SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要：为了解决传统工科专业课堂教学存在的教学效果不佳、教学模式僵化以及解决复杂工程问题能力不足等问题，借鉴美国STEAM课程思想，以“叶片泵水力设计”课程为例，根据课程目标及其对毕业要求的支撑关系，将项目式教学方法贯穿课程教学的全过程，基于问题导向和翻转课堂等教学方法，教师和学生从被动式教与学到以能力培养为导向的互动式教学的根本性转变。将项目式教学全流程与典型案例分析相结合，探索了项目式教学的实施思路、评价方法和教学效果。通过项目式教学模式的改革与探索，培养学生的沟通能力、写作能力和解决复杂工程问题的能力。
关键词：项目式教学；STEAM课程；问题导向；教学模式；工程素养
本文引用格式：黎义斌，等.基于项目式教学的“叶片泵水力设计”课程教学模式研究[J].教育现代化,2019,6(27):194-196,227.
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—
2020年）》，明确提出了我国高等工程教育改革的战略重点。特别指出“强化工程能力与创新能力为重点改革人才培养模式”等具有前瞻性的战略部署[1]。近年来，关于高等工科专业人才培养模式、课堂教学模式的改革探索成为高等教育教学研究的热点和难点问题。教学改革涉及教学理念、教学方向、教学目标与教学方法等诸多问题[2]。本文以兰州理工大学的课堂教学模式改革为例，在“叶片泵水力设计”课程中引入项目式教学方法，对项目式课堂教学模式进行了有益的探索和实践。
“叶片泵水力设计”是能源与动力工程专业的专业必修课，该课程围绕离心泵、混流泵和轴流泵的设计理论和设计方法展开教学活动，主要针对上述三类泵的叶轮、吸水室、压水室以及导叶等过流部件进行水力设计，同时涵盖了叶片泵的受力分析及应对措施。目的是让学生能够巩固所学的泵基本原理和基本理论，掌握泵的设计理论和方法，并能运用所学知识进行泵的设计和相关问题的分析与处理。
一课程培养目标及其对毕业要求的支撑关系
根据工程教育理念对我校能源与动力工程专业2017版教学大纲进行了修订，其中“叶片泵水力设计”课程的培养目标为：（1）掌握叶片泵过流部件水力设计的基本理论和方法以及叶片泵受力分析和应对措施；（2）能够运用叶片泵水力设计专业知识进行泵的设计和相关问题的分析和处理。能够设计针对流体机械工程问题的解决方案，得到满足设计需求的流体机械及系统，能够在设计环节中体现创新意识，并兼顾社会、健康、安全、法律、文化以及环境等各种因素。
课程目标对毕业要求的支撑关系：能够针对特定复杂流体机械工程问题，设计满足需求的流体机械部件及制造工艺流程；掌握流体机械及系统的基本知识与原理，能根据具体问题提出解决方案；能够针对特定复杂流体机械工程问题，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素，提出可行的解决方案，并体现一定的创新意识。目前，新版教学大纲强调学生应具有运用理论知识解决复杂工程问题的能力，但现有课程仍采用传统的填鸭式课堂教学模式，已经无法适应高等工程教育理念和要求。
二现有课程教学模式存在的主要问题和弊端
“叶片泵水力设计”的课堂教学以教师授课为主，学生在课堂上的参与度较低，由于该课程主要讲述离心泵、混流泵和轴流泵水力设计理论和方法，理论知识点繁杂和抽象，学生缺乏经验性设计思想，如果采用课堂授课为主的课堂教学模式，学生学习的主动性不强，课堂学习效果不佳，特别是在专业课程设计和毕业设计过程中，显著体现出学生对“叶片泵水力设计”的基本方法的理解和掌握不够，学生对叶片泵水力设计方法仅停留在知识层面，缺乏理论知识和应用能力的结合。因此，通过项目式课堂教学的探索和改革，充分调动和激发学生的好奇心和学习兴趣，提倡将学生的主动参与和教师的启发式引导贯穿于教学全过程，教学效果非常好。目前项目式课堂教学采用的教学方法[2]：（1）问题探究法。通过问题驱动，引导学生自主分析问题，获得解决问题的最佳方法。（2）案例教学法。通过设计分析案例、利用视频和影像资料，模拟实际设计过程，通过鲜活的案例使学生获得工程设计和分析能力。
目前，通过考试和作业均反映出学生基本概念不清晰，无法正确运用基本理论和方法，工程设计素养较差等问题；在专业课程设计和毕业设计与实践答辩中，学生对流体机械精度设计、流体机械制造工艺和创新设计等问题，30~40%的学生无法运用严谨的工程思维解决复杂工程问题，体现出学生缺乏基本工程素养和工程设计能力。
针对上述存在的问题，以高等工程教育为指导思想，根据“叶片泵水力设计”课程的培养目标和课程目标对毕业要求的支撑关系，基于项目式教学和以问题为导向的课程教学模式，将研讨性教学、翻转课堂等先进的教学理念和教学方法融入课堂教学全过程，实现从学生被动性学习的课堂教学模式到学生主动性学习的课堂教学模式的根本转变，实现从教师讲授为主的填鸭式教学模式到学生为主的师生互动式教学模式的根本转变，结合项目式教学案例和翻转课堂等教学新方法和新手段，突出强调培养学生提出问题的能力，着力培养学生综合运用基础知识解决复杂工程问题的能力，培养学生的工程素养和实践能力。
三 美国STEAM课程的内涵及其思考
美国STEAM教育受到全球教育领域的关注和重视，我国“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见明确要求探索STEAM的教育模式，培养学生的创新意识。STEAM教育是在真实问题的情境中，以学科整合的方式培养学生多方面综合素养的一种教育模式[3]。基本内涵涉及三个方面：
（1）基于真实问题解决的教育。STEAM教育强调基于问题的学习，提倡以真实问题解决为重要导向。从培养学生好奇心和兴趣为驱动力，通过设计合理的问题，考量学生是否具备解决该问题所需的学科综合知识。（2）基于学科整合的教育。STEAM强调学生在解决问题的过程中灵活运用科学、技术、工程、艺术和数学等学科知识，倡导学科整合的多样性、交叉性和综合性[3]。（3）培养必需技能的教育。STEAM教育明确应培养学生的认知技能、沟通合作技能和创新技能。
众所周知，高等工程教育应该培养学生掌握基本的认知技能、沟通合作技能和创新技能。认知能力是大脑主动探索、思考、加工、储存和提取信息的能力，包括抽象、分析、运用、分类、解释、感知、综合和质疑[4]。研究表明，认知技能有助于学生在跨学科学习中提升综合知识和判断能力。STEAM教育强调实践问题的解决，鉴于实践问题的复杂性和多样性，在STEAM课程中教师可以把学生分为若干小组，基于团队协作解决实际问题。创新技能是将创新思维转变为创新成果的媒介，主要包括设计、构图、表达、建模等，创新能力可借助创造性学习和实践获得并强化，创新能力的培养应融入学生的真实世界，因为这个世界充满美、设计以及技术[5]。
四 基于项目式教学的叶片泵水力设计教学实践
（一)项目式教学的主要教学过程和教学模式
项目式教学源于20世纪90年代的构建主义学习观，其主要强调复杂学习环境和真实任务，强调社会分工协作，采用多种方式表述教学方法，以“学”和“学生”为中心，其核心理念是：学生知识和能力的获得，建立在真实情境下，通过教师引导，学习小组团队协作，利用有效的文献资料，通过意义构建的过程而获得[6]，而项目式教学符合构建主义学习观倡导的教学理念和思想。
在项目式教学中，学生的学习呈现出“先学后练”的特点，主要采用“学生自主学习+教师全过程引导”的双向互动过程。教师扮演的角色不再是“讲坛上的圣人”，而是学生学习的“情景创设者”[7]。
图1为“叶片泵水力设计”项目式教学全过程流程图。项目式教学全过程包括课堂前、课堂内、课堂后和综合考核四部分，课堂前教学是项目式教学的前提，课堂前主要包括背景知识的了解和资料收集、课程学习知识点的难点和重点内容，掌握项目的应用领域和课程前后知识点的衔接关系，为项目式教学提供课前预习。课堂内教学是项目式教学的核心，课堂内主要包括项目式案例分析、教师讲解知识点及其相互关系、学生小组学习和讨论等内容，教师应指导学生开展专题讨论和设计方案确定，并引导学生提出和解决关键问题，提高学生的沟通能力、写作能力和综合运动知识解决复杂工程问题的能力。课堂后教学是项目式教学的补充，课堂后主要包括科技文献查阅和讨论、工程案例作业撰写、线上线下辅导答疑和工程训练和实践等环节，教师通过作业的辅导和答疑，全过程了解学生掌握知识点的效果，并将存在的共性问题及时反馈到项目式教学全过程，实现项目式教学的持续改进，提高项目式教学的效果。综合考核是项目式教学的总结，综合考核分为课堂表现（占25%）、作业成绩（占15%）、闭卷考试（占60%）等考核环节，综合考试学生在项目式教学全过程的沟通能力、团队创新能力，体现了工程教育认证以培养学生工程素养和综合能力的教育导向。
(二) 基于项目式教学的“叶片泵水力设计”课程的主要策略
根据项目式教学要求，重新修订了能源与动力工程专业的培养大纲和考核办法，根据工程教育改革的切实需求，在课程学时内增加了工程项目的案例分析和讨论环节，其目的在于将“项目式教学”的理念贯穿课程教学的全过程，教师通过问题导向的形式引导学生提出并解决工程问题，并借助“节能减排大赛”、“流体机械装备创新设计大赛”和“大学生创新训练项目”等实践性比赛强化学生的工程实践能力。在项目教学贯穿课程教学的全过程，依据课程
教学计划，将项目任务划分为不同阶段，学生通过各阶段课程作业任务的实践训练，掌握科技文献的查阅及撰写方法，运用课程基本知识点提高分析问题、解决问题的能力，从而培养学生具备良好的工程素养。在“叶片泵水力设计”课程中，可通过课前播放叶片泵的三维产品设计、制造和工程应用领域等各类视频资料，引导各小组内学生进行创新设计和讨论，获得问题的解决方案。教师以问题为驱动从而引出课程各阶段的学习内容，并进行相关知识点的详细讲授，这种以问题为导向的项目式工程案例分析使学生从被动学习转变为主动学习，使课堂学习效果得到显著提升，激发了学生的学习兴趣和学习潜能。
为了探讨项目式教学方法的实施方案及其课堂效果，以“叶片泵水力设计”课程为例，该课程为我校能源与动力工程专业的专业主干课程，针对本课程的教学内容和大纲要求，采用项目式案例教学模式，将全班学生分成10个小组，每个小组5~6名学生，从而形成相互竞争机制。2018年春季学期设计了10组项目：家用管道增压泵概念设计，小型轴流推进搅拌器设计，离心叶片心脏泵装置设计，小型喷水推进泵一体化概念设计，环保污水处理循环泵装置设计，仿生型叶片泵概念设计、小型高速泵一体化概念设计、离心泵反转液力透平创新设计、离心泵过流部件三维成型设计及3D打印技术、工程塑料水泵三维概念设计，上述项目可作为项目式教学的设计案例。
项目式教学的主要思路和方法为：首次课程分组并确定项目式案例分析的主题内容，明确学生分组并督促学生进行资料的内查外调，完善各小组的设计任务书及可行性分析，并撰写设计方案。其次，根据授课进度，教师讲授相关知识和理论后，布置本阶段学生应该学习和掌握的内容、目标和达到的要求，并引导学生分组讨论各阶段的设计内容，并撰写各阶段的总结报告，针对确定的设计方案，课程授课完成后，检查和指导各小组的设计内容和设计质量，督促学生完成最终设计方案。各小组完成设计报告后，教师应安排学生对设计报告进行课堂展示和详细讲解，对存在的问题进行改进和完善，最终提交设计报告。
（三) 基于项目式教学的“叶片泵水力设计”课程效果分析
传统“叶片泵水力设计”的课堂教学中，基于教师讲授和学生听课的被动式教学模式，而在项目式教学中，各小组内学生需独立完成设计方案并进行课堂讨论，这个过程需要学生把理论知识点学习、文献搜集和阅读、总体设计方案梳理清晰。同时，作业报告要求语言精炼、逻辑关系清晰、设计计算和分析过程严谨准确。所以，项目式教学环节中突出呈现出对于学生语言表达能力和团队协作能力的培养，这是项目式教学相对于传统教学模式的独特优势。
项目式教学开始阶段，教师对设计方法及其需注意关键知识点进行简要讲授，即分组安排学生对各项目进行总体方案设计。然后，选择的项目即成为课程教学的主线，在其设计需求和参数分析、水力设计方案、结构设计方案、选型设计和计算校核、产品三维设计和与答辩展示过程中，学生将整个设计过程置身于实际情景中，通过小组探讨形式解决工程实践问题。项目式教学方法对教师的基础理论、工程实践能力的要求较高，所以应授课教师应具备较高的工程素养和综合能力。另外，教师在项目分析与指导过程中，需具备较强的组织协调能力和责任心，教师应通过项目式教学示范，指导学生在项目式教学过程中提升自身的综合能力。最后，教师要善于激发学生的创造能力与团队合作精神，重视项目式教学的反思和持续改进，针对教学过程中遇到的问题及时反馈和改进，使实现项目式教学达到预期效果，并能通过科学合理的方法进行项目式教学过程和效果的评价，为项目式教学模式改革与探索提供理论依据和实践经验。
参考文献
[1]杨化动,张霞,花广如.基于项目与问题探究相结合的机械设计类课程教学方法改革[J].机械设计,2018,35(S2):167-170.
[2]申继亮.多元智能与问题式学习[M].北京:中国轻工业出版社,2005.
[3]彭敏,郭梦娇.STEAM教育的基本内涵与发展路径研究[J].教育理论与实践,2018,38(25):14-18.
[4]师保国,高云峰,马玉赫.STEAM教育对学生创新素养的影响及其实施策略[J].中国电化教育,2017(363):75-79.
[5]张伟达,张伟成,王海艳,等.STEAM教育对我国科学教育改革的启示[J].东南大学学报(哲学社会科学版),2017(19)增刊:136-138.
[6]徐清.人民法庭组织体制论—基于云南省M人民法庭的实证分析[J].河北法学,2016,34(5):152-165
[7]岳丽锦,宋铁花.基于翻转课堂的农林院校大学英语教学模式研究[J].教育理论与实践,2016,36(30):42-44.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！ 文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jiaoyulunwen/9353.html
