港口航道與海岸工程專業課程項目學習授課方法的實踐與探索
——以“畫法幾何及水利工程制圖”課程為例

田正林,吳光林,赫巖莉

(廣東海洋大學 海洋工程與能源學院,廣東 湛江 524088)

“畫法幾何及水利工程制圖”作為港口航道與海岸工程專業的基礎必修課,主要是關于畫法幾何基礎理論知識和水利工程制圖的一門課程,其專業性和實踐性很強。該課程普遍在大學一年級開設,由于課程涉及較多的專業知識、專業名詞及本專業結構物,理解上存在困難,學生的學習興趣和能動性較差。為了提高學生的學習熱情,提升教學效果,本文以廣東海洋大學港口航道與海岸工程專業畫法幾何及水利工程制圖課程為例,將著名的項目學習方法引入本課程教學中,探討了項目學習教學實踐方法,設計了相關案例,獲得了一些經驗,供同類院校和本校類似課程教學改革參考、借鑒。

一、問題的提出

目前,高?！爱嫹◣缀渭八こ讨茍D”課程教學仍存在重視理論基礎知識,輕視動手繪圖、讀圖實踐及解決實際問題等突出能力培養的問題。在工程類專業課程教學中,如何在專業涉及面廣、課時緊張的條件下將理論知識與專業背景、工程背景進行有效結合也是困擾教師的痼疾所在。盡管港口海岸及近海工程專業課程改革歷時多年,但學生仍有較高的課程負荷和較低的學習獲得感,唯有協調好專業基礎知識、實踐操作、專業素養與專業特性的關系,才能真正發揮好高校專業課程的育人效果。在2020年新版《畫法幾何及水利工程制圖課程教學大綱》中,明確提出提高學生解決實際工程問題能力的教學目標和課程目標,并培養學生關注社會熱點問題、社會發展趨勢與國家發展戰略的自主學習能力,這與適應變化世界的項目學習在理念上是一致的。[1]將項目學習引入專業課程授課中,并帶有較強的專業性、工程背景、強烈的社會關懷、文化傳承、生態保護等重大社會性、科學性議題,具有劃時代意義。

項目學習(Project-Based Learning, PBL)是一種以問題解決和產品導向為主要特征、強調以學生為中心的系統教學方法。[2]與基于問題的學習方法和基于任務的學習方法有所不同,項目學習具有一個相對完整的學習周期,包括項目啟動(入項活動、團隊建設等)、項目計劃(明確目標、定義產品等)、項目執行(搭建框架等)、項目控制(過程性評價等)、項目成果展示與評價等[3]。一直以來,“畫法幾何及水利工程制圖”課程教學在建構主義理論的指導下深入發展,主張學習要以學生為中心,教師要基于學習者已有的經驗和知識水平搭建學習構架。項目學習可以提高學生學習專業課的興趣,提升學生的學習成績,培養學生自主學習能力和團隊協作能力。

綜上,項目學習作為一種創新的專業課程學習方法,已逐步引入我國大學各類課程教學中并取得了一定的教學效果。本研究對項目學習進行探討,意在進一步深化基于項目學習的畫法幾何及水利工程制圖專業基礎課程的教學研究。

二、案例設計實踐與探索

根據當前畫法幾何及水利工程制圖課程的教學現狀,以提高學生自主學習能力和提升學生自身專業知識水平進而提高教學質量為目標,針對項目學習方法中的課程內容、課程思路、思政教育等方面進行改革與實踐探索。

(一)教學內容

畫法幾何及水利工程制圖課程涉及畫法幾何知識和水利工程制圖內容,主要學習投影原理進行三維空間形體表達和圖示方法,分析、解決結構或構件空間幾何關系及水利工程建筑物的繪圖、讀圖等問題。授課內容盡量從簡到繁、從淺到深、循序漸進、力求簡練、條理清晰。項目學習案例中需要涉及課程所有的知識點,并且注重知識點的難易程度和專業知識面的廣度。對于空間想象力要求較高的內容,配合一定的實體或視頻進行,并適當融入項目學習案例中。項目學習中要多涉及水利類專業的基本制圖常識、常見的專業建筑物圖樣、水工建筑物中的曲面、標高投影、鋼筋混凝土結構圖,等等,讓學生逐步接觸本專業的相關知識,為后續專業課程打下良好基礎。

(二)教學思路

“畫法幾何及水利工程制圖”課程項目學習的每一個案例都要有明確的目標,每一個目標都要涉及不同的知識點、專業術語、課本內容、專業背景、專業問題、問題分析和問題解決,每一部分都應對學生的某一方面能力進行提升。項目學習案例應有項目啟動計劃、目標、輸出產品或結果、項目框架、過程性評價、成果展示與評價,每個環節所涉及知識都要層次分明,由基礎到高級,由簡單到繁瑣。要注重實際工程或學生畢業以后在工作中可能遇到的項目,還要兼顧專業知識的深度和廣度。

(三)課程思政

畫法幾何及水利工程制圖課程專業性強,課堂知識枯燥難懂,且因課時所限,課程對學生人生觀、價值觀、家國情懷的培養欠缺,忽略了學生的思政教育。2017年12月,中共教育部黨組印發《高校思想政治工作質量提升工程實施綱要》之后,各高校都進行了“課程思政”課堂教學改革,將專業課程所蘊含的思想政治教育元素和其所承載的思想政治教育融入課堂教學各環節。但項目學習案例中融入思政教育需要精心設計,思政內容融入過程中要注意適宜性,不能太突兀。因此,項目學習中課程思政元素應與專業課程相關,并且能夠反映我國大國重器級的工程項目。

(四)課程教學目標

“畫法幾何與水利工程制圖”課程在教學過程中要注重幾何分析、求解能力、空間立體感、解決問題的培養,項目學習案例中要關注教學目標的實現。目前,即使學生能夠很好地掌握這些能力,但對于復雜的工程問題,學生分析和解決實際問題的能力欠缺,也不能將所學知識和培養出來的能力很好地應用于實際。廣東海洋大學海洋工程與能源學院旨在培養應用型人才,要求學生具備相應的工程實踐能力,項目學習案例要支持課程教學目標。在項目學習案例中設計一些相關問題,比如適當引入實際工程問題供學生獨立完成、適當引入實際工程項目供學生設計,等等,類似內容可有效支撐課程教學目標,發揮出色的教學效果。

三、項目學習案例設計

“畫法幾何及水利工程制圖”課程的項目學習案例需要依據課程內容和教學內容進行設計。由于課時所限,課程學習案例不宜過多,投影知識,點、直線、平面,立體及立體表面相交四部分設計為一個案例,組合體、軸測圖和工程形體的表達三部分設計為一個案例,水工建筑物中的常見曲面、標高投影、水利工程圖三部分設計為一個案例,鋼筋混泥土結構圖設計為一個案例,總共4個案例。案例設計要對每個具體內容進行考核,并賦予一定的分數。項目學習案例設計考核的內容及評價見表1。

可以根據學習案例的考核內容對學生的學習效果進行評價,并且評價過程中要注重各個學習環節的評價,對學生的綜合能力給出一個客觀的成績。

(一)統計考核項目和得分

依據課程內容的考核項目,將學習案例中各項目不同考核內容的得分進行統計,根據年級和班級同學每個項目得分,評價學生的學習效果。學生的得分為學習案例各個環節的綜合得分,包括提前預習情況、回答問題情況、結果產品展示,等等,綜合得分要客觀、真實。

(二)數據重組

將獲得的學習案例項目考核得分及項目進行重組,組成新的數據集,有因變量和結果,通過不同年級和班級的成績,分析因變量的變化對教學效果的影響。通過改變因變量,也就是改變案例考核內容,發現教學效果的變化,總結規律和教訓,不斷地提高教學效果。

(三)結果分析

可以通過先進的數學工具及計算機工具對學生的綜合表現進行分析,通過多年的數據,可以分析不同因變量的變化對學生學習效果的影響。通過分析工具可以對項目案例內容的效應、主效應、調節效應、敏感性等進行計算和分析。結果分析中可以采用哈里斯[4]使用的元分析方法對案例中的每項研究的因變量變化去分析整體結果的效應量。通過結果分析可以明確因變量中起突出貢獻的變量,并確定哪些部分對學生的學習效果有重要影響,從而在教學中給予重點關注。

四、項目學習改進建議

項目學習對提升學生的學習能動性及學習成效具有積極影響,但是,項目學習案例要合理才能達到預期效果。案例設計需要注意如下幾個方面:

(一)設計適用于不同章節內容的項目主題

教師在設計項目學習案例時需要兼顧課程內容、專業知識、考試要求、學生能力與素質培養等[5],項目主題盡量以教材章節單元作為基本單元,圍繞課程培養目標進行。項目學習主題常見形式有:1)問答型項目。該類項目鼓勵學習者與老師或專家進行口頭闡述,回答項目中遇到的各種問題,通常會涉及較多的專業基礎知識;2)實例型項目。該種類型項目主要借助于不同形態的媒介(新聞、時事、視頻等)引導學生開展學術討論;3)調查型項目。利用網絡資源查找、問卷調查、訪談等方法開展項目,幫助解決實踐場景中的真實問題;4)分析型項目。鼓勵學生通過對實際工程案例的分析,掌握所學知識,更好地理解本專業課程。

(二)合理運用先進技術輔助學習和展示產品

以往項目學習中存在忽略學生運用先進技術和信息技術解決實際工程問題的現象,主要是數字化媒體和計算機技術的使用[6]。而項目學習過程中會經常使用現代化技術,比如CAD計算機繪圖、文字處理工具、PPT設計、PDF處理工具等,這些工具的使用會直接影響項目學習的授課效果。因此,在項目學習過程中通過學習先進技術可以使學生切身感受到項目學習的價值,引導學生進行自主研究,幫助學生更真實、形象地展示成果。作為一種新的專業課教學方法,項目學習與其他教學方法應相向而行,多模態的計算機輔助教學,如混合式學習、移動學習等教學形式,同樣可以融入項目學習中作為重要的學習框架,促進項目的完成。

(三)項目的學習環節要完整

完整的項目學習過程要有提前學習、問題分析、方案分析、問題解決和問題反饋等階段,學生在項目學習中要經歷完整、連貫、流暢的思維過程的磨練[7]。高水平的項目學習需要將項目貫穿于整個課程教學中,完整的項目學習環節有利于教師更好地“以學生為中心”,提升學生的自主學習意識與能力。此外,需要關注在高校專業課程中開展項目學習現實條件,要考慮學生的學習荷載,盡量避免時間集中在期末考試階段,以保障項目完成的質量。學生進行完項目學習,要進行項目成果展示和評價,發揮過程性評價的功能。

結語

根據“畫法幾何及水利工程制圖”的課程性質,將項目學習方法引入專業課程教學中,給出了項目學習案例的設計思路,并對項目學習效果的評價進行了設計。設計了項目學習在港口航道與海岸工程專業課教學中的應用案例,對項目學習在專業課程教學中的效果進行了分析,發現項目學習中課程設計的規律。研究發現,項目學習有利于提高學生的理論知識綜合應用能力,體現在基礎知識掌握、專業知識掌握、解決實際問題等多個方面。研究成果為優化專業課程項目教學提供參考,但學習案例設計中仍存在不足,項目設計中未能充分控制各部分之間比例關系,可能導致項目學習側重某一方面。