基于建构主义学习理论的大学生创造发明教学模式探讨
朱辉+庄光亮+杨会
[摘 要]高等工程教育是工程科技人员培养的主渠道，其人才培养水平直接决定了工程技术的水平和发展的速度，对国家的工业竞争力起重要影响。提升学生的创新能力是工程教育重要内容。以建构主义学习理论来组织实施创造发明课程教学模式是一种有益的尝试。实践证明，开设这类创造发明课程可有效激发学生学习兴趣与动机，提升其创造发明的能力，并能带动学生对其他课程学习的积极性和增强学习效果。
[关键词]工程教育；建构主义；发明创造；教学改革
[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）01-0032-02
随着我国产业结构的升级和《中国制造2025》强国战略的提出，产业界迫切需要能够进行设计、开发产品与提出创新构想的高级工程人员。[1]因此，如何在学校提供学生适当的课程或活动，使学生除了具有工程设计的一般基础知识外，更具备丰富的创造发明能力，并能运用创造力产生创新的构想与设计，是当前工程教育着重改革的方向之一。[2]世界上较发达国家的高等院校、研究机构及产业在20世纪五六十年代已大力开展发明创造教育，如哈佛大学、麻省理工学院和日本松下公司等。实践证明，以发明创造教育为载体开展创造教育是一种高效的创新人才培养模式。为增强我国高校学生的创新能力和在创新基础上的创业能力，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才，教育部通过实施国家级大学生创新创业训练计划，促进高等学校转变教育思想观念，改革人才培养模式，强化创新创业能力训练。然而，大学生创新项目的实施对象并不面向全体学生群体，参与大学生创新项目的学生仍为少数。此外，学生的创新活动多以学生自我探索或依附于教师的科研课题，缺乏系统有效的创造发明的思维训练。因此，笔者认为在课程规划中开设创造发明课程，系统培养学生的创新思维能力，是提升学生创新能力的重要途径之一。
一、国内外大学创造发明教学模式分析
随着国际竞争的加剧，各国积极推行创造教育模式培养高素质创新人才，以期在未来激烈的国际竞争中取得优势。国外一些大学在课程教学中十分强调以实际操作的教学方式让学生能动手操作，参与设计及创新的活动，并在课堂中融入创造发明思维，鼓励学生将所学知识运用于创造发明的活动上。如麻省理工学院的设计课程教学包含了创造发明能力培养所需要的合成、分析、实作等三大要素的训练。斯坦福大学机械系的创造力培训课程是与企业界合作，运用团队的方式，进行专题制作与设计研讨会。[3]这些大学除了在课程教学中注重创造发明能力的培养外，也注重培育创造发明的师资培养，为学生进行系统的创新思维培训。这些成功教育经验值得国内大学借鉴与学习。此外，由于美国大学研究所申请入学的方式注重考查学生的整体表现与实际研究潜力，大部学生较愿意投入更多的精力与时间在实际操作课程上，这也有助于提高学生创造发明课程的学习效果。
近年来，国内也有部分大学尝试开设创造发明课程，如西安交通大学于2006年成立了“工程坊”，为学生提供专业的器材设备与技术指导，并为学生提供创新培训；山东大学开设了“创造发明学”公共选修课，学生通过对该课程的学习，创造发明的积极性和实际创新能力均有较大的提升，累计获得近千项国家专利。[4]然而，国内多数院校所开设的创新教育课程仍以专利申请、科技文献查询等选修课程或举办相关讲座或者学生协会社团的形式为主，尚未形成完整的创造发明教学体系。在实际基础理论和专业课程教学中，侧重于知识的系统性和完整性的表达，容易忽视对学生创造发明思维的培养。
二、 基于建构主义的创造发明教学的原则
（一）建构主义学习理论
建构主义是一种讨论知识论的理论，异于传统的知识观点。建构主义认为知识是建构而来的，将学习者视为能够主动建构知识的认知主体，因此十分重视学习者的自然想法和已有的经验。[5]由于学习是一个主动建构知识的过程，学习者在学习历程中，会以自己既有概念为基础，建立学习的意义，主动地参与知识的社会建构，而不是被动地从教师那里接受已构建好的知识包裹。教师与学生在教学中共同参与教学过程，通过讨论与互动，让学生在已知知识的基础上，主动探索与架构新的概念。由此可见，建构主义学习与传统知识传授的教学方式有着显著的区别，更强调学生的主动探索和自我知识的构建，这一思想与创造发明的实际过程相一致。因此，应用建构主义学习理论架构创造发明课程教学模式是一种有益的尝试。
（二）基于建构主义的创造发明教学原则
以建构主义学习理论指导创造发明课程教学，要求教学实施过程应遵循如下几条基本原则：1.学生主动建构出创造发明的想法，而不是被动接受知识与指导。因此，创造发明教学应注重激发学生的创新欲望和创造性思考能力的培养，而不是仅限于学习创造发明理论与技法。2.创造发明的解答无标准答案，是存于人脑中的主观思想，而认知的目的则是组织一个更能适应现实的经验世界。因此，教学过程应引导学生主动发掘问题之所在，设法解决问题，而不是直接将解决问题的方法传授给学生。3.创造发明是人与人之间磋商与妥协的社会建构结果，不独立存在于技巧与方法之中，技巧与方法只是一种工具，其意义由发明人所赋予。因此，教学时应强调小组成员的相互讨论、学生与教师之间的有效沟通，与学生共同架构创造发明的思考与想法。
三、 基于建构主义学习理论的创造发明教学模式
（一） 创造发明课程教材设计
创造发明作为一门课程来学习，需要从理论层面对创造发明思想内涵进行阐述，教师也需要有相应的教材来规划和指导实际授课范畴。根据建构主义对创造发明的要求，教材内容应包括：创造的定义，创造力的本质；创造的理论，创造的过程及创造的障碍；问题的种类、层次与属性；想象力的重要及种类与运用；创造发明的方法（相反、合并、转移）；创造与发明的实例讨论；专题报告及讨论。由于创造发明课程的教学终极目标是创新思维的培养，而不是一般的技能训练，因此，专利申请、科技文献查询等知识不应纳入本课程教学中。
（二）创造发明教学的原则与技巧
依据教材的内容和建构主义对创造发明的要求，课程开展的方式建议采用讲授、问答对话、小组讨论、专题制作与报告等形式。教学时应弹性运用上述方式，务求课堂气氛活泼。同时，教师在教学时应掌握下列原则：1.知识理论与可行方法的传授应做到互相呼应，不可只有理论，也不可只注重方法，而应着眼于学生知识的实际运作。2.实例的探讨及创造发明的演练要能互相配合，根据学生学习的领域、主题，收集前人的发明实例，在课堂上说明并一起讨论。同时，也让学生能以专题的形式进行完整的演练，从问题的寻找、方法的设定、问题的解决到最后完成作品和申请专利。3.教师应多采用启发式的问答与讨论让学生主动学习。4.教学应尽量配合相关的设备、教具与教材、模型、投影机、计算机等实体展示，让学生透过实际的体验产生更多的感受及启发。5.教学成效无法以知识获得的程度来评量，必须由平时的表现、经常性的记录，考核学生进步构成，并在最后的专题报告中，作为综合评分的标准。6.注重创造发明的演练教学，邀请发明家（或有丰硕的发明创造成果的人员）演讲发明经验，并现场组织一项发明创造的演练全过程，让学生领会发明的思维构建和乐趣。
（三）创造发明教学师资要求
创造发明课程教学的主体是学生，但需要教师来调动讨论气氛和把握主题。一位优秀的创造发明的授课教师应具有一定的特质与条件：1.拥有广博的知识，能吸收不同领域的专业学识；2.拥有宽容的心胸，容忍学生的挑战；3.要能带动讨论，引导学生进行团体讨论及一对一问答；4.具有幽默风趣的特质与流利的口才，让课堂能在轻松气氛下进行；5.具备实务的经验并与现实生活不脱节；6.对创造发明有兴趣，有丰富的创造发明经历；7.具有很强的实际动手能力和扎实的工程知识。
四、结语
工程教育强调培养学生解决复杂工程问题的能力，创造发明的提出和目标在很大程度上是基于对工程难题解决的现实需求。因此，将创造发明作为独立的课程纳入常规教学体系并应用于其他课程教学，符合工程教育大纲要求。笔者在多年指导大学生的创新实践中深刻体会到，创造发明不只是提出想法，还需要掌握一套符合认知规律的思维培养方法，并将创造发明的想法付诸实践以形成产品实际运作能力。以建构主义学习理论来组织实施创造发明课程教学模式是一种有益的尝试。实践证明，开设这类创造发明课程可有效激发学生学习兴趣与动机，提升其创造发明的能力，并能带动学生对其他课程学习的积极性和增强学习效果。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 黄群慧， 贺俊. 中国制造业的核心能力、功能定位与发展战略——兼评《中国制造2025》[J].中国工业经济，2015（6）： 5-17.
[2] 周绪红.中国工程教育人才培养模式改革创新的现状与展望——在2015国际工程教育论坛上的专题报告[J].高等工程教育研究，2016（1）：1-4.
[3] 白强.美国名校科技创新人才培养的实践经验与启示——基于哈佛大学、斯坦福大学和麻省理工学院的考察[J].教师教育学报， 2015（3）：112-117.
[4] 樊丽明，王仁卿.开放、综合、研究环境下的创新人才培养模式探索——山东大学的本科教学模式改革[J].国内高等教育教学研究动态，2009（11）：14-14.
[5] 温彭年，贾国英.建构主义理论与教学改革——建构主义学习理论综述[J].教育理论与实践， 2002（5）：17-22.
[责任编辑：刘凤华]
[摘 要]高等工程教育是工程科技人员培养的主渠道，其人才培养水平直接决定了工程技术的水平和发展的速度，对国家的工业竞争力起重要影响。提升学生的创新能力是工程教育重要内容。以建构主义学习理论来组织实施创造发明课程教学模式是一种有益的尝试。实践证明，开设这类创造发明课程可有效激发学生学习兴趣与动机，提升其创造发明的能力，并能带动学生对其他课程学习的积极性和增强学习效果。
[关键词]工程教育；建构主义；发明创造；教学改革
[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）01-0032-02
随着我国产业结构的升级和《中国制造2025》强国战略的提出，产业界迫切需要能够进行设计、开发产品与提出创新构想的高级工程人员。[1]因此，如何在学校提供学生适当的课程或活动，使学生除了具有工程设计的一般基础知识外，更具备丰富的创造发明能力，并能运用创造力产生创新的构想与设计，是当前工程教育着重改革的方向之一。[2]世界上较发达国家的高等院校、研究机构及产业在20世纪五六十年代已大力开展发明创造教育，如哈佛大学、麻省理工学院和日本松下公司等。实践证明，以发明创造教育为载体开展创造教育是一种高效的创新人才培养模式。为增强我国高校学生的创新能力和在创新基础上的创业能力，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才，教育部通过实施国家级大学生创新创业训练计划，促进高等学校转变教育思想观念，改革人才培养模式，强化创新创业能力训练。然而，大学生创新项目的实施对象并不面向全体学生群体，参与大学生创新项目的学生仍为少数。此外，学生的创新活动多以学生自我探索或依附于教师的科研课题，缺乏系统有效的创造发明的思维训练。因此，笔者认为在课程规划中开设创造发明课程，系统培养学生的创新思维能力，是提升学生创新能力的重要途径之一。
一、国内外大学创造发明教学模式分析
随着国际竞争的加剧，各国积极推行创造教育模式培养高素质创新人才，以期在未来激烈的国际竞争中取得优势。国外一些大学在课程教学中十分强调以实际操作的教学方式让学生能动手操作，参与设计及创新的活动，并在课堂中融入创造发明思维，鼓励学生将所学知识运用于创造发明的活动上。如麻省理工学院的设计课程教学包含了创造发明能力培养所需要的合成、分析、实作等三大要素的训练。斯坦福大学机械系的创造力培训课程是与企业界合作，运用团队的方式，进行专题制作与设计研讨会。[3]这些大学除了在课程教学中注重创造发明能力的培养外，也注重培育创造发明的师资培养，为学生进行系统的创新思维培训。这些成功教育经验值得国内大学借鉴与学习。此外，由于美国大学研究所申请入学的方式注重考查学生的整体表现与实际研究潜力，大部学生较愿意投入更多的精力与时间在实际操作课程上，这也有助于提高学生创造发明课程的学习效果。
近年来，国内也有部分大学尝试开设创造发明课程，如西安交通大学于2006年成立了“工程坊”，为学生提供专业的器材设备与技术指导，并为学生提供创新培训；山东大学开设了“创造发明学”公共选修课，学生通过对该课程的学习，创造发明的积极性和实际创新能力均有较大的提升，累计获得近千项国家专利。[4]然而，国内多数院校所开设的创新教育课程仍以专利申请、科技文献查询等选修课程或举办相关讲座或者学生协会社团的形式为主，尚未形成完整的创造发明教学体系。在实际基础理论和专业课程教学中，侧重于知识的系统性和完整性的表达，容易忽视对学生创造发明思维的培养。
二、 基于建构主义的创造发明教学的原则
（一）建构主义学习理论
建构主义是一种讨论知识论的理论，异于传统的知识观点。建构主义认为知识是建构而来的，将学习者视为能够主动建构知识的认知主体，因此十分重视学习者的自然想法和已有的经验。[5]由于学习是一个主动建构知识的过程，学习者在学习历程中，会以自己既有概念为基础，建立学习的意义，主动地参与知识的社会建构，而不是被动地从教师那里接受已构建好的知识包裹。教师与学生在教学中共同参与教学过程，通过讨论与互动，让学生在已知知识的基础上，主动探索与架构新的概念。由此可见，建构主义学习与传统知识传授的教学方式有着显著的区别，更强调学生的主动探索和自我知识的构建，这一思想与创造发明的实际过程相一致。因此，应用建构主义学习理论架构创造发明课程教学模式是一种有益的尝试。
（二）基于建构主义的创造发明教学原则
以建构主义学习理论指导创造发明课程教学，要求教学实施过程应遵循如下几条基本原则：1.学生主动建构出创造发明的想法，而不是被动接受知识与指导。因此，创造发明教学应注重激发学生的创新欲望和创造性思考能力的培养，而不是仅限于学习创造发明理论与技法。2.创造发明的解答无标准答案，是存于人脑中的主观思想，而认知的目的则是组织一个更能适应现实的经验世界。因此，教学过程应引导学生主动发掘问题之所在，设法解决问题，而不是直接将解决问题的方法传授给学生。3.创造发明是人与人之间磋商与妥协的社会建构结果，不独立存在于技巧与方法之中，技巧与方法只是一种工具，其意义由发明人所赋予。因此，教学时应强调小组成员的相互讨论、学生与教师之间的有效沟通，与学生共同架构创造发明的思考与想法。
三、 基于建构主义学习理论的创造发明教学模式
（一） 创造发明课程教材设计
创造发明作为一门课程来学习，需要从理论层面对创造发明思想内涵进行阐述，教师也需要有相应的教材来规划和指导实际授课范畴。根据建构主义对创造发明的要求，教材内容应包括：创造的定义，创造力的本质；创造的理论，创造的过程及创造的障碍；问题的种类、层次与属性；想象力的重要及种类与运用；创造发明的方法（相反、合并、转移）；创造与发明的实例讨论；专题报告及讨论。由于创造发明课程的教学终极目标是创新思维的培养，而不是一般的技能训练，因此，专利申请、科技文献查询等知识不应纳入本课程教学中。
（二）创造发明教学的原则与技巧
依据教材的内容和建构主义对创造发明的要求，课程开展的方式建议采用讲授、问答对话、小组讨论、专题制作与报告等形式。教学时应弹性运用上述方式，务求课堂气氛活泼。同时，教师在教学时应掌握下列原则：1.知识理论与可行方法的传授应做到互相呼应，不可只有理论，也不可只注重方法，而应着眼于学生知识的实际运作。2.实例的探讨及创造发明的演练要能互相配合，根据学生学习的领域、主题，收集前人的发明实例，在课堂上说明并一起讨论。同时，也让学生能以专题的形式进行完整的演练，从问题的寻找、方法的设定、问题的解决到最后完成作品和申请专利。3.教师应多采用启发式的问答与讨论让学生主动学习。4.教学应尽量配合相关的设备、教具与教材、模型、投影机、计算机等实体展示，让学生透过实际的体验产生更多的感受及启发。5.教学成效无法以知识获得的程度来评量，必须由平时的表现、经常性的记录，考核学生进步构成，并在最后的专题报告中，作为综合评分的标准。6.注重创造发明的演练教学，邀请发明家（或有丰硕的发明创造成果的人员）演讲发明经验，并现场组织一项发明创造的演练全过程，让学生领会发明的思维构建和乐趣。
（三）创造发明教学师资要求
创造发明课程教学的主体是学生，但需要教师来调动讨论气氛和把握主题。一位优秀的创造发明的授课教师应具有一定的特质与条件：1.拥有广博的知识，能吸收不同领域的专业学识；2.拥有宽容的心胸，容忍学生的挑战；3.要能带动讨论，引导学生进行团体讨论及一对一问答；4.具有幽默风趣的特质与流利的口才，让课堂能在轻松气氛下进行；5.具备实务的经验并与现实生活不脱节；6.对创造发明有兴趣，有丰富的创造发明经历；7.具有很强的实际动手能力和扎实的工程知识。
四、结语
工程教育强调培养学生解决复杂工程问题的能力，创造发明的提出和目标在很大程度上是基于对工程难题解决的现实需求。因此，将创造发明作为独立的课程纳入常规教学体系并应用于其他课程教学，符合工程教育大纲要求。笔者在多年指导大学生的创新实践中深刻体会到，创造发明不只是提出想法，还需要掌握一套符合认知规律的思维培养方法，并将创造发明的想法付诸实践以形成产品实际运作能力。以建构主义学习理论来组织实施创造发明课程教学模式是一种有益的尝试。实践证明，开设这类创造发明课程可有效激发学生学习兴趣与动机，提升其创造发明的能力，并能带动学生对其他课程学习的积极性和增强学习效果。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 黄群慧， 贺俊. 中国制造业的核心能力、功能定位与发展战略——兼评《中国制造2025》[J].中国工业经济，2015（6）： 5-17.
[2] 周绪红.中国工程教育人才培养模式改革创新的现状与展望——在2015国际工程教育论坛上的专题报告[J].高等工程教育研究，2016（1）：1-4.
[3] 白强.美国名校科技创新人才培养的实践经验与启示——基于哈佛大学、斯坦福大学和麻省理工学院的考察[J].教师教育学报， 2015（3）：112-117.
[4] 樊丽明，王仁卿.开放、综合、研究环境下的创新人才培养模式探索——山东大学的本科教学模式改革[J].国内高等教育教学研究动态，2009（11）：14-14.
[5] 温彭年，贾国英.建构主义理论与教学改革——建构主义学习理论综述[J].教育理论与实践， 2002（5）：17-22.
[责任编辑：刘凤华]
