挑戰性學習課程的提出與實踐

孫宏斌　馮婉玲　馬璟

摘要：本文在界定挑戰性學習課程內涵的基礎上，從理論依據、課程實施以及理論模型三個方面闡述了清華大學挑戰性學習課程的主要特征，介紹了已取得的初步成效，并就該類課程的進一步提升提出了相關思考。

關鍵詞：挑戰性學習課程；體驗式探索；支架式教學；挑戰跨學科問題

課程挑戰度不足，是我國世界一流本科教育事業發展中的瓶頸問題之一。2008年清華大學根據新的人才培養目標和理念，提出了“挑戰性學習課程”（Challenge Based Learning，簡稱CBL）的課堂教學模式。該類課程力圖通過有趣有價值的挑戰性問題吸引學生，激發學生的好奇心和想象力，通過高強度師生互動、生生互動，使學生快速獲取新知識并綜合運用相關知識，培養學生溝通、合作和創新能力，促進學生敢于善于挑戰自我、主動學習，使學生在完成挑戰性任務的過程中獲得成就感，進而增強作為拔尖學生的勇氣、信心和能力。

2012年，清華大學教務部門正式支持教師開出首門“校級挑戰性學習示范課”，2013年又支持開出了三門該類課程，由“985三期”經費支持。同時，一些院系也著手建設“院系級挑戰性學習課程”，一些學生課外科技賽事與挑戰性學習課程結合。我校在第24次教育工作討論會提出的“課堂轉型”方針引領下，將盡快遴選建設20門校級挑戰性學習課程，力爭使每個學生在校期間經歷一次挑戰性學習課程體驗，經受素質、能力、求學三方面磨煉和提升。

一、問題的提出

1.CBL課程的歷史追溯

清華大學挑戰性學習課程的提出有其深厚的學理性淵源。早在20世紀初，美國著名教育家、心理學家杜威即針對兒童教育，提出了“做中學”的理念。他認為，“做中學是比‘聽中學更好的方法”；認為教學不應直截了當地注入知識，而應引導受教育者在活動中得到經驗和知識。其啟示是，只有通過富有成效的知識運用，才能使受教育者獲得并牢固地掌握有價值的知識。此后，杜威的學生克伯屈依據“做中學”教育思想，引入了“設計教學法”，主張讓兒童自己確定學習目的，設計實現目的的行動步驟并實踐。杜威師徒早先的主張無疑與當今社會強調培養學生能力的思想是一致的。

20世紀60年代，美國芝加哥大學教授施瓦布在質疑“把傳授已有知識當做科學教學本質”的傳統觀念基礎上，提出了“探究式”教學法，即實驗室探究、探究之探究、討論之討論。施瓦布的“探究學習”說，強調通過探究過程，使學習者掌握科學的概念。

20世紀60年代末，加拿大學者巴羅斯在McMaster大學醫學院提出了“基于問題的學習”（Problem-based Learning，簡稱PBL）的教學模式，強調把學習設置在復雜、有意義的“問題情境”中，通過讓多位學習者合作解決真實問題，來學習“隱含于問題背后的科學知識”，進而培養學生解決問題的技能，并形成自主學習的能力。巴羅斯提出的PBL教學模式，對“以學生發展為中心的跨學科終身學習”是很有意義的。但此后一段時間，PBL在相關高校推行得并不順暢。究其原因，主要是教師的能力欠缺和對有能力教師的激勵措施不到位，以及有價值問題設置得過難或過易等，這就使得PBL教學模式在不少大學很難達到期望的效果。且針對頂尖大學的頂尖學生，設置的問題應該具有什么特點？學習目標和成果如何設定？這些問題在實踐中尚未得到很好的回答。

20世紀90年代末，美國麻省理工學院、瑞典皇家工學院等四所知名大學聯合建立跨國合作研究組織，提出了現代工程教育的CDIO模式，即構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）。該模式以產品研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間存在的有機聯系的學習工程技術。全球已有幾十所大學加入了CDIO組織，按CDIO模式培養學生。

幾乎與我校同期，2008年Apple公司在中學教育中提出了“挑戰性學習（CBL）”理念，發起了合作項目“明天一今天的Apple課堂”（Apple Classrooms of Tomorrow—Today，簡稱ACOT2），并以ACOT2作為“倡導跨學科教與學，鼓勵學生用新興技術解決現實問題”的載體。CBL倡導合作式學習，要求學生之間及師生之間交流并協同，合作解決挑戰性難題，繼而分享成功的經驗與喜悅。CBL模式的關鍵，是設置有吸引力且學生跳一跳能解決的難題，進而引導學生運用相關知識去解決這些難題。值得關注的是，Apple公司的ACOT2課堂模式，與我們提出并建設挑戰性學習課程在理念和時間上高度暗合。前者針對中學教育，后者針對高等教育。

2.清華為何實施CBL教學模式？

清華大學實施的CBL教學模式，不同于前文所說PBL和CDIO模式，而是針對現階段清華學生的具體情況提出和實施的。我校教育研究院2009年所做的“清華大學本科教育學情調查報告一一與美國頂尖研究型大學的比較”發現，清華本科教育總體上與美國同類大學相當，清華低年級學生在學業挑戰度、主動合作學習水平等指標上的表現均優于美國同類大學的低年級學生，但生師互動程度落后于對方指標。在高年級階段，清華學生在學業挑戰度、主動合作學習水平以及生師互動三項主要指標上均落后于美國頂尖研究型大學學生。2010年的調查結果則略有差異，結果顯示，無論高年級還是低年級清華學生在學業挑戰度和生師互動水平兩項指標上均落后于對方。

清華校友總會對畢業生調研發現，清華學生學習成效（outcomes）不足，主要表現在能力和素質方面，尤其是對一些知識的學習，學得輕松，但忘得也快。究其原因，課程缺少挑戰度是其重要原因之一，學生易學易忘。這一調研也成為推動CBL教學模式實施的動因之一。師生互動與創造性地解決挑戰性問題，是世界頂尖級大學的共同價值所在。2012年牛津大學校長安德魯·漢密爾頓曾經勉勵清華優秀本科生代表團，希望他們“有勇氣（To be bold）、有原創性（to be original），敢于挑戰（to be challenging）”。這與我們實施CBL教學模式的想法也不謀而合。

二、清華大學CBL課程主要特征

1.挑戰性學習課程（CBL）基本內涵

挑戰（challenge）的主旨是激發自我、調動潛力、克服困難、享受成功的喜悅，即“痛并快樂著”。辭海中“挑戰”則有激使對手出戰之意。

清華大學挑戰性課程的核心是挑戰性問題。在內容上，以全球熱點問題為切入，以跨學科知識的集成和綜合應用為支撐，且觸及學科前沿，即問題有趣、有難度、有挑戰，足以吸引學生在形式上，師生皆在課內外高強度投入和協作，形成良好的師生互動和生生互動，充分感受和體驗，激發潛能，激發學術志趣；目的是短期內培養學生思維創新、克服困難、探究并發現新知識的能力，綜合運用相關知識解決實際問題的能力，使學生通過既有知識綜合運用或新知識創造，最終享受成功喜悅，并使團隊協作精神和終身學習能力得以提升。教師在整個過程中扮演主導者、指導者和幫助者的角色，學生及其團隊則是實施主體。

2.挑戰性學習課程的理論依據

首先是蘇聯著名心理學家維果斯基的“最近發展區理論”。該理論認為，教學應為學生提供帶有難度的內容，調動學生的積極性，發揮其潛能，超越其“最近發展區”而達到下一發展階段水平，然后在此基礎上實現在“下一個發展區”的發展。

蘇聯教育家贊科夫提出的“教學與發展”教學理論的五條原則，也是挑戰性課程的理論依據之一。他認為，教學要有一定難度，即要讓學生通過努力來克服困難；以高難度進行教學，能使學生在掌握教材相關知識時產生特殊的心理活動。與之同時，普利斯里等人提出的支架式教學法（Scaffold）也有一定啟發。普利斯里認為，課程學習過程中，可根據學生需要為他們提供幫助，并在他們能力增長時撤去此前的幫助。

另外，杜威提出的“做中學”原則，也對清華推出挑戰性學習課程有一定啟發。杜威一是提出了“做中學”原則。他認為由于人們最初的知識和最牢固地保持的知識，多是關于“怎樣做”的知識，教學過程也該是“做”的過程。二是提出了“體驗中學習”原則，認為在人們所做的與享受的事情之間，應用相關知識可將其貫穿起來。三是“做中發現”原則。認為“做事情”也可能是“發現世界的實驗”，即做的過程中“發生了的事情”即變成了“發現”。

與之同時，被譽為“現代課程理論之父”的泰勒概括了課程編制的四步驟，一是學校應該追求哪些教育目標？二是如何選擇可能有助于達成這些教育目標的學習經驗？三是如何組織學習經驗才能使教學更有成效？四是評價學習活動達成教育目標的程度。這些觀點也對設計并推出挑戰性學習課程起到了引導性作用。

3.挑戰性學習課程的成果及其實現

我們把挑戰性學習課程的學習成效界定為.一是激發學術志趣，通過精心設計的挑戰性問題，引導師生互動，使學生對課程有“想學”的好奇心和沖動感，學習過程中不斷取得進展的喜悅感，課程結束時獲得的成就感。二是激發挑戰的勇氣和能力，利用課程內有限的時間和資源，完成知識的集成與運用，采用答辯或比賽等挑戰性形式來評價學生。三是加強創新意識和能力，挑戰性問題的結果未知、方法未知，需要創造性地解決挑戰性問題。四是終身學習能力，不僅是對已學會知識和工具的運用，通常還需要學生快速獲取和運用新知識和新工具。五是溝通和合作能力，多學科交叉的團隊協作是挑戰性課程的一個共性。

為了使開設的挑戰性示范課程幫助學生取得期望的學習成效，重點通過課程七方面要素來實現。一是內容：圍繞人類面對的共同挑戰，學科交叉，觸及前沿。二是形式：師生互動，生生互動，體驗、探索、主動式學習，學生沉浸其中。三是作業：課內與課外之比在1：5以上。四是討論：激烈，生生之間，師生之間，確有困難時老師幫助學生取得成功。五是考核：全程分布式，答辯，每個學生有口頭表達機會。六是教學資源：各類文獻、軟件、網絡資源、試驗及實驗，以及多手段的教學輔助設施。七是課堂規模：通常是小班授課。

4.挑戰性學習課程的理論模型

（1）挑戰性學習課程的模型之一

圖1給出了挑戰性學習課程的理論模型之一。自動化系趙千川老師開設的“線性系統控制”課程采用了該模型，該課程以清華校園的節能減排為挑戰性問題，讓學生自主發現校園中存在的節能減排問題，然后建立面向綠色校園的智能物聯網。其特點是：一是讓學生自己找問題，進行開放性的需求調研。二是讓學生綜合運用多學科知識設計方案。三是鼓勵學生實施相關方案，在客戶端、服務器端等實現基本閉環功能。實施結果是，學生實現了對FIT樓空調、燈光、百葉窗等的自動控制。

（2）挑戰性學習課程的模型之二

圖2給出挑戰性學習課程的理論模型之二。美術學院付志勇老師開設的“創客實踐——設計與科技互融”采用了該模型。該課程從“挑戰征集”入手，問題導學、項目驅動，將課程實施分為媒體宣傳、組建團隊、創意推敲、開發原型、最終成果展示、回到現實等步驟。學生參加該課程，如同完成了一次“英雄之旅”。學生通過與其他學科同學合作，挑戰自我，提升學以致用的能力，激發了學術志趣。

三、初步成效

自2012年始清華大學陸續啟動多門挑戰性學習示范課程，有效提高了課程的興趣度、挑戰度和師生的互動性。

1.熱點議題，吸引多學科學生參與

工業工程系顧學雍老師在工業工程系、錢學森班等開設了我校第一門挑戰性學習示范課程“跨學科系統集成設計挑戰（XLP導引課）”該課程以“極限學習工作流”為課程設計理念，通過分布式協作等實現師生的跨學科協作。所謂的極限學習工作流，即第一、第二課堂結合，圍繞內容挖掘、項目選擇、協同開發等環節，學生借助數字化平臺，在清華整個生態圈內實現前述學習過程。課程實施中，建立了“任務方”和“挑戰方”兩類團隊，要求學生在數天時間內解決一個跨學科復雜任務。課程參與者和組織者超越了院系、校園乃至國家邊界，吸引了國內外、校內外志愿者和多學科學生參與。

2.體驗式探索，學生沉浸其中

航院高云峰老師開設的“趣味力學實驗”旨在使學生集成運用已學知識解決實際問題，通過“分針穿玻璃”“輕功水上漂”“新式連弩”等趣味性設計與制作，讓學生沉浸其中。

該課程是集自主性、開放性、研究性、技巧性、綜合性、競爭性和趣味性為一體的體驗式探索課程。自主性，即以學生為主體，教師介紹基本原理，讓學生自己去研究；開放性，即所有問題和試驗都沒有固定答案；研究性，即所有的問題都要探索研究，有難度，需琢磨和設計；技巧性，即需要高度技巧才能完成；綜合性，即需要多個學科的團隊合作；競爭性，即團隊內部要分工合作，團隊之間要進行比賽；趣味性，即要講究課程設計，用有趣味的問題來引導學生。

3.團隊協作，挑戰跨學科問題

自動化系趙千川老師開設的“線性系統控制”，原本是一門經典的控制課，采用了挑戰性課程設計，使該課程產生了顛覆性變化。在課程設計上，將全班分為6個團隊，圍繞“清華校園的節能減排”這一跨學科的挑戰性問題，從發現問題到解決問題，通過團隊協作，最終實現了對FIT樓空調、燈光、百葉窗等的節能減排控制。趙老師認為，對學生創造性和創新性的培養，不在于老師教什么，而在于環境，讓學生教學生；每個學生單打獨斗解決不了問題，而必須靠團隊協作。

4.支架式教學，教師起到照明燈作用

航院講授“計算力學”的張雄老師認為，老師有志趣去培養學生，學生才會有志趣去學習。張老師至少提前一年備課，課程中安排大量的時間答疑。有的學生說自己占了一個學期的一半學習時間用來學習該課程，剛開始覺得大作業完不成，有點迷茫，而張老師Email的答疑速度，趕上用手機回復的速度，且能起到照明燈作用，引導其前進方向。該課程的最大成功在于學生團隊合作和老師及時答疑，最后使學生實現“解決諸多實際問題”的目標。

四、問題與思考

1.如何遴選挑戰性學習課程？

對課程遴選，有以下考慮：（1）課程屬性、類型（已有、重組）及方式不限，重點是專業課；（2）學生的年級不限；（3）課程容量以20～30人為宜；（4）鼓勵跨院系聯合建設；（5）從有志趣的教師中擇優選擇。

2.如何衡量課程的挑戰度？

將定性與定量相結合。定性部分主要以教師和學生的感受來衡量，定量部分則以學生與教師課內外投入的時間來衡量。定性部分的指標含：（1）學生學習更加用功以達到教師的課程要求（2）學生的學習行為和能力有正向提高，如興趣、好奇心、沖動感；挑戰的勇氣和能力，創新精神和能力，解決問題能力，溝通和團隊協作能力。定量部分的指標含：（1）老師準備課程及答疑的時間；（2）學生在課外所花費的時間（預習、復習、相關文獻或專業期刊查閱、項目/實驗等）。

3.如何推廣挑戰性學習課程？

如何更好地推廣挑戰性學習課程，從學生角度看，首先需要減少學生的課程總數，使得學生有精力和時間參加挑戰性課程，這需要優化我們的培養方案。從老師角度看，老師的投入很大，要使學生有興趣與激情參與挑戰，老師首先應有興趣與激情，需要研究老師的激勵方法。

[責任編輯：周楊]