基于項目的跨學科學習—案例研究(上)

研究生導師:柏毅

作者:Miles MacLeoda

【摘要】:您能否請三個不同專業的本科生幫助醫院解決病人就醫路線的規劃和安排問題?在下文提出的案例中,實踐證明跨學科方法是成功的。來自應用數學,土木工程和工業與工程管理專業的學生,使用隨機建模技術,共同設計了“醫院交通”問題。這個項目是通過課程和問題設計來進行的,教學團隊采用的特殊腳手架策略為其他教師團隊提供了一些參考,使基于項目的跨學科學習成為更有效的學習方式。同時,我們努力確保學生在自己的課程中有賓至如歸的感覺,并有權與其他專家一起工作。

【關鍵詞】:跨學科; 基于項目的學習;腳手架;教師團隊

1 簡介

基于項目的學習或PjBL,通常用于科學和工程教育中跨學科解決問題的技能開發。教師團隊根據數據收集,假設和查詢來設計解決方案,為學生提供現實問題,使學生在應用并整合概念同時能夠提高專業技能。我們以特溫特大學的一門課程為例,說明這種腳手架形式的項目設計。該課程共15個學分,針對本科二年級學生,結合了傳統課程和建模案例,讓不同專業背景的學生進行協作,跨學科解決項目問題。課程中記錄學生進展情況,并收集學生的各種反饋。

2 基于項目的跨學科學習的設計方面

基于項目的跨學科學習的特點,課程要求不同專業的學生聯合分析問題,整合各自專業角度和資源解決問題。教師團隊,跨學科的研究人員或專業人士可以共同監督學生學習過程,管理課程。并為學生提供:

良好的知識,使其了解所需的技能和學習目標;

符合學習目標的教育資源;

解決辦法,幫助克服體制上的制約因素。

通過課程,學生能夠認識到現實世界中的問題,不僅需要發揮自己所長,還需要與其他領域人士合作。PjBL沒有把重點放在單一學科的學習上,而是提出特定問題,便于學生跨越學科界限進行協作學習。此外,我們必須意識到身份的困難,專業的跨越,以及認知的挑戰等問題。如何為跨學科的PjBL項目設計問題,并結合背景課程和技能學習,最終找出解決方法。為了說明這一點,我們來看以下的案例研究。

3 案例研究:隨機過程的建模和分析

這是基于腳手架形式的PjBL策略的模塊案例,模塊名為“隨機過程的建模和分析”。表層上來看是在隨機過程中,讓不同專業領域的學生參加模塊的學習和掌握建模的方法。根本上是希望本模塊的設計能夠提供給教育工作者,一個積極的實現跨學科教育成果的案例。我們將從課程設計,對學生的幾次采訪以及四年的課程評估對本案例進行討論和說明。

3.1 模塊細節和跨學科項目

“隨機過程的建模和分析”分為三個模塊,如圖1所示。第1區利用馬爾可夫鏈、排隊論,隨機動態規劃和使用與IEM相關的示例來解決問題。從數學的角度來看,該模塊有助于訓練數學方法的一般應用。但同時,CE學生在交通管理建模方面受到更多學科限制。IEM和AM學生在模塊1獲得更為具體的學科問題,例如,排隊論的某些方面與交通管理有關,但旨在建立與交叉路口設計有關的交通建模技能,這些技能與IEM和AM學生無關。

在第2區,學生和學生將收到一個名為模擬和啟發式的組合塊,探索建模系統的各種計算選擇----例如離散事件模擬,以及從這些模型中提取解決方案的啟發式方法。這里的重點是計算技巧和知識,這些對交通建模和物流都很有用。與此同時,學生也深入學習了數學推導和證明的正確聯系和馬科夫鏈分析。

圖1基于課程指南2015-16的“隨機過程建模與分析”案例研究的塊結構。學生代碼:CE=土木工程;IEM=工業和工程管理;AM=應用數學。

在跨學科的背景下,IEM學生必須通過尋找熟悉的數學模式和建立方程來學習數學家的思維和操作方式。同時,AM學生必須參與快速成型、素描、逆向工程和其他實踐。各專業學生需要找到一些共同的立場,并認識到對方技能的附加值,由此他們在一起可以做的更多,而不僅僅是采取基于一個團隊的方法來完成一個項目設計。

在此,我們特別介紹2016/2017和2017/2018的多學科項目(MD項目),其目標是專業和技術的結合。模塊指南中列出如下:

(a)與不同教育背景的學生進行交流與合作;

(b)(從本模塊提供的一套工具中)選擇適合現實生活問題的建模工具,并利用這些工具對問題進行建模和解決問題;

(c)解釋上述工具的成果并提出切實可行的建議進行改進;

(d)以報告和陳述的方式告知所有人。

MD項目將學生分成幾組,按比例劃分各專業的學生,解決共同問題——醫院診所就醫行程規劃。明確地告訴學生,在以下三個約束條件下,新建的骨科診所的主任要評估使用動態計劃方法安排患者預約的可能性:

1)直接告知患者其預約時間;

2)患者獲得適當的離家時間建議;

3)在患者來醫院路上,將告知患者預計離開醫院的時間。

反過來,要求學生提供一些具體的結果,即:

1)一種約會策略,考慮到患者往返醫院和所需停車的時間;

2)一種支持尺寸決策的分析方法(施工室,員工和停車場);

3)可用于支持在線約會的分析方法規劃。

學生有兩周的時間完成這個項目,每個小組負責各自的項目管理。學生必須將他們的日常活動、決定、談話記錄下來,并向主管報告項目狀況,還要提交一份技術報告,說明使用計算機代碼制作的主要成果。學生要求在20-30分鐘內向醫院管理層作報告,提出具體的改進建議。評分依據:解決方案的效率和創造性,基礎模型的正確性及其在多大程度上有助于驗證所提出的解決方案(還在技術報告中觀察,并運行學生的電腦程序);向利益相關者提供的建議結論(通過演示測試);最后,小組成員在使用小組內所有專業知識程度(在上下文和日志中都進行了檢查)。

(未完待續)

東南大學科學教育與評測研究室簡介:21世紀是我國創新型人才培養的關鍵期。東南大學科學教育與評測研究室結合信息技術、生物醫學工程、腦科學技術,進行青少年科學素養的國際比較研究和學生核心概念掌握水平的評測系統的研究與開發,我們的目標是:(1)面向中小學學生綜合能力發展的steam研究;(2)通過實證教育研究,探究科學素養的本質及有效的培養途徑;(3)將科學素養的傳統評測方法與現代信息技術相結合,探究基于ECD模型的學生科學素養評測方法研究;(4)運用ERP、EEG和眼動等腦科學技術,開展對學生核心概念熟練掌握程度的評測研究。

審核:林娉婷

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