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1.1案例教學法
案例教學法是一種使得學生處在面臨問題的決策者角色的教學方法。在案例教學法課堂,無論是教師和學生必須以不同的方式被激活。教師和學生相互依賴、互相學習。教師一般都是專家,但他們很少直接告知學生專業知識。案例教學法主要是用在商業學院和公共政策學院教學活動中。例如,1908年已被用于在哈佛商學院和公共政策學院。教學案例研究是全球頂尖的商學院進行核心功能。他們常常組織比賽確定最佳的新的教學案例。商業案例是模仿或模擬真實情況下的文檔。案例陳述的現實讓讀者參與其中。案件往往說明企業或政策形勢需要解決問題,還包括課堂討論和研究的其他信息。在沒有明顯的解決方案的情況下,提供了充分的事實基礎上激發學生獲得一切可能的結果。作為現實的模擬,案例必須具有三個特征:一個重要的業務問題或問題。沒有問題的情況下,沒有教育價值;充分的信息基礎;沒有明確的結論。在案例教學過程中,教師的作用是選擇和組織案例,這也是實現教學目標的關鍵。
1.2基于問題解決的學習
基于問題解決的學習方法是1980年美國數學教師協會正式提出來的。它將學習內容設計成問題,或由學生提出問題,讓學習者通過解決問題來獲得相應的知識和能力。讓學生提出高質量的問題是這種教學方法的關鍵。要求學生將問題具體化和形象化,構造成模擬實際生活的故事情節。學生在原有知識和經驗的基礎上,通過分析解決問題,發現更加復雜和深入的問題。因此,學生提出問題的多少、思考問題的廣度和深度等是基于問題解決的學習方法的重要的評價標準。
1.3基于問題的學習
基于問題的學習是一種以學生為中心的教學方法。學習的目的是獲得解決問題的經驗、思考策略和該領域的知識。基于問題的學習的目標是幫助學生形成靈活的知識、有效解決問題的能力、自主學習、有效的協作能力和內在動機。基于問題的學習是一個主動的學習方式。在工作過程中,學生發現他們已有的知識,需要知道什么,以及如何和在哪里獲得新的信息,可能會有益于該問題的解決。教師的作用是為了促進學生的學習、支持、指導和監控學習過程。導師必須建立學生對解決問題的信心,并鼓勵學生,同時也拓展他們的理解。Barrows定義了基于問題的學習模型為:(1)以學生為中心的學習。(2)學習是學生小團體做的,理想的6~10人。(3)教師指導學生而不是教學。(4)以問題為基礎組織和激發學生學習。(5)問題是設置是提高學生解決問題能力的基礎,是刺激的認知過程。(6)學生通過自我導向學習獲得新的知識。基于問題的學習要求教師的教學風格達到幾個主要標準:首先,要有一個與教師科研相關的“學習中心”,所有的學生都需要圍繞該中心。第二個標準是必須有一個驅動問題,學生通過完成項目獲得問題的答案。這個問題也不能有一個預定的結果,它應該要求學生使用的先驗知識來所有可能的結果。其他標準包括建設性的調查研究、學生的自等。基于問題的學習的主要教學過程包括提出問題、分析問題、形成假設、驗證假設、修正假設。
2土木工程探索性試驗設計
近年來華南理工大學開展了“探索性實驗”教學項目建設工作,引導教師將科研項目成果轉化為計劃內實驗教學內容,從而深化實驗教學內容和體系改革,推進實驗室開放共享;通過科研與教學融合,切實促進學生實踐創新能力的培養。下面介紹用研究性教學方法設計所申報的“探索性實驗”教學項目“瀝青混合料多軸加載試驗”。
2.1提出問題
最新版的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTGE20-2011)中瀝青混合料的試驗方法主要包括:單軸壓縮、單軸拉伸、小梁彎曲和劈裂試驗等。試驗過程中,瀝青混合料試件處于單軸或雙軸應力狀態。而實際瀝青路面中,瀝青混合料處于多軸受力狀態,承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。因此,現有瀝青混合料的試驗裝置與方法無法模擬實際瀝青路面材料的多軸受力狀態。
2.2分析問題
為了模擬實際瀝青路面材料的多軸受力狀態,采用如圖1所示的試驗裝置。通過轉動的橡膠輪胎帶動圓柱體試件轉動,試件受到橡膠輪胎的表面摩擦力F和鉛垂方向的壓力P作用。同時,在試件水平方向施加壓力Q。從而模擬實際路面材料多軸受力狀態,使得試件承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。
2.3試驗步驟
(1)試件制作。采用擊實法、靜壓法或旋轉壓實法制作的圓柱體試件;或在輪碾法制作的板塊狀試件中鉆取的圓柱體試件;或在路面中鉆取圓柱體的芯樣。
(2)安裝試件。將試驗室的環境溫度控制在試驗溫度±0.1℃范圍內。加載前,保溫時間為90~120min。
(3)水平方向加載。通過水平加載油缸對試件施加水平方向拉伸或壓縮荷載。
(4)鉛垂方向加載。通過鉛垂方向加載裝置在橡膠輪上施加荷載,從而在試件中部上方施加鉛垂方向荷載。
(5)啟動橡膠輪驅動馬達,使得橡膠輪單向旋轉,轉速為1~100r/s。
2.4試驗結果的分析與討論
試件轉動一定次數后,量測試件中部加載位置的直徑,計算直徑變化率。加載后試件中部直徑的變化百分率計算公式為:100%×加載一定次數后加載位置試件直徑/加載前試件直徑。同時,量測試件長度,計算加載后試件長度的變化率。加載后試件長度變化百分率計算公式為:100%×加載一定次數后試件長度/加載前試件長度。教學過程中,共15位同學參與該項試驗,分為3組,每組5人。
3教學效果
采用研究性教學方法,有助于把學生納入教師的科研項目,驅使學生調查研究,組織討論會,分析問題,解決問題,完成工作任務。授課教師與同學們一起通過該試驗項目掌握了實際路面材料的受力狀態,并創新性的設計了“瀝青混合料多軸加載試驗”方法。依托研究成果申報了2項實用新型專利和2項發明專利。在國外SCI源刊投稿論文2篇。
4結語
1.1畢業設計經費少
絕大多數的實驗研究型畢業設計工作涉及了材料的制備、加工,性能的分析、測試等環節,而且目前學生畢業設計論文題目普遍是一人一題,使得學生的畢業設計內容比以往更加豐富,但這也決定了學生將要使用的原材料與儀器更加多元化,實驗的結果需要進行大量的表征檢測,目前檢測分析費用普遍較高,畢業設計能用來支配的經費很少,在200~400元左右,因此畢業設計經費很難滿足樣品檢測的需求,這也造成畢業設計中很多數據的不完善,不能深入地進行分析和探討,最終形成的論文類似于一份實習報告,無法將所學的理論知識和實驗現象緊密結合起來。
1.2教師和學生的問題
畢業設計題目是教師提出并讓學生開展的,那么教師對學生畢業設計的整體質量就具有很重要的影響。指導教師對畢業設計質量的影響主要體現在以下方面:第一,教師個人能力不足,畢業設計題目設計不當,指導起來力不從心,必然導致學生在短時間內無法高效地開展實驗;第二,有的老師在畢業設計環節中帶的學生過多,由于本身教學科研工作的影響,指導每個學生設計的時間必然減少,且投入精力不足,對學生每天的設計工作不了解,學生也得不到應有的監督、指導;第三,責任心不夠,有的老師甚至在畢業設計過程中對學生不聞不問,沒有盡到自己應有的監督指導責任;而有的老師沒有結合實際情況,設計題目過于雷同,甚至同組內同學的設計題目只是簡單的參數不同。這些因素都會導致畢業設計質量的下降。另一方面,學生自身在畢業設計過程中也存在著一些問題:實驗態度不端正、對畢業設計不夠重視、精力投入不足。比如在畢業設計前期過于懶散,不能積極主動地進行文獻的調研和實驗的設計,到了后期才急急忙忙地投入實驗,由于時間緊任務重、加上操作不夠熟練,因此與最初的預期有很大的差異,導致畢業設計論文的質量下降。有些考上研究生或找到理想工作的學生過于放松,對畢業設計抱著能過就行的心理,實驗過程中敷衍了事、流于形式,這也必然導致畢業設計質量下滑。
1.3畢業設計考核問題
雖然高校的教學管理部門對學生的畢業設計越來越重視,對于畢業設計制定了詳細完整的管理規范和要求,并有教學檢查組的督導,但由于各種因素的存在實際執行起來卻流于形式,畢業設計的審核、答辯和成績評定在一定程度上缺乏科學性。比如畢業設計質量的好壞最終是通過畢業答辯時學生的表現和畢業論文的撰寫質量好壞來評定的,而對于畢業設計過程中學生的表現并沒有一個量化的指標,只能通過指導教師來評判。因此這里面存在很多人為的影響因素,論文以結果定好壞,而忽視了畢業設計中工作量的大小,這對一些實驗難度大、工作量大,付出了很多的心血卻沒有得到理想的結果的學生來說有失公平。
2解決畢業設計中存在的問題、提高畢業設計質量的相關對策
2.1大學生結合指導教師,提前進入實驗室
針對大四學生面臨考研、就業及時間短的問題,提出學生結合指導教師,在大二或大三提前進入實驗室,參與指導教師的項目研究。這有幾方面的好處:第一,學生在課堂上學習到的都是一些空洞的基礎理論,進入實驗室之后通過早期的簡單實驗,可以將理論和實際結合起來;第二,通過循序漸進地進行實驗,提高學生的動手能力,開發學生的創新思維,培養學生的創新能力和實踐能力;第三,通過這種方式彌補了畢業設計時間短的問題,而且可以使學生的工作具有延續性。
2.2選題結合科研,開放實驗室
針對畢業設計經費少的問題,提出選題結合科研,開放實驗室的方法。指導教師都有著或大或小的科研項目,在制定畢業設計題目時,考慮將學生的畢業設計選題與科研相結合,不僅可以減輕指導教師科研工作的壓力,而且可以彌補畢業設計試驗經費不足的問題。另一方面,學校可以針對性地面對畢業學生開放一些實驗室,通過畢業學生申請的方式降低或部分減免畢業設計試驗中的測試費用,或者學校適當增加畢業設計環節的經費投入,使畢業設計過程中的實驗研究有比較充足的經費支持,通過這些手段切實解決畢業設計環節經費少的問題。
2.3提高指導教師和學生的綜合素質
對指導教師而言,畢業設計既涉及理論知識又涉及實際操作技能,因此指導教師要根據自身的實際情況并結合學科特點設計合適的畢業設計題目,自身既要能從理論上指導,又能給予實踐上的幫助,而且通過畢業設計既能強化學生掌握的理論知識及實踐技能,又能使學生充分發揮其創造力,圓滿地完成畢業設計。另外高校要制定政策與規定,加強指導教師隊伍建設,對教師提出明確的要求。指導教師要不斷提高自身修養,對學生要有高度負責的責任心。對學生而言,應端正畢業設計的態度,轉變觀念。在思想上要把畢業設計放在一個重要的位置,了解畢業設計的過程,在思想上為畢業設計做好準備。要以提高自身的綜合素質為目標,以自我的全面發展為努力方向,為適應社會發展的需求,在畢業設計中鍛煉自己,從而逐步提高自己的學習能力和分析處理問題的能力。
2.4制定明確量化的考核
一、基于傳感技術探究實驗設計
在教學實踐中我利用傳感技術儀器進行實驗能夠得到很好的實驗效果。分析教材、根據教學目標及學生的年齡特點合理選擇利用數字化傳感器材能夠有效提高課堂實驗效果。課堂實驗探究的高效,傳感技術儀器的有效使用,不僅需要分析教材,合理選材,還需要精心設計實驗方案。只有通過有效的實驗設計和規范的實驗操作,以學生為主體性,讓學生配合教師來完成實驗,學生便于理解,又可增加學習興趣,才能使實驗變得簡單易行,達到教學目標。以下是四上年級《運動起來會怎樣》一個有關于心率傳感器的實驗。首先,連接手握心率傳感器、界面和計算機。其次,啟動LoggerPro或LoggerLite軟件,最后,程序將自動識別手握心率傳感器,這樣就可以準備采集數據了。測量一個人在激烈活動,例如做跳躍運動前、之間和之后的心率;測量一個人在運動后的心率返回平常心率要多久。讓學生在探究實踐的過程中,注重體驗和感悟,又便于學生對知識的接受和理解,從而也激發學生的興趣。
二、傳感技術探究實驗室的組建
為了提高實驗探究效率,保證實驗教學的有效開展,創建探究實驗室,合理利用“數字化”儀器設備是非常重要的。數據采集器和傳感器的配備,主要用于采集并儲存實驗數據并根據探究需測定的參數。通過政府采購,我們采購到探究實驗室套材,主要有濕度、音高、音量、光強、pH值、溶解氧濃度、電流、電壓、氧氣含量、二氧化碳含量等傳感器,還可以根據需求來自行選擇;同時,這些儀器的輕巧與便攜還為學生進行戶外探究提供了可能。計算機軟件的安裝將傳感器插入計算機時,傳感器可以精確地測量實驗中獲取的各種數據,并通過數據采集器傳到計算機中,計算機經由配套軟件將數據以表格和圖像的形式呈現,并進行分析處理。
三、傳感技術實驗器材在拓展課程中的應用