面向工程设计思维培养的STEM教学模式构建与案例分析

依托STEM教育跨学科的优势发展学生的工程设计思维,已经成为STEM教育与工程教育共同追求的核心目标。然而在当前的STEM教学中,基于工程设计展开的教学模式大多刻板遵循流程,致使学生停留于机械操作与简单模仿层面,缺乏创新意识。为解决这一现实困境,在梳理工程设计思维内涵及相关研究述评的基础上,通过厘清工程设计思维与工程设计的内在联系,探讨逆向工程与工程设计整合的优势,将工程设计、STEM学科内容和逆向工程教学法相结合,提出面向工程设计思维培养的STEM教学模式。该模式旨在帮助学生树立自上而下的工程探索视角,使其在“需要知道”和“需要做”的内外部双循环过程中感知问题、解决挑战性任务、实现产品创新。同时根据该模式设计并实施了手持小风扇改造案例,验证了其对学生工程设计思维培养的正向促进作用。

融入课程思政与工程设计思维的OBE课程大纲设计——以自动化导学与实训为例

在课程这个微观层面,落实产出导向(OBE)仍然任重道远,而课程大纲起到牵引作用,对于工程类专业课程也是如此。为此,提出“1Why-2What-3How”并融入课程思政与工程设计思维的课程大纲撰写方法。这种撰写方法充分体现了以学生为中心、产出导向和持续改进的工程教育的核心理念,更有利于指导工程类学生学习,自觉担负学习任务,同时有利于指导任课教师开展课程教学,特别是对青年教师还可以起到传承课程建设经验的作用。自动化导学与实训课程的落地实践表明,这种方法增强了学生学习课程的获得感,提升了课程的质量。

“电工学”项目中心课程教学实践研究与探索

“电工学”面向工科非电类本科生开设,针对课程培养学生获得跨学科交叉融合能力、服务新工科建设的特点,采用“学期内轮动、学期间复刻、学科间交叉”的思路,从情境创设、问题中心、目标导向、价值引领四个方面探讨了项目中心课程教学模式的应用。该模式已在兰州理工大学完成九轮学期内轮动、三轮学期间复刻的教学实践,提升了学生发现问题、分析问题、解决问题、检验问题和反思问题的能力。

人教版高中物理跨学科实践栏目的特点与启示

人民教育出版社2019年版高中物理新教材新增加的跨学科实践栏目课题研究,具有选题密切结合学生生活,注重使用现代技术,渗透工程设计思维,注重模型建构,充分进行科学论证的特点,对这一栏目进行分析得出对教学及高考的启示,从而更好地培养学生的核心素养。

学习目标导向的自动控制理论实验教学改革

传统实验开展方式强调实验内容导向,有弱化能力培养的倾向,为此,提出融合工程设计思维的学习目标导向自动控制理论实验教学方法。以自动控制理论实验学习目标为导向,嵌入工程设计思维训练,构建具有复杂工程问题特点的综合性和设计性的实验项目,以自制实验平台为载体,按“构思—设计—实现—运行”的思路开展实验教学,实施“五环节”的实验教学改革。近三年的实验教学改革表明,学生对自动控制理论实验的直观获得感增强,内隐的工程设计思维得到训练,自动控制理论实验有助于培养学生解决复杂工程问题的能力。