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      基于OBE理念的工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)改革研究

      2020-06-01 07:49熊志平秦瑩瑩
      關(guān)鍵詞:OBE教育理念教學(xué)改革

      熊志平 秦瑩瑩

      【摘要】成果導(dǎo)向教育(Outcome Based Education),簡(jiǎn)稱(chēng)OBE,作為一種先進(jìn)的教育理念,得到了人們的廣泛重視與認(rèn)可,已成為許多發(fā)達(dá)國(guó)家教育改革的主流理念.工程數(shù)學(xué)課程是大學(xué)許多專(zhuān)業(yè)的一類(lèi)必修課程,通過(guò)這些課程的學(xué)習(xí),學(xué)生不僅能掌握數(shù)學(xué)的基本理論和方法,夯實(shí)從事工程技術(shù)必需的數(shù)學(xué)功底,而且還能加強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí),提高科學(xué)計(jì)算能力和實(shí)際操作與應(yīng)用等能力.本文研究了如何利用OBE理念指導(dǎo)工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)改革;探索在OBE理念下,如何根據(jù)工程數(shù)學(xué)課程的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)將課程理論知識(shí)的教育、應(yīng)用技能的培養(yǎng)和外部實(shí)際需求有效結(jié)合.

      【關(guān)鍵詞】OBE教育理念;工程數(shù)學(xué)課程;教學(xué)改革

      【基金項(xiàng)目】2018年廣東省普通高校特色創(chuàng)新類(lèi)項(xiàng)目(2018KTSCX234),2016年廣東省教學(xué)改革項(xiàng)目(GDJX2016016),2018年廣東省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目(GDJX2018014),2018年省級(jí)教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目和教學(xué)改革項(xiàng)目(GDJX2018004).

      一、引 言

      OBE教育,亦稱(chēng)成果導(dǎo)向教育,作為一種先進(jìn)的教育理念,1981年由斯派蒂等人提出后[1,2],很快得到了人們的重視與認(rèn)可,已成為美國(guó)、英國(guó)、加拿大等國(guó)家教育改革的主流理念.特別是美國(guó)工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)全面接受了OBE理念,并將其貫穿于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的始終.2013年6月,我國(guó)加入了華盛頓協(xié)議,成為該協(xié)議簽約成員,拉開(kāi)了我國(guó)國(guó)際實(shí)質(zhì)等效的工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證的帷幕[3].

      工程數(shù)學(xué)課程一般包括線(xiàn)性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、復(fù)變函數(shù)等課程[4].這些課程是許多本科專(zhuān)業(yè)的必修課程,大學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)這些課程不僅能掌握數(shù)學(xué)的基本理論和方法,夯實(shí)學(xué)習(xí)后續(xù)課程以及將來(lái)從事工程技術(shù)必需的數(shù)學(xué)功底,還能加強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí),形成科學(xué)思維方法,提高抽象思維能力、邏輯推理能力、科學(xué)計(jì)算能力和實(shí)際操作與應(yīng)用能力.

      本文從工程數(shù)學(xué)課程教學(xué)所面臨的問(wèn)題出發(fā),探討了在OBE教育理念下,如何改革現(xiàn)有的教學(xué)模式,重點(diǎn)研究了如下四個(gè)問(wèn)題:在工程數(shù)學(xué)課程中,我們想讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么?為什么要讓他們?nèi)〉眠@些學(xué)習(xí)成果?如何讓學(xué)生有效地取得這些學(xué)習(xí)成果?如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果?通過(guò)解決這四個(gè)問(wèn)題,研究了工程數(shù)學(xué)課程在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方式、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)方式等方面的改革,探索了工程數(shù)學(xué)課程從知識(shí)課堂到能力課堂的轉(zhuǎn)變.

      二、現(xiàn)階段工程數(shù)學(xué)課程教學(xué)中存在的突出問(wèn)題

      目前大部分院校的工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)還是重視理論體系的完整,重在培養(yǎng)學(xué)生較高的理解能力和邏輯思維能力,而一定程度上忽視了國(guó)家、社會(huì)的內(nèi)外部需求[5,6].這使得在新形勢(shì)下,工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)面臨諸多挑戰(zhàn).比如,學(xué)生的高考入學(xué)成績(jī)參差不齊,學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)態(tài)度和能力存在較大差異,而現(xiàn)階段的教學(xué)模式無(wú)法做到因材施教;由于大學(xué)生正處于價(jià)值觀(guān)形成和完善的重要時(shí)期,“數(shù)學(xué)無(wú)用論”“大學(xué)無(wú)用論”“畢業(yè)即失業(yè)”等觀(guān)念給大學(xué)生帶來(lái)了沉重的思想包袱,迷茫的思想讓學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)失去了信心;一些專(zhuān)業(yè)將來(lái)所從事的職業(yè)與工程數(shù)學(xué)之間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng),由此學(xué)生產(chǎn)生了較強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)倦怠情緒;最后,現(xiàn)有工程數(shù)學(xué)的教學(xué)理念落后、教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)評(píng)價(jià)體系不科學(xué)等客觀(guān)因素,也打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[7,8].

      在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中,一旦學(xué)生學(xué)習(xí)效果不好或教學(xué)成績(jī)不顯著時(shí),學(xué)校就會(huì)將大部分責(zé)任歸咎為學(xué)生和教師,而不去思考教育理念、頂層設(shè)計(jì)是否有問(wèn)題,是否能適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展和需求.實(shí)際上,上述幾個(gè)教學(xué)中的問(wèn)題,我們認(rèn)為最根本的問(wèn)題是教育根本出了問(wèn)題,突出表現(xiàn)為:

      (一)現(xiàn)有的工程數(shù)學(xué)課程的教育理念存在著較大的問(wèn)題

      現(xiàn)有的工程數(shù)學(xué)課程的教育理念是:“教是為了教會(huì),學(xué)是為了學(xué)會(huì)”.這一理念主要強(qiáng)調(diào)了教師的作用,而忽略了學(xué)生的主動(dòng)性.要改變這一現(xiàn)象,就必須追問(wèn)“教學(xué)是什么”這一根本問(wèn)題.OBE理念下的教學(xué)認(rèn)為:“教為不教,學(xué)為學(xué)會(huì)”.這種“教”是教學(xué)生學(xué),是教主于學(xué).教之主體在于學(xué),教之目的在于學(xué),教學(xué)的效果在于學(xué).真正做到將“以學(xué)為本,以生為本”的理念,深入工程數(shù)學(xué)課程教學(xué)的每一環(huán)節(jié)當(dāng)中.

      (二)現(xiàn)有的工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題

      現(xiàn)有的工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)模式是學(xué)科導(dǎo)向的,它遵循專(zhuān)業(yè)設(shè)置,按學(xué)科劃分的原則,傾向于解決確定的、線(xiàn)性的、封閉靜止問(wèn)題的科學(xué)模式,強(qiáng)調(diào)學(xué)科體系的系統(tǒng)性和完備性.此外,現(xiàn)有課程的教學(xué)設(shè)計(jì),注重學(xué)科的需要,而忽略了專(zhuān)業(yè)的需求和社會(huì)的需求,是一種“課程體系決定畢業(yè)要求,畢業(yè)要求決定培養(yǎng)目標(biāo),培養(yǎng)目標(biāo)決定內(nèi)外部需求”的正向設(shè)計(jì)原則.在這種教學(xué)設(shè)計(jì)中,內(nèi)外部需求是教育的結(jié)果,而不是教育的目標(biāo).因此,這種教育對(duì)社會(huì)和國(guó)家的需求,只能適應(yīng),而很難做到滿(mǎn)足,造成很多學(xué)生畢業(yè)之后找不到和專(zhuān)業(yè)對(duì)口的工作,甚至失業(yè).

      (三)現(xiàn)有的工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)實(shí)施過(guò)程存在問(wèn)題

      課堂是教學(xué)實(shí)施的主要形式,課堂教學(xué)是使學(xué)生能夠達(dá)到畢業(yè)要求,達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ),但目前工程數(shù)學(xué)的課堂教學(xué)尚未擺脫科學(xué)教育方式的羈絆.具體表現(xiàn)為:1.現(xiàn)有的課堂還是“填鴨式”的灌輸課堂,知識(shí)主宰著課堂,教師成了課堂的主導(dǎo)者,學(xué)生成了知識(shí)的容器,教學(xué)過(guò)程成了復(fù)制知識(shí)的過(guò)程.這種課堂抹殺了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,也打擊了教師的進(jìn)取心.2.現(xiàn)有的課堂是“封閉”的課堂,要求教師和學(xué)生在固定的地點(diǎn)、時(shí)間完成固定的教學(xué)內(nèi)容.在這種封閉的環(huán)境下,教學(xué)活動(dòng)圍繞著教師、教案和教材三個(gè)中心展開(kāi),在很大程度上打擊了學(xué)生的好奇心和自主學(xué)習(xí)的積極性.3.現(xiàn)有的課堂是“知識(shí)”的課堂,講的是知識(shí),學(xué)的是知識(shí),考的是知識(shí).教師講解知識(shí)點(diǎn),學(xué)生只需要聆聽(tīng)、理解和記憶.這種課堂忽略了知識(shí)應(yīng)帶來(lái)的創(chuàng)造力,阻礙了學(xué)生將知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的途徑.4.現(xiàn)有的課堂重視教師的“教”,而很大程度上輕視了學(xué)生的“學(xué)”.忽略了教師和學(xué)生的思考,忽視了思考對(duì)認(rèn)識(shí)世界和創(chuàng)造世界的作用.這種教學(xué)方式不允許學(xué)生質(zhì)疑,減弱了獨(dú)立思考的能力.

      三、OBE理念下工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)改革思路

      首先,要轉(zhuǎn)變教育理念,研究如何在工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)中引入OBE教育理念.在OBE教育理念下,我們可以解決以下問(wèn)題:1.確定工程數(shù)學(xué)課程的學(xué)習(xí)成果.例如,通過(guò)討論研究,可以確定線(xiàn)性代數(shù)的學(xué)習(xí)成果為:矩陣特征值與特征向量的求法及其應(yīng)用;線(xiàn)性方程組的解法及其應(yīng)用;矩陣的行初等變換及軟件編程求解;相關(guān)模型的構(gòu)建與求解.2.構(gòu)造工程數(shù)學(xué)的課程體系.學(xué)習(xí)成果代表了一種能力.這種能力主要是通過(guò)課程教學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)的.3.確定工程數(shù)學(xué)課程教學(xué)的策略.普及PBL教學(xué)法和案例教學(xué)法在工程數(shù)學(xué)課程教學(xué)中的結(jié)合應(yīng)用.4.在工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)中,構(gòu)建一種自我參照的評(píng)價(jià)體系,采用多元和梯次的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),強(qiáng)調(diào)達(dá)到學(xué)習(xí)成果的內(nèi)涵和個(gè)人的學(xué)習(xí)進(jìn)步,不強(qiáng)調(diào)學(xué)生之間的相互比較.5.在工程數(shù)學(xué)的教學(xué)中,形成學(xué)生逐級(jí)達(dá)到頂峰的公共認(rèn)同,意味著具有不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生將用不同時(shí)間,通過(guò)不同途徑和方式達(dá)到同一目標(biāo).

      其次,要改革工程數(shù)學(xué)課程的現(xiàn)有教學(xué)設(shè)計(jì),探索OBE理念下工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)模式.在OBE理念下,我們應(yīng)該遵循反向設(shè)計(jì)原則,從內(nèi)外部需求開(kāi)始,解決以下幾個(gè)任務(wù):1.理清內(nèi)外部需求與課程培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)系.2.理清課程培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系.3.理清畢業(yè)要求與課程教學(xué)內(nèi)容的關(guān)系.4.理清課程教學(xué)內(nèi)容與內(nèi)外需求的關(guān)系.通過(guò)研究這些內(nèi)容,更好地制訂工程數(shù)學(xué)課程的培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、教學(xué)大綱、教學(xué)課件等等,從而使工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)更科學(xué)、更有效,讓相關(guān)知識(shí)在解決實(shí)際問(wèn)題中發(fā)揮更大的創(chuàng)造力,滿(mǎn)足學(xué)生、社會(huì)和國(guó)家的需求.

      最后,要改革工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)實(shí)施形式,探索OBE理念下的新式課堂,解決以下四個(gè)方面的任務(wù):1.變傳統(tǒng)“填鴨式”的灌輸課堂為OBE理念下的“對(duì)話(huà)式”課堂.2.變傳統(tǒng)的“封閉式”課堂為OBE理念下的“開(kāi)放式”課堂.3.變傳統(tǒng)的“知識(shí)”課堂為OBE理念下的“能力”課堂.4.變傳統(tǒng)的“重教輕學(xué)”的課堂為OBE理念下的“教主于學(xué),學(xué)思結(jié)合”的課堂,要將工程數(shù)學(xué)的課堂變?yōu)榻虒W(xué)在于學(xué)生的課堂.教會(huì)學(xué)生如何學(xué)數(shù)學(xué),讓學(xué)生樂(lè)于學(xué)數(shù)學(xué),進(jìn)而會(huì)學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué).

      四、OBE理念下工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)改革方案

      針對(duì)現(xiàn)有工程數(shù)學(xué)課程的教育理念落后這一問(wèn)題,我們可以從四個(gè)方面來(lái)解決:1.任課教師以及相關(guān)人員通過(guò)增強(qiáng)與企業(yè)、單位、其他兄弟院校以及本校其他專(zhuān)業(yè)的相關(guān)人員交流、討論、學(xué)習(xí),集思廣益,確定出工程數(shù)學(xué)課程的學(xué)習(xí)成果.2.以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向,任課教師以及相關(guān)人員一起研究制訂工程數(shù)學(xué)課程的培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、支撐畢業(yè)要求的指標(biāo)點(diǎn)以及課程的教學(xué)大綱等.3.以課程體系為基礎(chǔ),任課教師以及相關(guān)人員通過(guò)討論、交流和相互學(xué)習(xí),確定工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)策略,探索PBL教學(xué)法、案例教學(xué)法等新式教學(xué)方法在具體課堂中的運(yùn)用.4.在前三步都完成的情況下,構(gòu)建工程數(shù)學(xué)課程的科學(xué)評(píng)價(jià)體系,評(píng)估每名學(xué)生達(dá)到的教育要求程度,評(píng)估每名學(xué)生的優(yōu)秀等級(jí),明確掌握每名學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài).

      針對(duì)現(xiàn)有工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)不科學(xué)這一問(wèn)題,我們可以從兩個(gè)方面來(lái)解決:1.結(jié)合內(nèi)外部對(duì)工程數(shù)學(xué)課程的需求,任課教師以及相關(guān)人員將深入企業(yè)、行業(yè)一線(xiàn),研究總結(jié)出社會(huì)需求與工程數(shù)學(xué)課程的關(guān)系,理清社會(huì)需求與工程數(shù)學(xué)課程培養(yǎng)目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系.需求是目標(biāo)的依據(jù),目標(biāo)要與需求相適應(yīng),同時(shí)要理清培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求的關(guān)系以及畢業(yè)要求與課堂教學(xué)內(nèi)容的關(guān)系.2.摒棄傳統(tǒng)的“課程體系決定畢業(yè)要求,畢業(yè)要求決定培養(yǎng)目標(biāo),培養(yǎng)目標(biāo)決定內(nèi)外部需求”的從體系到要求的正向設(shè)計(jì)原則,采取OBE理念下的“內(nèi)外部需求決定培養(yǎng)目標(biāo),培養(yǎng)目標(biāo)決定畢業(yè)要求,畢業(yè)要求決定課程體系”的從需求到體系的反向設(shè)計(jì)模式.以線(xiàn)性代數(shù)這門(mén)課程為例,通過(guò)大量的調(diào)研、走訪(fǎng)和研究,我們了解到當(dāng)代社會(huì)對(duì)線(xiàn)性代數(shù)的突出需求為大規(guī)模線(xiàn)性方程組的求解,大規(guī)模、大型矩陣特征值與特征向量的求解.從這些需求出發(fā),我們可以確定現(xiàn)階段線(xiàn)性代數(shù)的培養(yǎng)目標(biāo)為具備線(xiàn)性代數(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),能運(yùn)用所學(xué),解決工程領(lǐng)域較復(fù)雜的問(wèn)題.由培養(yǎng)目標(biāo)我們可以確定現(xiàn)階段線(xiàn)性代數(shù)的畢業(yè)要求為掌握矩陣與行列式的計(jì)算,掌握線(xiàn)性方程組的求解,掌握矩陣特征值與特征向量的求解,能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)構(gòu)建和求解工程領(lǐng)域的相關(guān)模型.由畢業(yè)要求我們可以確定,現(xiàn)階段線(xiàn)性代數(shù)的課堂教學(xué)內(nèi)容為學(xué)習(xí)掌握線(xiàn)性方程組與矩陣,學(xué)習(xí)掌握行列式的求解,學(xué)習(xí)掌握向量空間與線(xiàn)性方程組的求解,掌握相關(guān)模型的建立與軟件求解.

      針對(duì)現(xiàn)有工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)實(shí)施過(guò)程不合理這一問(wèn)題,我們可以從以下四個(gè)方面來(lái)解決:1.引入OBE理念下的對(duì)話(huà)式課堂.以概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的隨機(jī)變量這一知識(shí)點(diǎn)為例,首先,教師在課堂上精講基本理論與若干實(shí)例,然后,引導(dǎo)學(xué)生形成問(wèn)題進(jìn)行導(dǎo)學(xué).比如,離散型隨機(jī)變量與連續(xù)型隨機(jī)變量的聯(lián)系與區(qū)別,常見(jiàn)的六大分布在實(shí)際中的應(yīng)用,能否將這些知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用于自己所學(xué)的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域.最后,鼓勵(lì)學(xué)生提出質(zhì)疑,挑戰(zhàn)書(shū)本,使知識(shí)在師生、生生之間傳遞、交流與互動(dòng).2.引入OBE理念下的開(kāi)放式課堂,學(xué)生可以根據(jù)教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù)和作業(yè),自行查找相關(guān)資料,進(jìn)一步學(xué)習(xí).進(jìn)一步學(xué)習(xí)的形式在時(shí)間上可以不拘泥于課堂,空間上可以從教室向圖書(shū)館、實(shí)驗(yàn)室、網(wǎng)絡(luò)拓展,內(nèi)容上可以從教材向其他一切參考資料擴(kuò)充.開(kāi)放式課堂要求學(xué)生、教師共同主導(dǎo)課堂,教師引導(dǎo),學(xué)生主動(dòng)參與,課后及時(shí)總結(jié),以學(xué)生為中心,讓他們努力、分階段掌握學(xué)習(xí)成果.3.引入OBE理念下的能力課堂,探討PBL教學(xué)法與案例教學(xué)法相結(jié)合的教學(xué)形式,提高大學(xué)生的實(shí)際操作能力.PBL教學(xué)法與案例教學(xué)法都注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造創(chuàng)新能力,都可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生適應(yīng)社會(huì)需求的能力,但兩者又略有不同.PBL教學(xué)法是以問(wèn)題為學(xué)習(xí)的導(dǎo)向性教學(xué),案例教學(xué)法是教師通過(guò)講解案例,分析案例,引導(dǎo)學(xué)生思考、分析與討論,最終產(chǎn)生一個(gè)可行性方案.在工程數(shù)學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中,要將這兩種教學(xué)法穿插或共同使用.以復(fù)變函數(shù)為例,復(fù)變函數(shù)的教學(xué)共18周,包含48個(gè)學(xué)時(shí),因此,可以設(shè)置32個(gè)學(xué)時(shí)采用PBL教學(xué)法教學(xué),16個(gè)學(xué)時(shí)采用案例教學(xué)法教學(xué).平均每三周采用PBL教學(xué)法學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí),第四周采取案例分析教學(xué)法,教師設(shè)計(jì)教學(xué)案例,組織學(xué)生對(duì)難點(diǎn)、重點(diǎn)進(jìn)行討論與總結(jié),期中和期末兩周采取PBL教學(xué),系統(tǒng)性地復(fù)習(xí)與匯總課程的知識(shí)點(diǎn)以及實(shí)際應(yīng)用情況,加深學(xué)生對(duì)課程的理解和應(yīng)用.4.引入OBE理念下的自我參照、評(píng)價(jià)式的課程考核體系.OBE的教學(xué)評(píng)價(jià)聚焦在學(xué)習(xí)成果上.而不是在教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)時(shí)間和學(xué)習(xí)方式上,因此,我們可以在工程數(shù)學(xué)課堂中構(gòu)建多元的和梯次的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),利用評(píng)價(jià)結(jié)果,掌握每名學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài),為學(xué)院和學(xué)校改進(jìn)教學(xué)模式提供參考.以線(xiàn)性代數(shù)課程為例,我們的評(píng)價(jià)體系或考核方式形式多樣,有平時(shí)考核的作業(yè)(包括習(xí)題解答、小文章、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作、論文訓(xùn)練等)、考勤、課堂討論交流的參與度、小組學(xué)習(xí)狀況的參與度與展示情況,有期末考核的開(kāi)閉卷考試、技能性考核(包括實(shí)驗(yàn)操作、資料收集與整理、英文資料翻譯等)、綜述性或?qū)W術(shù)性學(xué)術(shù)論文的寫(xiě)作,有參與各類(lèi)數(shù)學(xué)競(jìng)賽、相關(guān)大學(xué)生科研類(lèi)項(xiàng)目的申報(bào),還有參與教師科研項(xiàng)目的程度等.

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