每一位拟运用研究性学习培养学生复杂工程问题解决能力的教师，在按照表2中的九种研究学习模式中一种开展课程教学前需要做好相关的教学设计，以最大限度提高研究性学习的教学效果。研究性学习的教学设计主要包括三个方面：复杂工程问题的情境设计、解决复杂工程问题的教学活动设计和解决复杂工程问题的学习环境设计。

1.复杂工程问题的情境。

研究性学习的核心理念要求教师在实施教学过程中创设与学生所要“研究”的问题情况基本相近的情境，把学生引人到期望应用课程内容要求的知识点来解决现实问题的情境之中。问题情境是指与问题的产生、形成、发展和变化相关的背景、场景和场地，它既可以是对问题所在真实场景的模拟以再现问题的性质，一也可以是问题产生的直接或间接现场以深入了解问题。创设问题情境的目的有二：一是能够让学生在问题产生和形成的背景或环境中“身临其境”地发现问题和了解问题，以使得对问题本质有清晰的把握；二是能够激发学生对问题的关注、兴趣和探究激情，形成分析问题和解决问题的强烈驱动力，为学生积极主动地开展研究性学习奠定基础。

复杂工程问题的情境必须根据拟引人研究性学习的复杂工程问题的特征进行创设。教师在按照本文第二节的要求设计好复杂工程问题后，在实施研究性学习的教学前，就需要考虑该问题情境的创设。复杂工程问题情境的主要来源一般有三个方面：①校外工程实际场地，包括企业生产车间、产品研发基地、工程施工现场、大型工程实验室、工程实践基地等；②校内工程实践场地，包括工程训练中心、工程基础实验室、专业基础实验室、专业实验室、工程项目研发中心等；③教师针对问题模拟的情境，包括物理情境、仿真模型、视频情境、多媒体演示等。不论复杂工程问题的情境的创设是基于上述的一个或多个方面，但均需要辅以教师、工程师或专业技术人员对问题情境的描述和解说，如任课教师在课堂上对问题的阐述、工程师在工地对在建项目的介绍、工业产品研发人员对新产品的说明等。

需要指出的是，复杂工程问题情境的来源十分丰富和开放。在上述三方面主要来源之外还可以考虑以下几方面：①工程学利一专业的前沿发展报告；STEM(科学、技术、工程、数学)发展的最新成就报告；③工程利一技的专题报告；④与工程相关的网站。在创设情境时还可以引用相关的媒体信息，如文本、图表、图片、音像、多媒体课件、视频剪辑等。以上这些均有利于相关复杂工程问题情境的设置。

在创设复杂工程问题的情境时教师应该以问题为导向，要通过一些或系列与复杂工程问题相关的子问题形成整个复杂工程问题的情境，反过来说，复杂工程问题的情境要能够对学生产生一些或系列相关子问题，这有利于培养学生的问题意识，对解决复杂工程问题十分重要。正是这些问题及其形成的问题意识才能激发学生去学习、思考、分析、研究，从而掌握复杂工程问题的内在联系和本质特征，进而将各种知识和原理的掌握和复杂工程问题的解决紧密结合起来，在解决复杂工程问题的过程中培养学生的创新意识、批判性思维以及解决问题需要的各种能力和素质。事实上，研究性学习正是以解决问题为教学的切人点，把问题看作学习的动力、起点和贯穿整个学习过程的主线，引导学生发现、分析和解决问题。

2.解决复杂工程问题的教学活动。

解决复杂工程问题的教学活动主要指发生在课堂内的、在教师主导下的师生共同参与的各种教学行为，主要有教师讲授、教师解惑、师生互动、专题讨论、学生展示等活动，在设计这些教学活动时既要考虑研究性学习的特点，又要发挥互联网的优势。这是因为，研究性学习强调的是通过学生自主学习和合作学习的方式完成主要课程内容的学习，而互联网环境和条件为学生开展学习活动和获取各种学习资源提供了极大的便利。

教师讲授活动的设计包括讲授内容的确定和讲授方式的选择。教师在课堂上讲授的课程内容应该是教师通过分析认为学生在互联网平台上，借助各种丰富的学习资源，通过自主学习和合作学习方式，仍不能够掌握的那些知识、原理或方法。教师课堂讲授的方式既要考虑学生的学利‘基础和学习风格，又要有利于学生对解决问题所需知识方法及其基本原理的掌握。因此，在设计讲授活动前，教师应该对学生的知识基础、技能水平、学习能力、学习风格等方面进行分析研究，以确定讲授内容和方式。

教师解惑活动是指教师针对学生通过自主学习和合作学习后仍不能理解和掌握的内容进行的讲解或解答。在开展研究性学习过程中，教师应该注重采用混合式学习，如翻转课堂等教学模式，以最大限度提高课堂教学的效率。学生在课前通过在线学习教师提供的学习资源以及可能的M()<)C、课程资源，自主学习解决复杂工程问题需要的相关内容，同时将不能理解的知识点或疑点及时传递给教师，以便教师课前有充足的时间进行准备。设计解惑活动时，教师需要在学生反馈的问题中筛选出具有普遍性的知识点和问题进行准备，同时留有时间让学生继续完成课下没能够完成的学习任务，接着进一步引导学生探讨和争论，以深人掌握教学内容。

师生互动活动是指课前汁划并设计好的教师与学生之间针对学习过程中的一些突出问题开展的交流沟通。虽然它不同于研究性学习的课堂上随机性、经常性的师生互动，但在时间安排上仍是灵活的。这种互动的主要作用有三：一是能够针对学生学习中的典型问题进行针对性的交流解答；二是能够引发学生对问题的进一步思考和参与；三是活跃课堂教学氛围。设计这种活动需要注意三点：①互动主题能够引起学生的普遍兴趣，应该主要包括学生在分析和解决复杂工程问题过程中遇到的普遍问题；②教师能够把握互动的进程；③在规定的时间内能够实现互动目标。

专题讨论活动主要是针对如何应用解决复杂工程问题所需要的工程原理和方法而专门开展的研讨活动。这种活动开展的前提是学生已经具备分析研究复杂工程问题的知识和初步能力。专题讨论活动的设计包括专题确定、人员分工、准备时间和课堂组织。专题的选择既要考虑对相关原理和方法的应用，又要与引人课程的复杂工程问题关联，专题可以是一个或多个；专题讨论往往需要将学生分成若干组，既可以各组同一专题，也可以各组不同专题；不论什么专题均要给学生留出足够的课下准备时间，因此教师需要提前布置专题讨论活动的安排；专题讨论活动在课堂上的开展需要强调两点：一是每一位学生均要参与；二是鼓励不同组之间提出批判性意见和改进建议。

学生展示活动主要是针对复杂工程问题的解决思路、方法或方案等由学生在课堂上进行讲演的活动。这项活动的设计要考虑到展示主题的挑选和其它学生的参与等方面。展示主题应该挑选具有代表性或创新性的主题，代表性是针对所解决的问题是多数同学面临的问题；创新性是指在解决问题的思路、方法或方案上的创新。这些主题要能够对其它同学有重要的启发或示范作用，以使多数学生能够受益。要鼓励全体学生积极参与展示活动，尤其是要求学生结合自身的情况，批判性地看待和评价展示内容。

为了最有效地提升研究性学习的效果，在开展解决复杂工程问题的教学活动时，要注意在教学过程中开展形成性(也称“过程性”)评价。形成性评价的主要作用有三：一是强调学生在研究性学习全过程的投人，这是因为评价自身能够促使学生对学习过程的重视和投人；二是减少学生在研究性学习过程的失误，这是因为在学习过程中及时向学生反馈学习进展情况和学习效果，能够及时调整学习方式，改善学习效果；三是注重发挥学生在研究性学习上的个性特点，这是因为学生在研究性学习中可以自由地采用最合适自己的学习和研究方式，最大限度地鼓励和支持学生创新性地解决问题。在具体评价过程中还要重视对合作小组的评价，一方面要从合作结果评价小组和分工、协同与合作情况；另一方面要根据个人的贡献大小评价其在小组中作用的发挥。

3.解决复杂工程问题的学习环境。

学习环境是完成研究性学习任务必须的外在条件，解决复杂工程问题的学习环境是指解决复杂工程问题所需要的学习资源和人际关系的一种动态组合。其中学习资源包括学习需要的各种信息资源、学习的认知工具、学习的场地空间和学习的辅助者(包括教师、辅导者、工程技术人员等)等；人际关系包括生生之间、师生之间以及学生与其他解决复杂工程问题相关人员之间的人际交往。在互联网环境下，网络学习环境是解决复杂工程问题学习环境的主要平台。

解决复杂工程问题所需的信息资源可以分为基本信息、专业基础信息和专业信息。基本信息主要存在学校图书馆，专业基础信息一般存于专业所在学院资料室，专业信息主要由专业系、教研室或教师本人所拥有。因此，教师及相关教辅人员的主要任务是围绕着解决复杂工程问题这一目标任务设计、整理和编辑专业信息资源。专业信息资源包括课程内容学习相关资源和解决复杂工程问题需要的资源两方面。课程相关资源包括课件、视频、文献资料及相关的M()()C、课程；解决问题需要的资源包括专业工具书、数据库、规范标准、建模软件，以往工程项目或产品的设计方案、评估报告、预算书、施工或生产进度计划等，在校内信息不足的情况下应该与校外信息拥有者建立资源共享机制。最终呈现给学生的专业信息资源应该具备三个特点：①信息量足以满足学生学习的需要；②形式多样，便于检索和使用；③层次结构合理，能够满足不同程度学生需要。

学习的认知工具是指获取、保存、处理和加工信息的工具，但对研究性学习而言还应该包括知识构建、通讯对话、评价反思工具，而解决复杂工程问题所需要的主要是数据处理、比较、分析方面的工具，尤其是专业性较强的统计、预测和建模工具。学习的场地空间是指供学生进行学习、讨论、交流、实践的校内教室、图书馆、资料室和实验室和校外实习实训基地等实体场所。上述工具和场地为学生的学习活动提供了良好的技术支持条件。

学生与同学、教师以及其它与解决复杂工程问题相关人员之间为了复杂工程问题的解决而进行的人际交往需要建立起相应的机制并有制度予以保障。同学之间的合作学习是研究性学习的基本需要，应该建立在自愿、平等和优势互补的基础上，以小组为单位，成员既有分工又有合作。师生之间的交流需要建立定期的面对面交流和不定期的网上交流机制以确保学生能够及时得到教师的指导以及教师随时掌握学生的学习进展。学生与其它人员的交往也是解决复杂工程问题的必须，这种交往虽然不可能定期进行，但至少应该要保证学生在需要的时候能够得到他们及时和有效的帮助。

然而，在信息时代的当下，专业和教师要为学生研究性学习的开展和复杂工程问题的解决营造合适的网络学习环境。这不仅因为大量的自主学习、合作学习及交流沟通是在网络环境下进行的，而且由于网络以其时空上的超越性打破了传统学习空间的封闭性，为学生提供了更为自由、充足、开放的学习、交流和研讨的时空。网络学习环境不仅丰富和扩大了学习资源的获取渠道，提高了学习资源的使用效率，更为重要的是为学生之间、师生之间、学生与其它相关人员的交往互动提供更加直接、便利和快捷的条件。当然，在学习的场地空间配备相应网络设施以及全覆盖的高速无线网络是构建网络学习环境的基础。