陳　巍，　陳國軍，　郁漢琪

(南京工程學院 創(chuàng)新學院，南京 211167)

0　引　言

大學課程設置中學科專業(yè)過細的劃分、課程體系過死的限制,導致培養(yǎng)出的學生專業(yè)知識面較窄，對其他專業(yè)融匯貫通的能力也較弱，而且由于學生對現實工程環(huán)境接觸較少，工程實踐及創(chuàng)新能力得不到很好的培養(yǎng)，缺乏解決實際工程問題的能力，就業(yè)后很難適應企業(yè)工程及社會的實際需要[1]。除此之外，學生缺乏工程實踐及創(chuàng)新能力的另一個重要原因是學校創(chuàng)新教育環(huán)境尚未真正形成，盡管有不少院校正在積極努力探索，但成效甚微。

許多西方企業(yè)明確指出大學教育存在知識更新遲緩等問題，提出大學工程教育應當回歸其本源，對社會實際需要和工程教育的體統性及完整性給予充分的考慮[2]。2015年初國務院頒布《關于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》，提出了降低創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)門檻，營造創(chuàng)新文化氛圍，激發(fā)大眾創(chuàng)造活力，創(chuàng)新驅動發(fā)展等舉措，把推進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育作為高等教育綜合改革的突破口，對推動大學生工程實踐及創(chuàng)新活動，具有宏觀指導意義[3]。

為使培養(yǎng)出的學生適應社會的需求，各高校都在尋找合適的教學方法。而構建基于建構主義理論的項目式教學模式是頗有成效的一種解決方法。美國麻省理工學院在日常教學中采用項目式教學法，并且對于項目式教學在應用型本科生培養(yǎng)中的教學方法做了專門的研究；香港科技大學電子工程系的提姆教授在“stem32控制器”課程中使用了項目化教學方法，取得了良好的效果；北京大學工學院謝廣明教授在競賽團隊中應用項目式教學法，開設了一系列水中機器人課程，實驗室中無論是博士還是碩士均采用項目式教學法進行工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，面向水中機器人方向，進行教師團隊的建設。該團隊在年齡結構、學歷結構和專業(yè)技能方面的配置經驗，對于項目式教學團隊建設均具有較好的參考作用。

我校在本科及專碩的教學中大力推廣項目式教學法，建立了項目式教學團隊，依托校企合作實驗室，建構了項目式教學體系，在我校創(chuàng)新學院機械工程、電氣工程及自動化專業(yè)本科生及機械工程專業(yè)，電氣工程專業(yè)碩士生中進行實踐，在項目式教學中應用了體系化、學科競賽普及化和項目式教學案例系列化等方法，取得了很好的教學效果。參與項目式教學的學生在國際、國家級及省級各類機器人大賽、電子設計競賽等賽事中多次獲得佳績，同時發(fā)表了高質量論文并申請了多項相關專利。實踐證明，項目式教學體系與工程項目課題的緊密結合是提高大學生工程實踐及創(chuàng)新能力的有效途徑。

1　建構主義理論的概述及內涵

教育學者們在一般認識論的基礎上，通過對學習過程的規(guī)律進行研究，逐漸形成了認知學習理論，其中影響最大的是建構主義學習理論。該理論是基于瑞士的認知心理學家皮亞杰(J. Pi-aget)的認知理論發(fā)展起來的[4]，是當前國內外主流的學習和教學理論，它關注的主要內容是學習者個體是如何構建認知體驗及情感體驗的。它有以下幾個特點：

(1) 建構主義學習理論認為知識不是由教授者講授而得到，而是學習者在教師和其他人的指導和幫助過程中通過人際交往活動、在解決必要的學習材料及解決問題的自主探索和發(fā)現的過程中主動獲取到的。它主張“學中做”和“做中學”，這是一個任務驅動型和重視任務完整性的方法。

(2) 建構主義學習理論強調以學習者為核心的學習方法及他們作為認知的主體本身具有主觀能動性。外來信息本身并無意義，其意義是在一定情境中由新舊知識之間的相互作用構建起來的。學習者作為認知的主體對外來信息進行選擇性接收以及對意義進行主動構建，而非被動接受灌注的；教師則是指導和幫助學生進行認知構建而非僅僅傳授知識。

(3) 建構主義學習理論的實質就是學生在真實的情境中、在指導教師的幫助下自主探索以及和其他學生進行廣泛的交流，通過解決問題來建構知識體系。

2　建構主義理論的項目式教學模式的基本概念和特點

2.1　建構主義理論的項目式教學模式的基本概念

項目式教學( Project-based learning，PjBL) 屬于建構主義學派的一種方法[5]，它將某一專業(yè)領域的理論知識和實踐結合在一起，以設計制作具有工程背景的作品或產品為具體教學任務，依據學生所學專業(yè)、知識掌握情況和設計、實踐等能力將學生分成若干個項目組, 每組3～5人，并通過共同探討為每個項目組選擇一個適合他們的工程項目；或各小組根據自身興趣設計適合自己的項目[6]。項目式教學有著明確而具體的項目完成目標，涉及的工程項目具有一定的綜合性，不僅要求學生把已有理論知識、實踐技能應用到項目的設計和完成過程中，而且還要求學生把在項目任務完成過程當中學習到的新知識、新技術應用到對新的問題的解決過程當中去，以提升學生的工程實踐及創(chuàng)新能力。學生學習任務結束時，由指導教師和學生聯合對項目組成果和方法進行評估。

建構主義的項目式教學讓學生帶著問題參與到項目中去這一方法來對學生學習效果進行改善。這種方法倡導多學科的融合，其設計重點是讓身處一個有意義的環(huán)境中的學生能夠積極、主動地探索和解決問題。

2.2　建構主義理論項目式教學模式的理論研究特征

建構主義的項目式教學設計的重點是用問題引導學生。它與杜威的實用主義教育理論及情境學習理論相關。

建構主義的項目式教學模式的理論研究有如下幾個特征：

(1) 建構主義教學觀認為，教學應該始于問題而非結論，倡導“做中學”和“做中學”, 強調以任務為驅動并注意任務的整體性。項目式教學本質上是一種基于建構主義學習理論的探索型學習方式。

(2) 以建構主義理論為基礎的“項目”教學，是以一個真實或模擬的任務為起點，使學生運用各種內外部資源和親身體驗,在對選定項目的完成過程中獲得知識和技能。項目式教學中強調的“實際”與“活動”正是杜威的實用主義教學理論中所提倡的。

(3) 情境學習理論認為，知識不是抽象而是情境化的,它是通過個體和環(huán)境之間的相互作用過程而形成的，既非客觀定義、亦非主觀創(chuàng)造出來的?；诮嬛髁x理論的項目式教學就是讓學生置身真實的或借助現代信息技術建立的模擬任務環(huán)境中以多元方式參與到任務完成過程中,并在和工程師、同伴的相互作用的過程中學習技術及實踐知識、提高合作及創(chuàng)新能力，逐漸從新手發(fā)展成專家, 這也是傳統的情境學習理論所倡導的。

(4) 項目式教學是以真實或模擬工作場景為基礎挖掘課程資源, 內容應與企業(yè)實際生產過程直接關聯。建構主義理論的項目式教學充分重視實踐，學生在對任務的實踐過程中完成知識、態(tài)度及技能的獲取。

(5) 教學活動以工程產品開發(fā)為目標，而教學內容一般是以從典型的實際工程產品中挖掘出來的項目作為核心，并打破了學科界限, 依據任務過程來構建教學內容。

(6) 教學活動以學生為主體，采用工作小組的學習方式。基于建構主義理論的項目式教學中,學生參與到采集信息、制訂計劃、選擇方案、實施目標、反饋信息及評價成果等活動的每一個環(huán)節(jié)中, 使學生清楚了解總體及每個環(huán)節(jié)的細節(jié)。

(7) 教學成果具有多樣化特征。以工作任務為依托的建構主義理論的項目式教學并不強調學習成果的唯一正確性,每位學生解決任務的方案與策略會依據自身的體驗而有所差別。因此, 教學成果也是多樣化的。

2.3　建構主義的項目式教學模式的實踐研究特征

建構主義的項目式教學模式有以下幾個實踐研究特征：

(1) 工程化環(huán)境。圍繞現代工程方向，結合專業(yè)，依托校企合作實驗室進行工程化環(huán)境體系的搭建。

工程化環(huán)境具有特殊的行業(yè)背景、產業(yè)集群，具有較強的專業(yè)特色，有完整的項目開發(fā)流程、項目架構、有完整編碼、文檔的編寫，有專業(yè)職業(yè)技能和素質；同時又有企業(yè)文化、管理、團隊、技術、產品、市場等相關環(huán)境的要求。圖1為擁有工程化環(huán)境的校智能制造項目訓練中心效果圖。

(2) 團隊式指導。構建教學團隊，結合教師專業(yè)特色，注重指導，由高水平教師有組織地形成指導團隊。

團隊式指導對于提高“項目”教學質量起著關鍵作用。團隊建設包括：團隊組成和結構、團隊負責人及其作用以及團隊教師學科專長與特點。

(3) 項目化載體。增加學生的創(chuàng)新實踐項目和教師科研項目以及具有工程性、綜合性、創(chuàng)新性的企業(yè)產品項目，保證項目的真實性。

圖1創(chuàng)新學院智能制造項目訓練中心效果圖

為了保證項目的真實性，項目主要來源于學生的創(chuàng)新實踐、教師科研項目和企業(yè)產品。來自于創(chuàng)新實踐中的項目就是將大學生的創(chuàng)新實踐課題中的任務轉化為教學的項目；來自于教師科研的項目就是將教師科研中的課題任務轉化為教學項目；來自于企業(yè)產品的項目主要是根據企業(yè)需求，定位于企業(yè)目標、立足于行業(yè)背景。項目應采用多級課程體系、以專業(yè)為基礎圍繞綜合性、難易程度進行等級劃分[7]。

(4) 協作式學習。根據項目式教學的實際需要，將獨立分割的學習模式轉換成協作式學習方式。

協作式學習的主要特點是學習者向小組其他成員展示學習過程中的疑問及收獲，一方面能夠督促學習者對自己的學習過程及其成就進行反思，進入更深程度的自主學習中去；另一方面,也可以觀測同伴的學習進展情況及階段性成就，為協作學習提供了重要的機會和環(huán)境，可以提高學習者的學習動機，促進自主學習和協作學習意識的培養(yǎng)。

3　建構主義理論的項目式教學體系構建

建構主義的教學觀倡導“學中做”和“做中學”，以真實或模擬的工作任務為出發(fā)點讓學生在有意義的環(huán)境中，通過對問題進行探索和解決來完成學習任務。因此在項目式教學理論指導下，構建符合行業(yè)背景、具有專業(yè)特色人才培養(yǎng)的應用型本科生及專業(yè)碩士生項目式教學體系，才能使我們培養(yǎng)的人才能真正適應市場及社會需求。

3.1　項目式教學體系構建的基本思路及其目標體系

整個項目式教學模式在實際運作過程中教學思路嚴密。通過項目式教學理論方法研究，結合應用型本科生和專業(yè)碩士生工程能力培養(yǎng)要求，從職業(yè)素養(yǎng)、專業(yè)能力、實踐技能、人文素質四個方面去分析提高能力、素養(yǎng)、素質所需的必要條件，構建與項目化載體、 工程化環(huán)境、團隊式指導、協作式學習等相應的課程體系、師資體系、評價體系及實驗體系。根據前面闡述的建構主義項目式教學的概念及特點，結合我校工程訓練項目對實踐及創(chuàng)新能力等綜合素質人才培養(yǎng)的目標，構建出學生在工程訓練項目中不同學習過程中能力培養(yǎng)的目標體系，其矩陣表如表1所示。

表1　工程訓練項目能力矩陣表

3.2　項目式教學體系的構建過程

3.2.1項目式教學體系構建的準備階段

(1) 項目選擇。建構主義強調學生的探索和發(fā)現，而項目式教學方法是將項目作為載體，用任務來驅動，把理論和實踐有機地結合起來，促使學生在完成項目的過程中獲得知識及技能[4]。項目訓練中的應用與創(chuàng)新訓練是綜合性的訓練，應該具有應用性、研究性及創(chuàng)新性[8]。因此項目的選擇在整個以建構主義為基礎的項目式教學法中至關重要。培養(yǎng)方式采用內容和對項目的選擇應能使學生進行自主嘗試和探究，因此要使學生對所選項目的內涵有充分的了解，而且所選擇的項目應該為典型、先進、具有代表性、復雜性、多樣性和挑戰(zhàn)性的工程產品項目，以便激發(fā)學生自主學習動機和個性的發(fā)揮，從而進一步促進學生的探索及創(chuàng)新精神的培養(yǎng)[9]。

(2) 團隊組建。建構主義強調“協作”及“會話”，而項目式教學中的項目具有系統性較強、要求的知識覆蓋面廣及解決的問題突出等特點，只有組成團隊、進行團隊成員之間的相互協作和交流才能完成。以項目為中心的團隊組織形式，是圍繞某個具體項目來組建開發(fā)團隊的組織形式[10]，通過組建有積極參與意識并具有良好的專業(yè)知識素養(yǎng)的中青年專業(yè)教師為主并由教師和學生雙向選擇的項目訓練團隊，可以實現教師和學生之間的零距離交流。團隊成員在訓練過程中的團隊合作意識逐步增強。通過提出問題、分析問題及解決問題，學員們可以實現概念轉換和知識構建，樹立創(chuàng)新觀念。

3.2.2項目式教學體系構建的實施階段

(1) 方案討論。聘請校外工程師與校內教師一起組成指導團隊，從而彌補部分教師缺乏一線實踐經驗這一不足，以利于項目的順利實施[11]。制定方案之前，需要團隊成員們進行調研，在圖書館和網上資源搜索，或者深入實地進行問卷調查，收集材料，可以促使學生對其理論進行整理，選出適宜解決問題的辦法，構建出更好的設計方案[12]。而實地勘察也是實施項目式教學法的一項重要依據，是建構主義理論的物質支撐。在方案制訂過程中，讓團隊成員們充分發(fā)揮自己的想象力，按計劃確定項目各環(huán)節(jié)任務，包括具體實施時間、計劃、步驟以及團隊成員之間的具體分工。

(2) 分步實施。團隊成員根據方案把項目從整體到模塊進行子任務分解，把項目整體分解到各個教學項目之中，使之形成相對獨立但又相互關聯的功能模塊。通過對每個教學項目內容的逐步學習和技能的訓練，有助于達到課程的教學目標[13]。實施項目過程中，教師扮演的是觀察者的角色，起著引導、示范和答疑的作用。

(3) 實踐調試。建構主義的教學法提倡在問題解決中進行學習。在將項目劃分成若干個功能模塊之后，在項目具體實施過程中對相應的硬件和軟件工作圖進行分別繪制，并對硬件和軟件進行設計、制作和調試，硬件及軟件的相應工作可以同時展開。對于在此過程中出現的問題，學生應依據學到的知識和掌握的技能對故障進行自行排除，教師只是進行一些必要的指導。通過團隊成員之間討論和探索把需要解決的問題進行總結和分類，大大提高了他們對于知識的意義建構及解決實際問題的能力，有利于他們新知識的獲取及新知識結構體系的形成。

(4) 整機聯調。在機械、電氣等硬件和相應的軟件分別裝配和調試合格并且達到設計指標后，才能對整機進行聯調。如果盲目地進行整機聯調，可能會導致設備損壞。調試過程中要進行認真觀察、測量，并及時記錄。記錄的對象包含實驗條件、觀察到的現象以及測量到的數據等。通過記錄整機聯調過程中獲得的實驗數據并使之和理論結果進行比較，才能找出設計方案中所存在的問題，從而對整體設計方案進行進一步完善，真正實現理論和實際動手能力相結合的項目式教學要求，使學生的知識結構在建構主義的項目式教學活動中有一個質的飛躍。

3.2.3項目式教學體系構建的評價階段

項目完成后，要對學生及其完成的作品進行考核及評價。建構主義的項目式教學方法評價方式比傳統的教學方法更注重過程性評價以及多元性評價，例如根據學生在完成項目過程中的表現并采用分組討論、實踐調查報告、項目管理實踐報告書等多種形式對學生進行評價，評價的重心由知識向綜合技能轉變。通過對學生及其項目作品的評價，可以檢驗他們對于知識點的掌握及應用能力，以及驗收教學成果，既有利于學生對所學知識和技能的鞏固，同時也有利于教師發(fā)現自己在教學中的不足，以便進行及時改正和提高。這一階段包括結題答辯和師生互評。

(1) 結題答辯。要求團隊成員在現場進行討論與總結，在課堂上展示及匯報包含有實物的圖片以及項目實施過程的PPT課件，并邀請高年級學生和相關人員參與評議，學生必須要認真聽取他們的意見并進行記錄，并且回答他們現場提出的問題。

(2) 師生互評。項目式教學法是以“能力為本”對學生的實踐能力及創(chuàng)新能力進行培養(yǎng)的一種教學模式，必須建立包含過程評價與結果評價的師生互評機制。師生互評包括學生自我總結及教師經驗總結。學生自我總結要求學生總結項目實施過程中遇到的問題及其解決辦法、所掌握的知識、自我評價、對團隊的評價以及對教師的評價。教師經驗總結指導教師解答項目實施中遇到的共性問題，同時匯總知識經驗和技能經驗，以鞏固學生對知識和技能的掌握。項目式教學法中過程評價的重要性遠遠超過結果評價。對于教師來說，過程性考核評價可以掌握學生完成各個項目環(huán)節(jié)的進度，檢驗他們的理解能力及對知識和技能的把控能力，并觀測學生在項目實施過程中是否態(tài)度積極及他們的創(chuàng)造能力是否得到提高，在檢查過程中對他們的創(chuàng)新意識要給予及時的鼓勵；而對于學生來說，他們在項目式教學活動中動手能力及協作能力也得到了提高，自身的創(chuàng)造潛能得以發(fā)揮，他們的個性特質也得以發(fā)展[14]。

3.2.4項目式教學體系構建的歸納、總結階段

建構主義項目式教學方法強調教學成果具有多樣化特征，因此成果形式也趨于多樣化。學生可以以文件的形式把總結后的項目研究成果進行歸檔保存或提練出項目研究及任務完成過程的精華部分寫成論文進行發(fā)表或申請相關專利。這些是大學生自身綜合素質很好的證明材料，有利于他們將來實現更深遠的目標，也能夠促使他們將來能夠更快、更好地融入社會中，滿足社會對應用型本科及專業(yè)碩士畢業(yè)生工程實踐能力、協作能力及創(chuàng)新能力等的實際需求[15]。滿足社會對具有工程實踐及創(chuàng)新能力及協作能力的應用型本科及專業(yè)碩士生的實際需要。

我校創(chuàng)新學院項目式教學培養(yǎng)流程如圖2所示。

圖2創(chuàng)新學院項目式教學培養(yǎng)流程

4　結　語

建構主義理論的項目式教學法是一種新型的教學模式，它貫穿了工程項目實現的過程，能夠把學生融入到有意義的項目完成的過程中，讓學生通過自主學習實現知識的構建，同時教師可以依據學生的實際情況制訂出不同的項目以滿足不同專業(yè)和不同層次學生的需求[16]。通過該法在我校創(chuàng)新學院的實施，能夠看出項目式教學法是提倡以探索及解決問題作為引導，培養(yǎng)學生自主學習的過程。在這個過程中，教學的中心由教師向學生轉移?；诮嬛髁x理論的項目式教學方法既尊重教育規(guī)律，又體現了工程應用型大學課程改革的迫切要求。學生不僅通過項目式教學法中的項目載體提高了解決工程實際問題的能力，而且通過工程化環(huán)境提高了工程素質和職業(yè)素養(yǎng)；同時，學生工程綜合素養(yǎng)、團結協作的人文素養(yǎng)及科技創(chuàng)新能力在團隊式指導、協作式學習中也得到顯著提高。

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