新工科背景下多元互動教學模式研究

胡威 朱麗娟

摘? 要：當前高校的教學模式存在諸多弊端，難以適應新工科建設和新時代人才培養的要求，在此背景下，文章將多元互動理論引入教學模式的更新之中，并以電氣工程學科為例，分別探討了多元互動教學模式的內涵、電氣學科建設需求以及教師面臨的挑戰，指出了在新工科建設背景下電氣學科教學存在的一些問題，并提供了相應的解決策略與應用建議。

關鍵詞：新工科;多元互動;電氣工程;教學模式

中圖分類號：G712.3? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2022）11-0087-04

自2012年始，歐美國家先后提出“工業4.0”工業轉型升級戰略，2017年麻省理工學院啟動了“新工程教育轉型”方案。為應對世界范圍內蓬勃發展的科技變革，2017年以來，教育部推出了一系列的新工科建設戰略部署要求，強調我國高等教育要積極推進工程教育變革，以適應新技術、新產品等孕育的新產業發展，最終培育出新時代高質量應用人才。新工科需要新變革。教學是高校人才培養的核心要素，是教師培養人才最直接、最核心的途徑。面對新的產業環境，需要改革與創新以往的教學形態。當前，高校的教學模式仍存在教法滯后、單一化的問題，難以培養適應新時代的新產業卓越人才。本研究擬借鑒多元立體互動的教學模式，以電氣工程及其自動化專業為例，以全新視角挖掘其在新工科背景下的教學變革模式。

一、新工科建設與多元互動教學模式的內涵

（一）新工科建設的內涵

在新工科中，“新”主要指新興、新型和新生三類[1]。新興指以全新面貌出現的新學科，是以新能源、新材料等新技術為表征，進一步深化為以新技術為核心的新產業。新型是在傳統學科上的深入、升級、改造以及再加工，進而形成的新學科。新生是以學科交叉與綜合為突出特征，通過兩個及以上異類學科的交融而形成的新學科。當今電氣學科的發展呈現出多種新形態，有基于信息化技術的智能電網專業，屬于新型專業;也存在以電氣工程學科為主題，融合能源化工、信息技術與管理學等其他學科知識的能源互聯網專業[2]，它屬于新生專業。我國的新工科建設首先是面向國家重大需求以及產業需要，“一帶一路”“中國制造2025”等是實現中華民族偉大復興的有力舉措，根據目標導向與問題導向，高校需要全面發展工程學科與專業，建設制造強國。當前科技飛速發展，新一代信息技術、新能源等新技術與新產業逐漸成為國家經濟發展的引領者。面向未來市場呈現的創新周期變短、技術更新加快、發展模式多元的新特質，需要一大批擁有創新創業能力的工程技術人才。新工科建設也是提升新時期國際競爭力，培育自身新優勢的重要舉措。未來，環境污染問題、資源緊缺問題以及人口老齡化等問題將對人類的生存與發展構成巨大挑戰。國際競爭加劇，創新驅動將成為多數國家尋求競爭優勢的主要方式，創新的關鍵是創新人才的培養，加快工程教育改革，培養具有敢于創新、善于創新的人才，對應對競爭具有重要的戰略意義。新工科建設要求用超前眼光預測未來的科技發展動態與產業發展需求，要更加關注本學科的前沿知識與學科交叉融合領域。高校應依據所在學科產業發展需求，結合自身的定位，統籌考慮待發展專業的各種教育和研究資源，規劃設置新工科專業，在堅持社會主義辦學方向，立德樹人的教育根本任務大政方針下，培養德才兼備、全面發展以及與時俱進的工程技術人才。

（二）多元互動教學模式的內涵

多元互動的元是指要素，它涉及教與學的各種相關因素。多元互動教學模式含義為在教學實施過程中師生互動、生生互動、人機互動以及其他多種方式綜合的立體、多維、系統的良性互動形式[3-4]。教師在多元互動中扮演著設計者與引導者的角色，教師要提前做好學科調研，理清楚學科架構、特點以及教學要素，積極利用各要素間的關系，以幫助學生更好地獲取知識為目標，形成全方位、多層次的立體互動。學生是教學互動的參與者，并且能夠發揮自身的主觀能動性。多元互動實現了師生、生生之間的思想碰撞與交流、質疑與爭辯，可以讓參與者不斷在學習過程中提升對知識的理解與掌握度。在信息發展多元化，文化包容開放的時代背景下，單一維度的教學模式與學生的全面發展訴求相悖，多維立體化的教學模式能夠促進教學統一、輸導協調、知行合一，有助于電氣工程學科在新時代背景下的人才培養。

二、多元互動是發展新工科背景下電氣學科的必要方法

電能不但在人們的日常生活與工作中扮演著重要角色，而且也影響著國民經濟的各個部分。一般工科院校大都設置電氣工程及其自動化專業，電氣學科是強弱電結合的學科，同時涉及了網絡與自動化專業。由于幾乎所有的制造類企業都認為電氣專業不可或缺，因此本專業就業前景良好。但當今電氣工程學科受自身特點限制，實驗與實踐所需硬件設施投資較大，且電氣專業學生長期囿于理論學習等，這些因素阻礙了新工科背景下電氣學科的發展，建立基于多元互動理論的電氣教學模式是必要之舉。

（一）學生學習主動化需要

電氣學科理論較多，比如電路與自動控制原理等課程;內容較為抽象，如電機學中變壓器與交直流電機的工作原理;課程動手操作較為簡單，如電力系統與繼電保護學科，教師基本上按照授課大綱，定期安排學生實驗，學生很難從實驗本身體驗到專業知識內在邏輯，難以形成結合實際的工程素養。復雜枯燥的教學模式進一步壓制了學生學習的興趣，甚至是學好專業課的信心。很多教師表示在學生剛入學時，還對專業基礎課學習激情滿懷，但后面隨著知識深度的加深，學生在學習過程中困惑增多，教師在授課時由于受制于教學大綱的安排，一直保持著固有的教學進度授課，致使學生逐漸失去了學習的耐心與信心，甚至很多學生的學習主動性大幅衰減，一些學生自暴自棄，在課堂上開始睡覺、玩手機，盡管授課教師利用懲戒方法訓斥，難以達到良好效果。

多元互動教學模式強調學生的學習要以主動學習為主，充分利用與發揮學生自身的主觀能動性，教師在教學層面要啟發與調動學生的積極主動性，可根據學習成效金字塔理論，引導學生參與小組討論學習、做中學學習以及學以致用的學習方式變革，這種方法從本質上是一種生生互動、知行互動的模式，可有效提升學生的學習效率、培養學習興趣。因此，從增強學生學習主動性維度上講，以多元互動教學模式變革電氣傳統教學模式是必要的。

（二）學科交叉多元化需要

當今，各行業已逐漸與人工智能深度融合，使得人才培養目標向智能化轉變。“人工智能+新工科”的發展理念也已深入電氣學科的創新，人工智能技術利用其在數據處理方面的強大能力，將改變能源傳統的利用模式，推動能源革命。目前深度學習技術已成功應用于新能源出力以及負荷預測、電力系統的安全穩定運行以及電力設備的故障診斷等方面，并且一些學者利用人工智能、大數據技術，開始在網絡安全、防護等方面進行了初步探索。在一些復雜的不確定場景下，數據驅動替代了傳統的數據建模方法，發揮了重要作用。另外，電力系統與熱力、燃氣系統耦合度增大，形成了能源互聯網;在2020年習近平總書記為應對氣候變化，貫徹綠色低碳高質的發展理念，提出了“雙碳”的戰略目標，因此未來電力系統架構中風電、光伏等可再生能源將會扮演重要角色;可再生能源由于具有天然的間歇性、波動性特征，給電力系統的安全穩定運行帶來了一定的沖擊，用于促進可再生能源消納的儲能系統勢必成為電力領域不可缺少的設備。

從上述分析可以看出，電氣學科正在以前所未有速度發生著重大的變革。但大學教師歷經多年的教學，已形成了自己獨有的教學風格，知識更新換代意識敏感度不高，依舊停留在自己以往掌握的固有知識體系中。教師要更新傳統的認知思維，接受學科互動模式，抓緊充電，拓展知識結構，在教學中及時了解當前學科的最新前沿技術以及新的發展理念，自我革命，淘汰掉以往陳舊、過時的知識模塊。因此，從學科交叉多元化角度分析，推進電氣學科的教學模式改革勢在必行。

（三）授課方式多樣化需要

在傳統的電氣教學模式中，往往采用教師主動教、學生被動學的二元結構，教師機械性地告知學生是非對錯，缺乏對教學效果的關注。電氣學科基礎課程與專業課程的教師互動性較差，銜接性不足，大家各自為政，忽視了不同教學內容的交叉、重合，冗余的授課浪費了寶貴的課堂時間。授課場地主要集中在教室與實驗室，由于一直處于學校的封閉環境，實踐能力與工程管理能力欠缺。產教互動、校企互動不足，學生的企業鍛煉實踐學時太少，主要時間大多安排在大四學年，但這個階段學生面臨著找工作，準備筆試、面試，準備畢業設計等各項事情，學生的實踐效果并不理想。

近年來，隨著多媒體和網絡技術的發展，網絡化的教學模式出現，例如雨課堂、釘釘課堂與中國MOOC等。尤其是自2019年底以來，受新冠肺炎疫情的影響，網絡平臺教學在一段時間內成為全國各大高校授課的主要平臺，發揮著重要作用。網絡授課屬于廣義的人機互動教學模式，優勢是學生有較大的自主性，可以隨時隨地的選擇自己要學習的內容，對不理解的內容可暫停和回放，這種教學模式可與傳統課堂相融合，實現優勢互動的教學效果。因此，從授課方式多樣化視角看，多元互動教學模式變革電氣傳統教學模式是必要的。

三、多元互動教學模式對電氣學科教師提出的挑戰

創新教育需要教育的創新。傳統的教學模式需要創新才能更好適應現代教育的需求。將多元互動理論應用于電氣學科教學，能更好地順應國家對新學科建設的要求。教學方式的變革必然會對教師隊伍的核心素養提出挑戰。

（一）引入積極心理學理論，增加師生的上課興趣與熱情

傳統電氣學科教學著重強調學生對電氣知識的掌握和認知能力養成，經常忽視學生的身心發展規律。人的內在心態在一定程度上左右著自身才智的發揮，中國古代就有許多描述人的心態與潛能關系的典故，例如“哀莫大于心死”“四面楚歌”等等。馬克思主義哲學在肯定物質決定意識的前提下，也闡述了主觀能動性在人民改造世界中的重要作用。文獻指出調動人民的積極性不但要堅持物質鼓勵，而且要堅持精神鼓勵[5]。這些論述無疑與美國當代著名的心理學家馬丁·塞里格曼提出的積極心理學理論是一致的[6]。將積極心理學應用于電氣教學，可發揮心理學學科對電氣學科教學的良性推動作用。積極心理學認為可以利用積極的人格特質調整人的心理狀態，當人受挫或環境發生變化時，能夠采取積極的方式去應對。

由于電氣學科自身知識面廣，而且許多專業課程涉及高等數學、線性代數等復雜公式的推導，再加上電磁場自身具有“看不見，摸不著”的抽象特征，要想掌握好本門學科是有難度的。電氣教師在教學中，要充分利用積極心理學的有關理論知識，時刻關注學生的心理變化，及時捕捉學生對知識的主動接受程度。例如，當學生能夠認真思考并積極回答教師提出的思考問題，說明學生的積極性比較高。教師授課前，要用心設計好一些有趣的素材，比如一些問題或與所授知識息息相關、高度融合的生活知識，以此增加學生的上課樂趣。教師在授課中，可以適時地引入Flash動畫、電氣設備的實際運作短視頻等調動學生的積極性。在講授復雜的抽象知識時，教師應盡量放慢上課節奏，用積極語言去鼓勵學生學習的信心，提高他們的耐挫能力。課后，對復雜不易理解的內容，教師在布置作業時先初步挑選一些簡單的習題，以呵護與增加學生的自信心。

（二）更新知識體系，實現傳統知識與新知識的結構整合

近年來，科技迅猛發展，知識迭代更新加速。黨的十八大報告指出，應“完善終身教育體系，建設學習型社會”。教師作為先進知識和文化的傳播者，更應該加強自身專業素養的學習。隨著信息技術與傳統電網的融合，電力行業逐漸形成了發展智能電網的共識，并且開始推進相關產業。為了解決化石能源受限和環境污染問題，大力發展風電、光伏等可再生能源成為電氣部門的共識。為了提升可再生能源并網后的電能質量，發展具備快速充放電特性儲能系統是電力產業的不二選擇。

為了進一步促進能源的利用效率，相關部門提出建設由電、氣、熱等多種能源耦合的能源互聯網產業。針對電氣學科的發展變化，教師的教學模式也需要與時俱進，否則，很難培養出與時代接軌的新興產業人才，難以培養綜合性創新人才。因此，電氣教師要利用業余時間或假期時間及時學習補充人工智能、物聯網、數據挖掘以及新能源產業知識，更新自己的產業結構。只有這樣，才能踐行“給學生一碗水，教師要有一桶水”的教育理念，才具備為國家培育優質人才的知識儲備。

（三）堅持結果導向，提升學生的應用能力和創造力

新工科建設不僅重視新知識的建構，而且重視應用知識能力和創新能力的培養。傳統“滿堂灌”的教學模式對應用型創新人才的培養力度不夠，難以適應新工科建設的需求。近幾年，一些高校將遵循結果為導向的OBE教育理念融入教學改革中[7]。OBE理念強調以學生為主體，持續跟進學生的學習成果，通過反饋，反向設計教學體系，形成不斷完善教學的閉環系統。將OBE理念應用到電氣學科教學模式改革中，要求教師考慮學院電氣學科自身情況的培養目標，進行企業調研，清楚社會需求，通過多種教學方式，如小組討論、翻轉課堂等，努力打造“金課”，幫助學生錘煉專業素養，讓學生學會獨立思考，擁有批判性思維，培養善于發現、解決問題且有創新能力的時代新人。另外，教研室要積極拓展與外界的聯系，加強校企合作的深度，建立聯合培養機制，使學生知行合一、學以致用，在應用中讓學識轉化成生產力，把切實解決現實工程項目問題作為最終的教育目的。同時，高校可引入多元化考核標準，讓平時表現、期末考試成績、能力展現和創新創意等參與到學生的評價和考核中。

四、結語

新工科建設與“雙創”背景下，教育創新勢在必行，傳統的教學模式需要革新才能更好融入現代教育的發展潮流。教學自身是一個系統性工程，只有充分發揮師生互動、生生互動、人機互動以及其他形式的多元互動整體效應，才能更好地培育出時代新人。當前科技迅速發展，電氣學科教師需要更新自己的知識體系，及時地學習新的教育理念，引進吸收消化其他學科的優秀成果，才能更好地為電氣教學服務。

參考文獻：

[1] 林健. 面向未來的中國新工科建設[J]. 清華大學教育研究，2017，38（02）：26-35.

[2] 朱桂萍，林今，孫宏斌，等. 面向能源互聯網的電氣工程本科教學體系改革與實踐[J]. 中國電機工程學報，2020，40（13）： 63-72.

[3] 張荊紅. 論多元互動教學模式在政治學原理課程中的應用[J]. 長江大學學報（社會科學版），2007（S1）：49-52.

[4] 施斌. 論多元互動教學模式[J]. 湖北廣播電視大學學報，2004（04）：8-11.

[5] 時樹菁. 試論鄧小平調動人民群眾積極性思想[J]. 毛澤東思想研究，2002（04）：45-47.

[6] 章世欽. 積極心理學：一種新的學校心理健康教育理念[J]. 中國商界（下半月），2009（01）：337.

[7] 周洪波，周平. 基于OBE理念的高校教學模式改革研究[J]. 中國成人教育，2018（04）：92-94.

（薦稿人：張新燕，新疆大學教授）

基金項目：自治區自然科學基金項目“基于深度學習理論的源荷功率短期概率預測方法研究”（項目編號：2022D01C355）;新疆理工學院優秀課程建設校級項目“《數據庫原理》課程教學改革方法探索”（項目編號：PT-2020019）。

作者簡介：胡威（1987—），男，碩士，新疆理工學院機電工程學院講師，研究方向為新能源源荷預測與柔性并網技術;朱麗娟（1987—），女，碩士，新疆理工學院信息工程學院講師，研究方向為自然語言處理。