅僅局限于組內(nèi)，組與組之間、個人與個人之間，都可以形成有效的討論。特別是對于一些較大課程知識點，可以通過設置不同小組分析討論同一問題的模式，加深同學們對知識點的理解。（三）合理的挑戰(zhàn)性課程設計通過建設挑戰(zhàn)式課程，幫助學生取得期望的學習成效，以經(jīng)典科學問題、前沿科學問題和重大工程技術(shù)問題為牽引，將本科學科基礎類課程的教學內(nèi)容按照“從問題中來-到問題中去”的走向，實現(xiàn)了學生間的合作式學習，師生之間的協(xié)同式學習，掌握本學科知識點，了解跨學科研究方向，使學生在完成挑戰(zhàn)性任務的過程中獲得成就感，進而增強作為拔

14、尖學生的勇氣、信心和能力。經(jīng)歷一次挑戰(zhàn)性學習課程體驗，經(jīng)受素質(zhì)、能力、求學三方面磨煉和提升。通過合作解決挑戰(zhàn)性難題，使學生快速獲取新知識并綜合運用相關(guān)知識，培養(yǎng)學生溝通、合作和創(chuàng)新能力，促進學生敢于善于挑戰(zhàn)自我、主動學習。作為微波技術(shù)基礎課程改革的重頭戲，本課程的課程組在這方面做了大量的工作。由于本課程的知識點較多，相互之間又緊密關(guān)聯(lián)，因此課程組做了一個大膽的嘗試：設置課程設計菜單。在本課程中學生需要完成多個課程設計。針對不同的知識點的關(guān)聯(lián)性和實際工程應用中的一些情況，課程組提出了以下四個課程設計題目，包括：1. 導波理論及分析方法，場解、表面電流等計算及可視化處理;2. 傳輸線過渡、模式激勵

15、原理及方法;3. 同軸線設計與阻抗匹配;4. 波導耦合與激勵，波導元件，微帶功分器、多端口元件特性等綜合問題。可以看出，上述設計既體現(xiàn)出了基本原理概念，又體現(xiàn)出了開放性的討論空間。既要求學生掌握書本基礎知識，又要求其掌握課程外的典型微波器件設計方案和技術(shù)途徑。引入開放性的討論課題，避免“教條式”的學習和答案，充分發(fā)揮學生的主管思維，具有相當?shù)奶魬?zhàn)性，體現(xiàn)出挑戰(zhàn)性課程的難度。（四）合理的考評方式課程考核體系（學生在本課程中的學習成果）由本課程的教學目標決定，其形式并不僅僅局限于卷面考試和實驗。在課程考核規(guī)劃中進行了嘗試，在4個教學班中，根據(jù)班上不同的學生人數(shù)，分為2個大班（多于50人/班），2個

16、小班（小于30人/班）。同時，采取不同比例的考核分數(shù)分配比，如表1所示。這里主要有四個特點：1. 為了避免以往學期所出現(xiàn)的學生“期末臨時突擊”、“考后迅速忘記”的問題，所有教學班的平時成績都超過（或等于）50%，突出平時成績的重要性。即使期末考試成績再好，也無法通過該課程。2. 將考試這種形式分散到課程學習的不同階段中。在微波技術(shù)基礎總56學時數(shù)中，根據(jù)上課的內(nèi)容和階段安排，安排不少于4次單元測試。3. 加大課程設計在最終成績中的權(quán)重值（分別為25%和40%），保證在這個學習過程中具有相當?shù)碾y度。以挑戰(zhàn)性課程設計為牽引，引導學生自學。4. 對大班、小班采取不同的考核標準，強化因材施教方式。在小

17、班教學中，更加注重每個學習組的具體情況（如表1）。其中，對每次課程設計的個人評價，將采取分別小組總評和個人評價兩種方式同時進行。具體地：（1）小組總評=老師評價40%+其他組互評60%;（2）個人評價=小組總評個人比例。這里還必須注意三點：（1）平時成績評分要求公平、公正、嚴格、客觀，盡量避免人為因素。（2）除了課程設計需要小組內(nèi)討論外，其余測試和作業(yè)皆為學生獨立完成，絕不允許抄襲等情況出現(xiàn)，這需要助教的配合。（3）在平時抽查點名中，如果出現(xiàn)缺席，將在最終總分的基礎上執(zhí)行5分/次的扣除方式，每學期點名次數(shù)不少于4次。這樣一方面課程設計的題目更加貼近于實際工程應用，符合“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的宗

18、旨，同時由于課程設計的報告形式更加靈活多變，避免了學生抄襲的可能。四、效果評估總結(jié)本課程對比了教學組4名教師在課程改革前后的最終成績對比。在百分制的評價體系中，給出了5個分數(shù)段的學生百分比。其中，2017年為之前采用傳統(tǒng)教學方法的結(jié)果，2018年為當前改革年的結(jié)果（如表2）。在近幾年考題難度相當?shù)那疤嵯?，通過2018年進行挑戰(zhàn)性課程改革試驗，可以看出：1. 及格率也有所提升。2. 高分成績明顯提高。同時，我們還發(fā)現(xiàn)，學生對該課程的興趣有了明顯的提升，表現(xiàn)在課程設計的主觀性思考有諸多“亮點”，具有相當?shù)纳钊胨伎?。另外，學生也對與該課程相關(guān)的一些項目表現(xiàn)出了研究興趣。目前，多名（大三）學生已進入與

19、微波技術(shù)相關(guān)的課題組開展項目學習和工作，并且已表現(xiàn)出了一定的研究能力。五、結(jié)束語通過這一學年的挑戰(zhàn)性課程改革實踐，我們發(fā)現(xiàn)學生的主觀能動性、最終學習成績都比之前有了明顯的提高。但是在實踐過程中仍然發(fā)現(xiàn)存在以下問題：1. 選題問題：由于挑戰(zhàn)性課程設計要求相關(guān)課程設計內(nèi)容具有一定的難度和發(fā)散性，因此對指導教師的知識水平要求較高，目前課程組設計的實驗題目共有4個。然而并不是所有學生都對這4個題目感興趣，因此課程組考慮在后續(xù)增加更多的綜合性題目提供給學生選擇，同時實現(xiàn)和實際工程問題相結(jié)合，提高學生的工程能力和直觀學習能力;2. 自由組隊問題，由于課程內(nèi)容和難度都比較大，因此課程設計實現(xiàn)中是由學生每三人自由組隊進行分組，這種方法的好處是可以促進學生的團隊協(xié)作能力，但是也可能導致“強-強聯(lián)合”的情