顧立志，高善平，陳思思，黃娥慧,甘世溪，宋金玲
(1.泉州信息工程學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院，福建 泉州 362000；
2.華僑大學(xué) 機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院，福建 廈門 361021；
3.泉州師范學(xué)院 物理與信息工程學(xué)院，福建 泉州 362000)
課程是高校構(gòu)建人才培養(yǎng)體系的基本單元，也是人才培養(yǎng)過程的基本載體。課程內(nèi)涵和特色決定了人才培養(yǎng)的要素和特色。課程特色既有課程組合方式的特色，亦即宏觀層面的課程體系的特色，又有課程教學(xué)的特色，亦即微觀層面的單個(gè)課程的特色。目前，關(guān)于應(yīng)用型本科院校課程體系的特色已有較多研究，形成了一系列的研究成果；
基于單個(gè)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施則是一個(gè)亟待深入探索的課題。
廣東科技學(xué)院盧丹研究項(xiàng)目教學(xué)法用于本科英語教學(xué)，從概念入手,分析項(xiàng)目教學(xué)的影響以及存在的問題,并對(duì)本科英語教學(xué)如何融入項(xiàng)目教學(xué)法提出可行性的建議[1]。楊靜和吳彬立足于系統(tǒng)學(xué)理論,從高校教師視域出發(fā),提出深度運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)法于準(zhǔn)備、實(shí)施和反饋三階段，以促進(jìn)教育教學(xué)水平提升[2]。侯長(zhǎng)林認(rèn)為課堂教學(xué)的前沿是學(xué)科學(xué)術(shù)前沿和專業(yè)學(xué)術(shù)前沿的體現(xiàn)，要增強(qiáng)應(yīng)用型本科高校課堂教學(xué)前沿性[3]。郭洋在梳理已有研究成果的基礎(chǔ)上,提出任務(wù)型教學(xué)法并闡述其目的、意義、內(nèi)容、方法及實(shí)施于初級(jí)漢語口語課之實(shí)例[4]。劉海波選取華北科技學(xué)院公共體育籃球教學(xué)當(dāng)中男生30人作為實(shí)驗(yàn)組,運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法進(jìn)行授課,探討在高校公共體育籃球教學(xué)應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的效果[5]。華筱亞闡述了綜合教學(xué)法在基礎(chǔ)法語課堂上應(yīng)用的可操作性和必要性,并提出了綜合教學(xué)法有效實(shí)施的條件保障[6]。孟慧麗認(rèn)為藝術(shù)體操課程集鍛煉與藝術(shù)于一體,藝術(shù)體操作為大學(xué)體育課程中"美"的象征,闡述了分層教學(xué)法在藝術(shù)體操教學(xué)中的意義及應(yīng)用策略[7]。劉果將行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)組織和應(yīng)用型本科結(jié)合是教育創(chuàng)新并應(yīng)用于汽車自動(dòng)變速器課程[8]。鄧小雷等人把翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于本科機(jī)械專業(yè)課程改革,構(gòu)建了一種包括學(xué)習(xí)資源的開發(fā)、課前學(xué)習(xí)、課中活動(dòng)、課后評(píng)測(cè),總結(jié)提升等主要階段的教學(xué)模式，收到良好效果[9]。李未等人提出構(gòu)建"共享型"課堂教學(xué)模式,確立營(yíng)造合適教學(xué)環(huán)境、教師正確引導(dǎo)、強(qiáng)調(diào)交流共享的教學(xué)原則并將該模式應(yīng)用于“汽車?yán)碚摗苯虒W(xué)實(shí)踐[10]。趙興國(guó)等人基于對(duì)所開設(shè)課程及教學(xué)實(shí)踐的總結(jié),提出“主體(Subjectivity)-實(shí)踐(Practicality)-研究(Research)”教學(xué)模式(簡(jiǎn)稱“SPR教學(xué)模式”)，以培養(yǎng)自主決策能力、應(yīng)用實(shí)踐能力和科學(xué)研究能力[11]。楊清提出課堂教學(xué)評(píng)價(jià)是學(xué)校對(duì)課堂教學(xué)活動(dòng)的價(jià)值進(jìn)行判斷、挖掘和提升的過程；
認(rèn)為當(dāng)前學(xué)校在認(rèn)識(shí)和實(shí)踐上存在誤區(qū),未能充分發(fā)揮課堂教學(xué)評(píng)價(jià)的功能，應(yīng)全面而有深度地挖掘課堂教學(xué)的價(jià)值生長(zhǎng)點(diǎn)，真正促進(jìn)課堂教學(xué)價(jià)值的提升[12]。
經(jīng)過多年的潛心研究和教學(xué)實(shí)踐，本文提出應(yīng)用型本科問題求解三段式課堂教學(xué)法并應(yīng)用于“機(jī)械制造工藝學(xué)”“機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)”“金屬切削原理與刀具設(shè)計(jì)”等課程，收到良好效果。
課程教學(xué)設(shè)計(jì)是依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，在分析學(xué)生特點(diǎn)、學(xué)習(xí)需求與教學(xué)條件的基礎(chǔ)上，提出階段性的學(xué)習(xí)任務(wù)，選擇合適的教學(xué)內(nèi)容與有效的教學(xué)形式，確定評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)結(jié)果的方案，達(dá)到優(yōu)化的教學(xué)效果的系統(tǒng)決策過程。其中，選擇什么樣的內(nèi)容與設(shè)計(jì)怎樣的內(nèi)容承載與呈現(xiàn)形式是課程的關(guān)鍵和核心。
應(yīng)用型本科人才是知識(shí)、能力、素質(zhì)和諧發(fā)展的高素質(zhì)人才，兼有普通高校學(xué)科學(xué)術(shù)型人才與職業(yè)技能型人才的人才特征，在培養(yǎng)上既有一般本科人才的學(xué)科學(xué)術(shù)教育特征，又有應(yīng)用型人才的職業(yè)教育特性。因此，作為本科層次的人才，應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)規(guī)格必須符合和達(dá)到本科教育的基本要求，“應(yīng)當(dāng)使學(xué)生比較系統(tǒng)地掌握本學(xué)科、專業(yè)必需的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)，掌握本專業(yè)必要的基本技能、方法和相關(guān)知識(shí)，具有從事本專業(yè)實(shí)際工作和研究工作的初步能力”。與職業(yè)技術(shù)教育相比，其理論基礎(chǔ)更厚實(shí)，知識(shí)面更寬廣和學(xué)科知識(shí)更前沿，創(chuàng)新意識(shí)和能力更突出。這一規(guī)格特征要求，在課程內(nèi)容的選取上不僅要突出基礎(chǔ)性，使學(xué)生既掌握本課程的基本概念、基本原理和基本應(yīng)用，而且要凸現(xiàn)其學(xué)術(shù)性，確保所學(xué)知識(shí)與技術(shù)的“堅(jiān)實(shí)”——高深性，使學(xué)生具有設(shè)計(jì)研發(fā)的潛能。同樣重要的，作為以應(yīng)用為本的人才，應(yīng)用型本科人才是以專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際、推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的實(shí)踐人才，其創(chuàng)新性主要表現(xiàn)為創(chuàng)造性地運(yùn)用專業(yè)知識(shí)和技能解決實(shí)際問題的意識(shí)和能力，主要特征是基于實(shí)踐問題的集成創(chuàng)新、而不是學(xué)術(shù)理論原創(chuàng)。以較強(qiáng)的行業(yè)應(yīng)用能力和解決實(shí)際問題的能力區(qū)別于學(xué)科學(xué)術(shù)型人才，又以較強(qiáng)的綜合設(shè)計(jì)和研究能力區(qū)別于技能型人才:比較系統(tǒng)地掌握本學(xué)科、專業(yè)必需的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)，掌握本專業(yè)必要的基本技能、方法和相關(guān)知識(shí)，具有從事本專業(yè)實(shí)際工作和研究工作的初步能力，以實(shí)踐問題的集成創(chuàng)新為基本內(nèi)涵特征的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。
這一規(guī)格特征要求，在課程內(nèi)容的選取上必須體現(xiàn)行業(yè)需求導(dǎo)向和以能力為核心的個(gè)性特點(diǎn)，注重學(xué)科的交叉復(fù)合與行業(yè)應(yīng)用，突出理論知識(shí)與實(shí)際問題的結(jié)合，但又不簡(jiǎn)單照搬“基于工作過程”的職業(yè)教育課程開發(fā)模式，職業(yè)教育的“課程開發(fā)過程是一個(gè)伴隨學(xué)科體系解構(gòu)而凸顯行動(dòng)體系的重構(gòu)過程”，更強(qiáng)調(diào)針對(duì)崗位技能的系列訓(xùn)練。應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)規(guī)格的學(xué)科本色和應(yīng)用特色的雙重特點(diǎn)決定了課程內(nèi)容的選擇既要保證學(xué)生相對(duì)系統(tǒng)性掌握學(xué)科知識(shí)與理論技能，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)和研究能力打下基礎(chǔ)；
又要面向產(chǎn)業(yè)(行業(yè))實(shí)際需要，提高學(xué)生的集成創(chuàng)新能力。
應(yīng)用型本科課程：基礎(chǔ)理論寬厚，系統(tǒng)性，前沿性，基于實(shí)踐問題的集成創(chuàng)新；
啟發(fā)式與問題解決式。
學(xué)術(shù)學(xué)科型本科課程：理論基礎(chǔ)寬厚扎實(shí)，系統(tǒng)性，前沿性，原理(理論)創(chuàng)新性；
啟發(fā)式，講述為主。
職業(yè)技能課程：面向職業(yè)崗位需要確定理論基礎(chǔ)的范圍和內(nèi)涵，系列化；
理論方法及演示實(shí)操程序化授課。
高校人才培養(yǎng)是通過學(xué)科教學(xué)實(shí)現(xiàn)的，學(xué)科課程是大學(xué)課程的基本組織形態(tài)。學(xué)科課程是從一定的學(xué)術(shù)領(lǐng)域選擇相關(guān)內(nèi)容，根據(jù)知識(shí)的邏輯體系將所選知識(shí)組成相應(yīng)學(xué)科而教學(xué)的課程，它不僅有利于學(xué)生掌握相對(duì)系統(tǒng)的學(xué)科知識(shí)，而且易于形成專業(yè)性的思維能力和實(shí)踐能力；
但學(xué)科教學(xué)一般遵循從原理到概念再到例證的邏輯結(jié)構(gòu)，以講授式教學(xué)為主，學(xué)生易淪為學(xué)科知識(shí)的“旁觀者”，而不是知識(shí)獲取的“親歷者”，有礙學(xué)習(xí)主動(dòng)性、創(chuàng)造性的發(fā)揮。目前，從課程教學(xué)的實(shí)際來看，特別是理論性很強(qiáng)的學(xué)術(shù)課程，教師還是習(xí)慣于按照教材的編排順序、采用“先基礎(chǔ)后應(yīng)用”的教學(xué)模式，基本原理講得多、實(shí)際應(yīng)用訓(xùn)練少，學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力不強(qiáng)。
應(yīng)用型本科學(xué)生相當(dāng)部分學(xué)生雖然對(duì)課堂上被動(dòng)地接受知識(shí)灌輸缺乏興趣，但對(duì)于動(dòng)腦筋、想點(diǎn)子設(shè)計(jì)和參與各種課外的實(shí)踐活動(dòng)，卻是樂此不疲，在某種意義上這是他們的優(yōu)勢(shì)所在。揚(yáng)長(zhǎng)避短，因勢(shì)利導(dǎo)，打破按教材順序簡(jiǎn)單呈現(xiàn)知識(shí)的教學(xué)傳統(tǒng)，設(shè)計(jì)出適應(yīng)學(xué)生群體基本特點(diǎn)和認(rèn)知能力的教學(xué)內(nèi)容與順序和方法，是應(yīng)用型本科院校因材施教的內(nèi)在意蘊(yùn)。
問題求解三段式教學(xué)法，以課程的知識(shí)體系歸屬和能解決的工程(含工作)實(shí)際問題的提出，按啟發(fā)式與問題求解式組織教學(xué)，闡述基本概念和基本原理，以實(shí)際問題為例運(yùn)用基本概念和基本原理求解，從而達(dá)到課程目標(biāo)。
(一)問題求解三段式教法之理?yè)?jù)
1.“知識(shí)-能力-素質(zhì)”內(nèi)涵及獲取與培養(yǎng)之途徑
對(duì)知識(shí)-能力-素質(zhì)的再認(rèn)識(shí)。聯(lián)合國(guó)經(jīng)合組織(OECD)在《以知識(shí)為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)》的報(bào)告中闡明，作為知識(shí)經(jīng)濟(jì)要素的知識(shí)，不僅囊括科學(xué)技術(shù)的知識(shí)成果，而且還包括管理科學(xué)和行為科學(xué)的內(nèi)容。
知識(shí)：①知道是什么的知識(shí)，即指關(guān)于客觀事實(shí)的知識(shí)，即是可以通過人們的觀察、感知或數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來的知識(shí)等;②知道為什么的知識(shí),即指自然規(guī)律和原理方面的知識(shí)，包括自然原理或法則的科學(xué)知識(shí)等;③知道怎么做的知識(shí)，即指技能方面的知識(shí)，包括做某些事情的技藝和能力等;④知道是誰的知識(shí)，即指誰知道和誰知道如何做某些事情的知識(shí)與信息。在知識(shí)生產(chǎn)中，編碼性知識(shí)可被認(rèn)為是需要轉(zhuǎn)化的原料，隱含經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)，特別是知道怎樣做類知識(shí)，可被認(rèn)為是處理編碼性知識(shí)的工具。素質(zhì)：《辭?！穼?duì)素質(zhì)[quality]一詞的定義為:①人的生理上的原來的特點(diǎn).②事物本來的性質(zhì).③完成某種活動(dòng)所必需的基本條件。素質(zhì)是與生俱來的以及通過后天培養(yǎng)，塑造，鍛煉而獲得的身體上和人格上的性質(zhì)特點(diǎn)。就本科培養(yǎng)而言，只有對(duì)教學(xué)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程進(jìn)行系統(tǒng)的有效的質(zhì)量控制，才能產(chǎn)生高素質(zhì)的學(xué)生。而學(xué)生素質(zhì)只有通過客觀工作過程結(jié)果的記錄來證明滿足專業(yè)與應(yīng)用要求的程度。在學(xué)校建立質(zhì)量管理體系對(duì)學(xué)生的素質(zhì)培養(yǎng)進(jìn)行管理，保證畢業(yè)學(xué)生的素質(zhì)。能力：對(duì)個(gè)人能力(competence)的解釋是：“經(jīng)證實(shí)的應(yīng)用知識(shí)和技能的本領(lǐng)?！庇械娜朔Q為“能力素質(zhì)”，指在任務(wù)或情景中表現(xiàn)的一組行為。
可以得出，除先天藝術(shù)外素質(zhì)和能力主要是通過活動(dòng)(過程)進(jìn)行培養(yǎng)的；
在知識(shí)中，編碼性知識(shí)可被認(rèn)為是需要轉(zhuǎn)化的原料，隱含經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)，特別是知道怎樣做類知識(shí)，可被認(rèn)為是處理編碼性知識(shí)的工具。編碼性知識(shí)能夠通過讀書、聽演講和查看數(shù)據(jù)庫(kù)而獲得；
隱含經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)通過社會(huì)活動(dòng)(實(shí)踐)來獲得”。從應(yīng)用的角度看，項(xiàng)目(問題，任務(wù))是知識(shí)、素質(zhì)、能力的客觀載體，素質(zhì)是基礎(chǔ)，能力是工具，知識(shí)是資源，三者有機(jī)結(jié)合才能完成項(xiàng)目。
綜上，課堂教學(xué)主要是獲取“編碼性知識(shí)”從而為素質(zhì)提高和能力發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。問題求解三段式教法契合編碼性知識(shí)的獲取，為培養(yǎng)應(yīng)用型人才提供知識(shí)保障，見圖1。
圖1 “知識(shí)-能力-素質(zhì)”內(nèi)涵特征和獲取渠道
2.認(rèn)知規(guī)律之遵循
學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論、掌握專業(yè)知識(shí)、培養(yǎng)基本應(yīng)用能力，關(guān)鍵在于激發(fā)學(xué)生的求知欲和以恰當(dāng)?shù)姆椒ㄍ緩绞箤W(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)。其實(shí)，這是學(xué)習(xí)的兩個(gè)方面問題：(1)想不想學(xué)好——解決求知欲問題；
(2)怎樣學(xué)好——解決方法問題。認(rèn)知心理學(xué)告訴我們，求知欲源于好奇，想知道，見圖2。問題求解三段式教法以預(yù)設(shè)和提出問題開篇，直接迅速吸引學(xué)生的注意力，激活學(xué)生的好奇心；
隨之而來的連續(xù)性問題接踵而至：有什么理論或方法能夠求解這個(gè)問題？具體是怎樣求解的？有何規(guī)律和特點(diǎn)？效果如何？從而激發(fā)和持續(xù)學(xué)生的求知欲。
圖2 求知欲的產(chǎn)生與持續(xù)
認(rèn)知心理學(xué)還告訴我們，對(duì)知識(shí)的獲取與掌握效果主要取決于學(xué)習(xí)過程對(duì)獲取對(duì)象的加工(刺激)次數(shù)和加工深度，見圖3。加工次數(shù)可以理解為對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容反復(fù)思考回味的次數(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)平均人們對(duì)概念的記憶需要重復(fù)7次。另一個(gè)具有更為顯著性影響的因素是加工深度，可以理解為對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容反復(fù)思考回味過程中取得印象的深刻程度、刺激的強(qiáng)烈程度、認(rèn)識(shí)理解的深度。
問題求解三段式教法為師生的教與學(xué)提供了深度加工的舞臺(tái)。以提出問題伊始即深深地刺激和吸引著學(xué)生；
緊扣問題求解展開概念原理使刺激再現(xiàn)并深化；
具體求解問題使刺激達(dá)到高潮。
3.理論與實(shí)際無縫連接之實(shí)現(xiàn)
我們的教育方針內(nèi)容之一是理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)以致用。長(zhǎng)期以來，教育理論家和教育實(shí)踐家均在不懈努力尋求教育教學(xué)過程形式與內(nèi)容融合統(tǒng)一、理論與實(shí)踐緊密聯(lián)系的高效方法，持續(xù)提高教育教學(xué)質(zhì)量。問題求解三段式教法以來自生產(chǎn)工程技術(shù)的實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn)，緊緊圍繞解決實(shí)際問題展開課程知識(shí)體系的概念和原理方法，再落腳到實(shí)際問題的求解，不僅保證概念原理與實(shí)際問題的緊密聯(lián)系，而且使具有普適性的概念原理與具體的實(shí)際問題完美匹配，為學(xué)生初步運(yùn)用概念原理嘗試解決同類或相近類問題提供了成功的范例。這為學(xué)生分析和解決生產(chǎn)工程技術(shù)新問題奠定了基礎(chǔ)，也在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力。
4.契合應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)之要求
盡管對(duì)應(yīng)用型本科教育和應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)規(guī)格仍在探索和實(shí)踐中，對(duì)應(yīng)用型本科基本要求的認(rèn)識(shí)趨于一致：
(1)基礎(chǔ)理論的寬厚性：主要體現(xiàn)通識(shí)教育情況，包括主干基礎(chǔ)課程；
(2)專業(yè)知識(shí)的扎實(shí)性：專業(yè)核心骨干課與知識(shí)技術(shù)體系的傳播與掌握情況；
(3)技術(shù)技能的高強(qiáng)性：主要考察以本專業(yè)基礎(chǔ)理論為指導(dǎo)、運(yùn)用專業(yè)技術(shù)方法和經(jīng)驗(yàn)等于實(shí)踐的能力和實(shí)際動(dòng)手能力；
反映專業(yè)水準(zhǔn)，展示工匠技藝。
(4)自學(xué)發(fā)展的創(chuàng)新性：主要反映施教學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中學(xué)生所獲得的自學(xué)能力和技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造能力?？紤]行業(yè)崗位，必然會(huì)遇到一系列前所未有的問題、困難、理論與技術(shù)難題等，在本科階段不僅要溫故已學(xué)已掌握的知識(shí)與技術(shù)，更重要的是必須學(xué)習(xí)新知識(shí)、掌握新技術(shù)，運(yùn)用新方法以解決新問題，并使自己不斷進(jìn)步和提高。從某種意義上講，自學(xué)能力是學(xué)習(xí)上的創(chuàng)新能力。
(5)實(shí)干會(huì)干的行動(dòng)性：通過實(shí)際行動(dòng)體現(xiàn)和證明應(yīng)用型本科良好的素質(zhì)和對(duì)知識(shí)與技術(shù)的應(yīng)用能力。
問題求解三段式教法——“提出問題-闡明概念原理-問題求解”，在形式和內(nèi)容上取得高度契合統(tǒng)一，實(shí)際問題(工程技術(shù))-概念原理(課程體系)-問題求解(原理運(yùn)用)三位一體，從問題的提出，概念原理(知識(shí)點(diǎn))的導(dǎo)出和闡述，再落實(shí)到原問題運(yùn)用原理方法的求解和講評(píng)深化，處處達(dá)成對(duì)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求，時(shí)時(shí)體現(xiàn)“應(yīng)用型”重在應(yīng)用的人才培養(yǎng)觀。
(二)問題求解三段式課堂教學(xué)法系統(tǒng)構(gòu)架
從形式到內(nèi)容，問題求解三段式課堂教學(xué)法系統(tǒng)由三模塊、三部曲和三目標(biāo)構(gòu)成。
1.三模塊
模塊1：構(gòu)建基于知識(shí)體系的問題(任務(wù)或項(xiàng)目)樹
(1)
式中，problem(concept)ij、problem(concept)km、problem(concept)no、problem(concept)pq分別表示概念問題、原理問題、方法問題和其他問題。為了方便它們分別簡(jiǎn)寫為prcij，prpkm，prmno和prspq，見圖4。
圖4 問題求解三段式課堂教學(xué)法中的問題樹
Module1:Problems(tasksorprojects)treebasedontheknowledgesystem.
模塊2：回答和解決問題的原理與方法集
Module 2:Universal principles and methods for solution to the problems involved.
Notions：內(nèi)涵明確、濃縮精煉的詞或短語
Principles：事物存在和運(yùn)動(dòng)固有的規(guī)律、法則等，人們對(duì)于某些事物內(nèi)在屬性特征和行為規(guī)律的約定也在此列。
Methods：為達(dá)成某種目的所采取的動(dòng)作行為、方式方法、順序過程、理念思路、算法技藝等。
模塊:3基于具體理論和方法解決具體問題的任務(wù)(項(xiàng)目)解
Module 3:Concrete problems and concrete notions and principles used.
Problems
Notions and principles
Steps
Methods
Solution
上述模塊2和模塊3均可表述為與模塊1相類似的形態(tài)，此處不贅述。
據(jù)此，形成問題求解三段式課堂教學(xué)法模型，見圖5。
圖5 問題求解三段式課堂教學(xué)法模型
2.三部曲
如果將問題求解三段式課堂教學(xué)法視為交響曲，為實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)，可以認(rèn)為三部曲是構(gòu)架和實(shí)踐該教學(xué)法的設(shè)計(jì)美學(xué)，其中的三段式則為交響曲的三個(gè)樂章。在設(shè)計(jì)課程時(shí)，用激活教學(xué)資源的基本要素，包括
{…ai…,…bj…,…ck…,…dn…,…em…}，i
=1,2,3…；
j=1,2,3…；
k=1,2,3…;n
=1,2,3…;m=1,2,3…
(2)
式中，ai，bj，ck，dn；
em——分別表示教材與課件資源、網(wǎng)絡(luò)與動(dòng)畫資源、實(shí)驗(yàn)室資源、與課程相關(guān)的項(xiàng)目與學(xué)術(shù)資源、與課程相關(guān)的校外資源。
第一樂章：奏響序曲，引出問題
對(duì)應(yīng)基于知識(shí)體系的問題(任務(wù)或項(xiàng)目)樹模塊，應(yīng)使每個(gè)要素成為跳動(dòng)的音符，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲；
每個(gè)問題成為波瀾起伏的曲段，直指課程基本與核心，形成強(qiáng)烈的感召力、難以抗拒的吸引力，激發(fā)學(xué)生的探索欲；
每個(gè)問題樹枝成為悅耳、賞心的間奏，激發(fā)學(xué)生盡快努力學(xué)好的沖動(dòng)欲。
第二樂章：高歌主旋律，闡發(fā)知識(shí)點(diǎn)
問題求解三段式課堂教學(xué)法的主旋律是“概念、原理和方法”本身和能夠解決的哪類問題之匹配。具體問題具體分析并將問題與原理方法匹配是關(guān)鍵。
“帶著問題學(xué)”“怎樣求解問題”“具體原理方法是什么”的求知欲、探索欲和沖動(dòng)欲，為概念、原理的闡發(fā)與研討提供了極為有力的心理氛圍。要乘勢(shì)而上，充分發(fā)揮課堂教學(xué)現(xiàn)代技術(shù)方法和手段，圖-文并茂、聲-像同綻，系統(tǒng)-動(dòng)畫共放，將概念、原理和方法以學(xué)生最能認(rèn)識(shí)、理解和接受的美學(xué)欣賞方式震撼展現(xiàn)出來，形成情景交融、形神一體、師生互動(dòng)的賞學(xué)樂學(xué)景象。作為問題求解三段式課堂教學(xué)法的主旋律，要把概念-原理-方法進(jìn)行深度加工，使之成為定義完整精準(zhǔn)、內(nèi)涵通俗易懂、便于理解記憶的金曲。
第三樂章：推出高潮，解決問題
問題的求解和答案是問題求解三段式課堂教學(xué)法的第三曲，亦是高潮。
對(duì)于實(shí)際工程技術(shù)問題的求解，不僅要明了解題方法和步驟，而且要對(duì)結(jié)果進(jìn)行合理性分析，進(jìn)而深化和升華對(duì)概念、原理的認(rèn)識(shí)和理解。在回顧求解過程和講評(píng)中，師生共同感受從“束手無措問題”到有了可資利用的“概念-原理-方法”，再到“與期望一致的求解和結(jié)果”，共同分享“小試牛刀，初戰(zhàn)成功”的喜悅，共同見證“理論與實(shí)際相結(jié)合”偉力，共同沉浸于“科學(xué)技術(shù)之美”。
3.三目標(biāo)
(1)構(gòu)建和框定本門課程能夠解決實(shí)際任務(wù)和工程技術(shù)問題的基本范圍和深度目標(biāo)
任何一門課程均有相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)體系，同時(shí)又與其他課程或?qū)W科交叉或相容，這是由事物的內(nèi)涵固有屬性、特征復(fù)查性和標(biāo)志多樣性決定的。生產(chǎn)工藝或工程技術(shù)問題通常涉及多學(xué)科內(nèi)容、多專業(yè)知識(shí)，就某門課程而言，其范圍相對(duì)有限，只有明晰本門課程概念原理的有效范圍和適用程度，才能明確課程目標(biāo)，從而使教學(xué)有依循，學(xué)習(xí)有方向，進(jìn)而達(dá)成教學(xué)期望。問題樹模塊構(gòu)建的基本目標(biāo)是在眾多工程技術(shù)問題中梳理、甄別、精選和凝練出具有典型性、代表性和延伸性的案例，為第二階段引出概念原理方法、和第三階段運(yùn)用相匹配的概念原理方法解決具體案例問題，從而使三階段渾然一體、理論與實(shí)際無縫連接、強(qiáng)力助力學(xué)生學(xué)用結(jié)合，從而做到思路清楚，方法清晰，目標(biāo)清明；
認(rèn)識(shí)-理解-掌握-運(yùn)用要點(diǎn)突出、印象深刻。
(2)解決工程技術(shù)問題的概念原理方法集適用性與實(shí)施性目標(biāo)
根據(jù)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)基本要求和課程教學(xué)大綱，將課程知識(shí)體系離散為有限數(shù)量、通俗易懂、符合認(rèn)知規(guī)律、前后有機(jī)銜接的知識(shí)點(diǎn)族，努力做到概念明、內(nèi)涵清、認(rèn)識(shí)易，理解深；
原理方法的適用性——與目標(biāo)問題相匹配；
解決問題的實(shí)施性——可操作性且有效。
(3)問題求解的普適性與特殊性之辯證關(guān)系目標(biāo)
問題求解集的構(gòu)造與實(shí)際任務(wù)和工程技術(shù)問題樹協(xié)調(diào)一致，重點(diǎn)是求解思路——在問題樹提出問題的基礎(chǔ)上如何分析和解決問題。
要特別厘清問題是什么？運(yùn)用什么具體概念和原理？為什么運(yùn)用如此概念原理而不是別的？還有相同、相近或類似問題能夠用此種概念和原理求解嗎？
由于目標(biāo)問題的內(nèi)涵或本質(zhì)的差異，求解所用概念和原理亦應(yīng)不同——這即是“一把鑰匙開一把鎖”的原則。
在“材料力學(xué)”課程中“壓桿穩(wěn)定問題”限于韌性受壓桿件垂直于軸線方向截形最小線性尺寸a與有效壓桿長(zhǎng)度L之比處于如下狀態(tài)時(shí)
(3)
該壓桿將發(fā)生側(cè)向撓曲變形——壓桿失穩(wěn)。此種情形能夠出現(xiàn)在“受壓二力桿”“曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中受壓連桿”“壓榨機(jī)或舉重螺旋機(jī)構(gòu)中的螺桿”等，故式(1)均適用，較好地體現(xiàn)了普適性。一旦壓桿變換了受力狀態(tài)，如其他條件不變，但，盡管從形式上看仍是受壓2力桿，本質(zhì)上已轉(zhuǎn)化成為簡(jiǎn)單壓縮變形問題，因此式(1)已不再適用，而需要虎克定律了。
(三)應(yīng)注意的若干問題
1.問題樹的構(gòu)建遵從“真實(shí)而恰當(dāng)”原則
問題求解三階段式課堂教學(xué)法的第一段問題樹應(yīng)來自生產(chǎn)、生活和科研實(shí)際；
在問題原型的基礎(chǔ)上對(duì)問題的形式和內(nèi)容一定加工制作是必要；
求解過程盡可能完整，但考慮學(xué)時(shí)等因素，可以擇其要點(diǎn)，緊扣本門課程的概念和原理，重點(diǎn)突出。
2.概念原理內(nèi)涵明確、邊界明晰
一門學(xué)問、一門課程均有自己的知識(shí)體系；
而一個(gè)知識(shí)體系通常由一系列的相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系的概念原理(知識(shí)點(diǎn)族)組成。明確概念內(nèi)涵、明晰原理及其適用范圍是第一位的，只有確定了知識(shí)點(diǎn)性質(zhì)、內(nèi)容、特點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系，進(jìn)而確定知識(shí)點(diǎn)(族)能夠解決生產(chǎn)與工程技術(shù)中哪類哪些問題，才能恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)和構(gòu)建問題樹并為問題求解打下伏筆，進(jìn)而形成前后呼應(yīng)、具有內(nèi)在邏輯的三段式。
3.求解過程“舉一反三”
問題樹模塊、回答和解決問題的原理與方法集，基于具體理論和方法解決具體問題的任務(wù)(項(xiàng)目)解等，不論怎樣都是有限的。對(duì)于應(yīng)用型本科的課堂教學(xué)，出路在于“給學(xué)生魚的同時(shí)給學(xué)生漁！”
核心問題是通過“提出問題-闡明概念原理-問題求解”，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握基本概念和基本方法，并能初步解決基本問題。一門學(xué)問、一個(gè)課程所貫穿的是具有普適性的概念和原理。對(duì)于需要求解的問題，首先應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理——分析原始問題，由表及里、由淺入深、去偽存真地加工制作，再經(jīng)過概括、提煉和抽象，完成問題準(zhǔn)備。問題求解過程關(guān)鍵一環(huán)是選用具體的概念、原理和方法，仍需從問題本身出發(fā)，認(rèn)清問題的內(nèi)涵屬性進(jìn)而匹配解題方法。
課堂教學(xué)的全部意義在于詮釋概念、原理體系的內(nèi)涵和普適性，進(jìn)而使學(xué)生恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用這些概念和原理解決新問題。能否成功地啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用基本概念和基本原理解決本門課程的基本問題(實(shí)際問題通常為多學(xué)科問題，往往需要?dú)w一化處理，此處不贅述)，成為評(píng)價(jià)教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)與否的標(biāo)志，對(duì)于應(yīng)用型本科課堂教學(xué)尤其如此。
4.教師與三模塊的動(dòng)態(tài)管理及升級(jí)
問題求解三段式課堂教學(xué)法在系統(tǒng)構(gòu)建上基于“問題樹模塊”“概念原理方法模塊”和“具體問題求解方案模塊”三個(gè)模塊，每個(gè)模塊既相對(duì)獨(dú)立、自成體系，又與另外兩個(gè)模塊密切聯(lián)系、相融相嵌——在形式上“提出問題、提出解決問題的原理方法和具體求解”，三部曲、三躍進(jìn)；
在內(nèi)容上“提出課程體系的知識(shí)點(diǎn)目標(biāo)、提供目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)精髓和達(dá)成目標(biāo)具體方法、過程、途徑范例”，形成深入淺出、環(huán)環(huán)相扣、渾然一體的編碼性知識(shí)獲取嚴(yán)密的邏輯形態(tài)。實(shí)施問題求解三段式課堂教學(xué)法，希冀教學(xué)相長(zhǎng)，持續(xù)提高教學(xué)質(zhì)量，前提條件和基礎(chǔ)是高質(zhì)量的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和運(yùn)用三模塊，并持續(xù)維護(hù)三模塊，保證其經(jīng)典權(quán)威、先進(jìn)新穎、引人入勝。這對(duì)教師、教學(xué)準(zhǔn)備和教學(xué)過程提出了系統(tǒng)化更高要求。
本質(zhì)上，問題求解三段式課堂教學(xué)法三個(gè)基礎(chǔ)模塊是三個(gè)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立又密切聯(lián)系的數(shù)據(jù)——知識(shí)庫(kù)，為著高效發(fā)揮三個(gè)數(shù)據(jù)——知識(shí)庫(kù)的效能，應(yīng)對(duì)它們適時(shí)維護(hù)，與時(shí)俱進(jìn)，保持先進(jìn)性。對(duì)于“問題樹模塊”，根據(jù)本學(xué)科本課程理論技術(shù)的新進(jìn)展和教學(xué)實(shí)踐的檢驗(yàn)，更新、充實(shí)和改進(jìn)完善相關(guān)問題，契合基礎(chǔ)重點(diǎn)，保證切中要害，激發(fā)興趣共鳴；
對(duì)于“概念原理方法模塊”，應(yīng)把最新研究成果、理論進(jìn)展、技術(shù)進(jìn)步、方法提高等適時(shí)加入到模塊中來，保持存留和教授的概念原理、技術(shù)方法與世界同步，經(jīng)典、精煉、先進(jìn)、易懂；
對(duì)于“具體問題求解方案模塊”亦應(yīng)適時(shí)更新。對(duì)于基礎(chǔ)課課堂教學(xué)，信息相對(duì)穩(wěn)定；
對(duì)于學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)課的課堂教學(xué)，由于工程特征進(jìn)一步顯式化，多種方法手段求解、甚至答案的非唯一性凸顯，構(gòu)建和維護(hù)該模塊的難度增加?？梢钥紤]形成兩個(gè)層次求解方案——基本求解方案和研討性求解方案，以適應(yīng)不同學(xué)生和不同教學(xué)期望的需求。
對(duì)于運(yùn)用三模塊的教師在教學(xué)實(shí)踐中須高屋建瓴，目標(biāo)遠(yuǎn)大，勇于善于創(chuàng)新，在全方位持續(xù)提高自身的學(xué)識(shí)、能力、水平的同時(shí)，不斷總結(jié)和升華經(jīng)驗(yàn)，奉獻(xiàn)聰明才智，為祖國(guó)和人們培養(yǎng)高質(zhì)量的接班人和棟梁才。
采用問題求解三段式課堂教學(xué)法于機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)和金屬切削原理與刀具等課程，持續(xù)完善系統(tǒng)構(gòu)建、改進(jìn)教法并不斷實(shí)踐，收到良好效果。以機(jī)械制造工藝學(xué)中的“定位與定位誤差分析”課堂教學(xué)為例作以剖析。
課程：機(jī)械制造工藝學(xué)，夾具設(shè)計(jì)，定位與定位誤差分析。
圖6 銑削中的定位誤差 圖7 定位誤差相關(guān)尺寸
問題：
在機(jī)床上工件是如何定位的？采用怎樣的定位方案才能滿足加工要求？
一個(gè)長(zhǎng)方體件，尺寸如圖所示，要銑削B面，保證D尺寸，按此定位方案能否滿足加工要求？
任務(wù)：學(xué)習(xí)和掌握機(jī)械加工中的定位方法；
分析和確定定位誤差，能夠設(shè)計(jì)或選用符合加工要求的定位方案。
概念與原理方法：
定位：使工件在機(jī)床上或夾具上獲得正確位置的操作；
定位誤差：在加工過程中因工件的定位不準(zhǔn)所造成的加工誤差，它由定位的位置誤差和工件的相關(guān)尺寸誤差所致，在數(shù)值上等于工序加工基準(zhǔn)在保證尺寸方向上的最大變動(dòng)范圍。
△dw=△jw±△jb
(4)
定位原理：基于六點(diǎn)定位原理的定位工作面或定位工作面組合。
定位誤差分析方法：
(1)定位誤差定義法(包括作圖法)
(2)定位誤差組成法(幾何法或計(jì)算法)
(3)定位基準(zhǔn)誤差虛擬歸零法(定位基準(zhǔn)位置誤差、基準(zhǔn)不重合誤差計(jì)算及其誤差變動(dòng)方向判別與)
具體問題求解與答案：
定位誤差定義法：按定義作圖，見圖8和圖9，定位基準(zhǔn)為C面，工序加工基準(zhǔn)為A面，有
△dw=Hmax-Hmin
={(d1max-d1min)
+bmax}-bmin
=Td1+Tb
(5)
定位誤差組成法：
基準(zhǔn)位置誤差△jw=Tdl；
基準(zhǔn)不重合誤差△jb=Tb
△dw=△jw+△jb
=Td1+Tb
(6)
定位基準(zhǔn)誤差虛擬歸零法：假設(shè)定位基準(zhǔn)位置誤差為零，考察在兩個(gè)極限狀態(tài)下基準(zhǔn)不重合誤差的變動(dòng)方向：(a)假設(shè)定位元件在垂直方向(保證尺寸d方向)取最高點(diǎn)，再取最低點(diǎn)，則定位的位置誤差向下運(yùn)動(dòng)；
基準(zhǔn)不重合誤差值同樣從最大值轉(zhuǎn)為最小值，變動(dòng)向下，與定位的位置誤差變動(dòng)方向一致，基準(zhǔn)位置誤差和基準(zhǔn)不重合誤差之間取“+”號(hào)，即
△dw=△jw+△jb
(7)
=Td1+Tb
(b)如果定位基準(zhǔn)位置先取低位，再取高位，變動(dòng)方向向上，基準(zhǔn)不重合誤差變動(dòng)同樣從地位變到高位，變動(dòng)方向向上，與基準(zhǔn)為止誤差變動(dòng)同向，兩者之間取“+”號(hào)，定位誤差結(jié)果同式(5)。
在實(shí)際工程上，定位誤差占總加工保證尺寸誤差的1/3-1/5,取1/3;如果計(jì)算定位誤差在加工尺寸誤差的1/3之內(nèi)，定位方案合格；
否則，不合格，需要修改定位方案，直至合格。
此種三段式方法同樣適于課程群和課程體系的課堂教學(xué)。
在近三年的教學(xué)實(shí)踐中，運(yùn)用問題求解三段式課堂教學(xué)法于“機(jī)械制造工藝學(xué)”“機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)”“金屬切削原理與刀具”等課程，收到良好效果，學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性普遍提高、教學(xué)互動(dòng)更加活躍、全班課程成績(jī)平均提高2.6-3.8分；
尤其重要的是學(xué)生嘗試運(yùn)用所學(xué)解決實(shí)際問題，參加學(xué)術(shù)活動(dòng)、科研項(xiàng)目和科技制作與競(jìng)賽的熱情高漲；
以學(xué)生為一作Ei檢索論文發(fā)表2篇、以學(xué)生為主體的發(fā)明專利授權(quán)4項(xiàng)、獲省級(jí)和國(guó)家級(jí)競(jìng)賽獎(jiǎng)12項(xiàng)。
圖10 按定位基準(zhǔn)誤差虛擬歸零法計(jì)算定位誤差
在對(duì)比分析應(yīng)用型本科課、學(xué)術(shù)型本科課和職業(yè)技能課堂教學(xué)形態(tài)特征的基礎(chǔ)上，提出并論證基于應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)目標(biāo)的規(guī)格要求，決定其課程內(nèi)容既要保證本科人才的知識(shí)系統(tǒng)性和學(xué)科前沿性要求，又要體現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實(shí)踐特性。在對(duì)比分析的基礎(chǔ)上闡述應(yīng)用型本科課堂教學(xué)的基本特征形態(tài)；
構(gòu)建基于知識(shí)體系的問題樹模塊、回答和解決問題的任務(wù)(項(xiàng)目)集模塊、基于適用理論和方法的具體任務(wù)(項(xiàng)目)解決方案模塊的三模塊-三樂章-三目標(biāo)體系。從理論和實(shí)踐的結(jié)合上論證問題求解三段式教法之理?yè)?jù)，此教學(xué)法適應(yīng)“知識(shí)-能力-素質(zhì)”內(nèi)涵及獲取與培養(yǎng)之途徑、認(rèn)知規(guī)律之遵循、理論與實(shí)際無縫連接之實(shí)現(xiàn)；
契合應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)之要求。設(shè)計(jì)和實(shí)施問題求解三段式課堂教學(xué)法，應(yīng)遵從問題樹“真實(shí)而恰當(dāng)”的構(gòu)建原則，做到概念原理內(nèi)涵明確、邊界明晰，求解過程“舉一反三”，三模塊的動(dòng)態(tài)管理與升級(jí)，教師應(yīng)不斷提高自己等注意事項(xiàng)。近三年運(yùn)用問題求解三段式課堂教學(xué)法于“機(jī)械制造工藝學(xué)”“機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)”“金屬切削原理與刀具設(shè)計(jì)”等課程的課堂教學(xué)實(shí)踐，收到良好效果。