互動啟發(fā)式教學在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的應用

宮偉力　彭巖巖

摘要：針對大學工科專業(yè)抽象思維課程，提出了“互動啟發(fā)式”教學方法。即對于教學中重點與難點問題，教師首先進行提綱式講解，再由學生對其中的關鍵部分進行理論推導，最后，教師進行講解的互動啟發(fā)式學習過程。互動啟發(fā)式教學方法激發(fā)了學生的學習熱情、調動了學生的思維主動性，提高了學生分析、解決問題的能力，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：互動啟發(fā)式教學；創(chuàng)新型人才培養(yǎng)；教學方法改革

中圖分類號：G40-012 文獻標志碼：A 文章編號：1009-4156（2014）05-111-03

一、互動啟發(fā)式教學法的提出

教學方法是完成教學任務的有效手段，是教學過程中重要的組成部分，也是我國高等學校教育中教學方法改革的重點。《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確提出要加強創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，要把提高人才培養(yǎng)質量作為高等教育教學改革的核心要務。互動啟發(fā)式教學是目前被廣泛運用的一種教學方法，在教學改革中占有重要地位。所謂互動啟發(fā)式教學，就是在教學過程中，將學生作為學習的主體，調動他們學習的主動性，引導他們獨立思考、積極探索，從而達到啟迪思維、發(fā)展智力、提高分析問題和解決問題的能力。

互動啟發(fā)式教學的核心就是要培養(yǎng)學生獨立思考和創(chuàng)新性思維。2007年2月，《教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》指出：“要大力推進教學方法改革，提倡啟發(fā)式教學，注重因材施教。”2010年，《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》指出，“創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，注重學思結合。倡導啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式學習，幫助學生學會學習”。教學方法是完成教學任務的有效手段，是教學過程中重要的組成部分，也是我國高等學校教育改革的重點。在課堂教學中，開發(fā)學生潛力，使學生思維活躍起來，并縱深發(fā)展。是互動啟發(fā)式教學的關鍵。教育工作者對互動啟發(fā)式教學的方法進行了大量的研究，例如：教師注意提問技巧、創(chuàng)造良好的問題環(huán)境，設計出讓學生渴望知識的懸念，引出矛盾，誘導學生由疑問到思考；利用背景知識與生活實例、利用新舊知識對比，啟發(fā)學生學習興趣；課堂上的提問、反問、自問式啟發(fā)教學；創(chuàng)造民主和諧的教學氣氛，鼓勵學生發(fā)表不同見解；提高教師自身科學知識與人文知識素養(yǎng)；等等。然而，采用互動啟發(fā)式教學方法，列于不同的課程、不同學生的專業(yè)，有不同的規(guī)律。教師應深刻體會啟發(fā)式教學的內涵，根據(jù)課程特點并結合學生實際情況，選擇合適的方法開展互動啟發(fā)式教學活動。

《流體力學》是采礦專業(yè)大學三年級設置的一門專業(yè)基礎課程。與采礦專業(yè)開設的其他課程相比，工程流體力學是一門理論性較強的課程。在工程流體力學中，許多定理的建立需要以多元函數(shù)的微積分、矢量分析與場論為基礎。有些學生學習得不夠深入，有的還忘記了，也有部分還沒有學習過。由于學生缺少必要的背景知識，簡單地套用上述的傳統(tǒng)啟發(fā)教學方法，即由教師提出問題，學生回答，缺乏學生的實際操作嘗試，很難達到“不憤不啟，不悱不發(fā)”臨界狀態(tài)。憤悱不足，則啟發(fā)失義。結果得到啟發(fā)的往往只是較少一部分數(shù)學基礎好的學生，而基礎較差的學生，很少能主動響應；加之智力水平及中學教育體制等原因，長期下去，課堂上沒有興奮點，容易造成相當一部分學生提不起精神，最終知難而退。針對上述問題，在長期從事本科生力學教學的實踐中，提出了“互動啟發(fā)式”教學方法。所謂“互動啟發(fā)式”教學，就是在教學過程中，既承認學生在學習過程中的主體地位，也強調教師在教學中的主導地位。在設置啟發(fā)問題過程中，對被啟發(fā)的對象的思維微觀過程，施加強烈的影響，以激發(fā)學生深入思考的方法。本文介紹互動啟發(fā)式教學方法原理及其在大學采礦專業(yè)流體力學教學中的應用。

二、互動啟發(fā)式教學法的基本原理與要求

1.互動啟發(fā)式教學法的原理。互動啟發(fā)式教學要講求實效，不能簡單地看作“問答交流”的認知活動。而是注重對學生的思維過程加以啟發(fā)。進行啟發(fā)式教學，就是在教學時先讓學生認真思考，已經(jīng)思考并且產(chǎn)生一定心得，但還想不通，然后教師可以啟發(fā)他；雖然思考已有所領會，但不能將所有思考的問題系統(tǒng)地、在一定理論高度上表達出來，此時教師可以開導他，從而達到舉一反三的目的。

所謂“互動啟發(fā)式”，是將要啟發(fā)的問題分解為多個子問題，給出一般的思路，引導學生進行思考，在學生思考的過程中，針對學生提出的問題加以啟發(fā)或引導，并要求學生對思考的“過程”提交書面記錄，由教師加以講評并給出評分，記入平時成績考核的過程中。互動啟發(fā)式教學具有下述幾個基本要素：將設置的問題進行分解，對分解的子問題引導學生進行逐步思考；要求學生對思考的過程進行書面記錄，下課后上交，教師進行評分、記入平時成績，并在下次上課時進行講評；在學生的思考過程中，教師走下講臺，與學生進行“互動”，即對學生提出的問題適時加以啟發(fā)。

互動啟發(fā)式教學方法的要旨是教師將提出的問題轉換為一個過程，給學生一個寶貴的獨立思考機會。教師的啟發(fā)以學生的積極思考為前提條件，學生在思考“練習”過程中與教師充分互動。把考察學生的思考過程，變“教師提問題、學生回答”為“學生提問題、教師回答”的互動教學方式。教師對書面練習進行評分、講評，并記入平時成績作為學生進行積極思考的外部驅動力，達到在課堂的45分鐘內，提高教學效率的目的。因此，互動啟發(fā)式教學法也可以稱為“過程啟發(fā)式”教學法或“微觀啟發(fā)式”教學法。

“互動啟發(fā)式”教學的具體實施方法是：在理論學習、定理推導或典型例題的講解過程中，由教師首先進行綱要式的解析，指出其分析與推導的主要思路并交代相關背景知識，對其中的關鍵問題設置疑問點，要求學生進行一定時間（5-7分鐘）的課堂練習作業(yè)，并在練習過程中進行巡查，與學生平等交流、考察學生的思考過程。引導學生由積極思考進入“憤”、“悱”的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)學生遇到的難點。最后，有針對性地進行分析與講解。簡而言之，互動啟發(fā)式教學是一個“教師提綱式講解—學生練習與提問一教師再講解”的課堂教學過程。在這一過程中，提供給學生一個寶貴的獨立思考機會，體現(xiàn)了學生真正作為“學習主體”的地位；又創(chuàng)造了一個平等、自由的提問環(huán)境，使學生可以毫無顧慮地與教師交流，也便于教師及時發(fā)現(xiàn)問題，適時進行“啟發(fā)”。

2.教學管理方法。在經(jīng)典的啟發(fā)式教學中，啟發(fā)的主要方式是問答，因為提問最能激發(fā)學生的思維能力。互動啟發(fā)式教學將問答改造為一個過程，在這個過程中，通過要求學生進行“課堂練習”作業(yè)，創(chuàng)設必要的啟發(fā)情境。學生的練習實際上是一個有指導的、開卷的、師生可以交流的課堂小型測驗，從心理學角度來看，這是一種外界刺激引發(fā)內部發(fā)生變化的過程，有利于引導學生積極思考，激發(fā)學生的求知欲望。也就是說，與傳統(tǒng)的教學相比，除了作業(yè)，還多了一項學生的課堂練習。另外，也會有部分學生習慣于單純由教師講授的教學，不能積極參加到互動啟發(fā)式教學中來。因此，除了認真做好學校要求的點名制度、課后作業(yè)批改制度，筆者對教學的管理方法進行了如下改革。

（1）教學中的“課堂練習”是保證學生積極認真思考以達到渴求知識的“臨界”狀態(tài)，以便于對學生進行適時啟發(fā)的關鍵環(huán)節(jié)。因此，要求對課堂練習作業(yè)進行上交、批改，并在下次課上進行講評。按A、B、C、D四個等級打分并記入平時成績考核中，這一制度的實行，有利于保證互動啟發(fā)式教學的實施，是學生投入積極思考的外在動力之一。

（2）堅持認真批改“課堂練習”與課后作業(yè)講評制度，在書面上與學生認真交流。大學教師不可能像中、小學教師那樣，有充分的時間與學生在一起交流。因此，批改作業(yè)與課堂練習，就成了與學生進行交流的重要渠道。

（3）充分尊重學生、以平等的方式回答學生的任何問題。如果學生感到在討論問題時很壓抑，則互動啟發(fā)的效果會大打折扣。在回答問題的過程中，堅持以定理、定律、以及科學分析為依據(jù)，為學生樹立分析問題、解決問題的典范。

（4）在比較復雜的理論推導過程中，板書可以使教師與學生之間知識的傳授建立在面對面交流的基礎上，讓學生有充分機會來審視教師將理論知識“逐步展開”過程。因此，在教學過程中，對于復雜的理論推導，筆者堅持以板書為主、PPT為輔的教學方式，將學生作為參與者，在理論推導過程中與學生充分互動，達到互動啟發(fā)式教學的目的。

3.提高教師自身素質。對于一門特定的課程，采用互動啟發(fā)式教學一段時間后，學生會與教師產(chǎn)生更多的交流，隨之無論是在課上還是課下，都會提出不同的問題。這些問題多是教學內容的難點，需要復雜的張量分析、場論知識才能解決的。這時，學生多半已對問題有了相當?shù)恼J識，如果得不到滿意的答案，得不到啟發(fā)的“互動”，就難以進行下去。因此，除了教學方法的提高，教師還要有足夠的理論功底來回答啟發(fā)過程中的問題。也就是說，除了本課程知識之外，還對教師的相關課程知識，如多元函數(shù)的微積分、數(shù)學物理方法、張量分析與場論等提出了要求。由于流體力學的邊界多以場論中的點、線、面、體的拓撲關系為基礎，在教學中，還要特別講明上述相關理論的幾何意義，才能使流體力學的問題趨于明了。

為此，筆者在多個流體力學的教學過程中，對流體力學理論以及張量分析與場論、微分幾何等相關領域的理論知識不斷進行研究。做到對教學課程基本理論知識的精通，每次授課前認真?zhèn)湔n，在走上講臺時做到“心中有數(shù)”。筆者在取得了良好教學效果的同時，不斷進行流體力學教學方法的研究與總結，加強教學方法、教學理論的聯(lián)系，已發(fā)表了三篇關于流體力學教學改革的論文。

三、教學實例

在“流體力學”課程中，流體運動學中的亥姆霍茲速度分解定理在教學中具有重要地位。下面以該定理為教學中的主要研究對象，即速度場的梯度或流場中一點的應變率張量的意義為例，來說明互動啟發(fā)式教學法的應用。在現(xiàn)有張量分析或場論的參考書中，對標量場梯度的教學、物理與幾何意義研究得較充分。而對于向量場的梯度，大都只講其數(shù)學運算意義，即向量場的梯度符合并矢的運算規(guī)律，是一個二階張量，代表了一點的“狀態(tài)”。這些定義給向量場的梯度增加了許多神秘感，學生很難把握其內涵與外在形象的聯(lián)系。因此，在教學中，將速度場梯度的數(shù)學、物理與幾何意義設定為互動啟發(fā)式教學的問題，并將其分解為標量函數(shù)梯度、向量函數(shù)梯度兩個子問題，作為啟發(fā)與互動的過程。

1.標量函數(shù)的梯度。“高等數(shù)學”和“場論”課程中，學生已經(jīng)學習了標量函數(shù)梯度的數(shù)學定義以及梯度是函數(shù)變化率最大方向的物理意義。教師可首先進行必要的講解，引導學生逐步回顧起學習過的有關知識，然后給定一個三維空間中的等值面，要求學生進行練習：首先求出給定函數(shù)的全微分，再由全微分來確定梯度向量與切線向量之間的幾何關系，然后根據(jù)等值面、全微分、梯度向量與切線向量之間的幾何關系畫出標量函數(shù)梯度等值面間的幾何關系。

在這一練習過程中，教師應觀察學生的思考過程，適時加以引導，即由于過一點可以做無限多條曲線，其切線均與此梯度向量垂直。因而，梯度向量是等值面上一點切平面的法線向量。學生練習后應當能畫出標量函數(shù)梯度的幾何意義。經(jīng)過這一階段的練習與教師引導，學生的思維被充分地激發(fā)，原有的知識被充分調動起來。這時，正是教師引導學生進入第二個子問題的時機。

2.向量函數(shù)梯度的數(shù)學、物理與幾何意義。為加快教學進度，對于向量函數(shù)的數(shù)學意義，可由教師首先提出：對向量函數(shù)的微積分運算就是對其分量函數(shù)進行運算。然后要求學生畫出上述三個梯度并說明其物理意義。由于前一階段的準備，一部分學生處于正在努力思考，急于求解而仍搞不通的狀態(tài)（“憤”）；也有一些學生打開了思路，但苦于不知如何表達（“悱”）。教師應緊密觀察學生的思考與練習情況，加以“啟”與“發(fā)”。學生的思維在得到極大啟發(fā)的條件下，當教師在黑板上畫出一般情況下速度場梯度的幾何表示時，學生會與教師充分互動，或者是記筆記，或者是教師一邊畫、學生一邊指點，使知識的學習與理解達到最大化。

四、互動啟發(fā)式教學法取得的成果

1.研究并建立了“互動啟發(fā)式”教學方法。采用教師首先進行提綱式講解，再要求學生對其中的關鍵部分進行5-7分鐘的理論推導練習，最后再由教師進行板書推導與講解的“教師講解一學生練習與提問一教師再講解”互動啟發(fā)式學習過程，在工程力學專業(yè)“流體力學”教學中加以實施。

2.改進教學管理方法，保證互動啟發(fā)式教學的實施。在“學生練習與提問”這一關鍵環(huán)節(jié)，將學生的練習納入平時成績的考核評分，由教師進行課后的講評，在制度上保證學生能夠積極進行問題的思考。在理論推導過程中，堅持以板書推導為主、PPT講授為輔的教學方法。

3.深入學習了張量分析、微分幾何等理論知識，撰寫了《張量分析與場論基礎》和《張量微分學與曲線張量》，三本力學專業(yè)《流體力學》課程教材共計幾十萬字的背課筆記。高質量地回答學生提出的問題，保證了學生對互動啟發(fā)教學的持續(xù)興趣。

4.針對流體力學理論背景知識，以實驗錄像和PPT進行輔助教學，激發(fā)學生的科學探索精神。受到學生的歡迎與好評，在流體力學本科生教學中收到了很好的效果。

5.開展研究型本科生教育，組織學生成立“巖爆現(xiàn)象與流體力學”，參加國內外一流學者的科學報告會、開展專題研究，指導2012屆工程力學專業(yè)本科生5人撰寫并發(fā)表了3篇科學論文。

互動啟發(fā)式教學的重點在于提高學生的學習興趣，加深對知識的理解，引導學生積極思考，培養(yǎng)學生多維分析問題的能力。讓學生能夠保持視野的開闊性，并且具有創(chuàng)新性、實踐性，成為創(chuàng)新型人才。在本科生的教學過程中，運用互動啟發(fā)式教學法進行授課，極大地提高了學生的學習興趣，學生對知識的掌握程度也提高了一個層面。同時也激發(fā)學生深入研究問題的能力，寫出不少好的研究報告，學生所學的知識能被最大限度地理解和掌握。

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