構建適合新工科的快樂教學方法

盧守峰，顧海燕

（南京工業大學 交通運輸工程學院，南京 211816）

工科的特點是應用性強，工科與工程往往密不可分。解決工程問題對人才的要求是具備團隊能力、創造能力、系統思維、問題診斷能力和與國際先進技術保持同步的能力。2017 年教育部啟動了新工科發展研究工作，提出創新型、綜合化、全周期工程教育“新理念”。李培根對新工科提出的面向未來的工程人才應該具備的若干新素養和新的教學方法進行了論述。重點討論了關聯力、非正式學習、去中心化和想象學習四種教學方法?！靶鹿た啤苯ㄔO在某些方面與大工程觀一脈相承，都強調采用工程模式培養人才。美國的工科教育先后經歷“技術模式”—“科學模式”—“工程模式”。謝笑珍對大工程觀的內涵和本質進行了闡述。李培根對工科教育如何體現大工程觀進行了闡述。新工科和大工程觀為培養新時代的工程人才提出了方向指引。本文探討工科教育中如何引入快樂教學方法和教學手段，從而更好地實現新工科提出的目標。

一、快樂教學理念

古人常常將學習描述為一件苦差事，大家耳熟能詳的詩句有“頭懸梁，錐刺股”“三更燈火五更雞，正是男兒讀書時”“書山有徑勤為路，學海無涯苦作舟”。這些詩句一方面展現了學習之苦，另一方面也展現了“苦學”信念。在苦學理念的束縛下，教學方法是填鴨式教學，教學過程中學生聽得多、動手少、思考得少，以及輸入多、輸出少。學生之間交流少，合作少，學習過程都是自己完成，難免會成為苦行僧。郝德永對苦學信念和苦學路徑進行了深入闡述，探討了“樂學”的實踐路徑：去中心化、非限制性課程體系。熊永紅等提出快樂教學可采用針對性或關聯性的啟發、或名人啟示導入法、旁敲側擊引導法和引經據典激勵法等；通過富有挑戰性的提問、有趣討論和辯論等，激發起學生的思維火花和創作靈感，激發學生的好奇心和求知欲，讓一些有趣的問題像磁石一樣把學生的心牢牢吸引住，讓他們自主學習和獨立思考，在愉快的求知和探索過程中獲得知識、提升能力，成為學習的主人，讓“學海無涯苦作舟”變成“風光無限喜作舟”。

隨著時代的發展，教師在講臺上講、學生記筆記的模式逐漸過時，教學方法逐漸演化為喚醒學生的好奇心和學習愿望。正如Alexandra K.Trenfor 所說：The best teachers are those who show you where to look，but don't tell you what to see（最好的老師是告訴你在哪里看，但不要告訴你要看什么）。教師面臨的最大挑戰是如何吸引學生的注意力，即使下課很久學生仍在思考課堂上講的內容。為實現這個目標，要把上課看作一種服務，重新定義學生在課上的體驗，讓教與學更有效。快樂學習理念可歸納為以下11 種。

1.利用創新性教具促進學生的創造力。可利用游戲、可視體驗等激活學生的思維，捕捉其興趣。鼓勵學生利用各種想法去探索。

2.引入視覺和聽覺材料。將可視和可聽的資料作為課堂教學的輔助，將有助于更好地理解概念。

3.將現場視頻帶入課堂。將實際工程現場的視頻、圖片等資料融入課堂，將豐富課堂教學，讓書本上的知識容易理解和學習。

4.頭腦風暴法。課堂上留有頭腦風暴的時間，會使學生產生很多想法，并能夠讓所有學生參與進來。

5.現場教學。學生長期呆在教室內會感到無聊，帶學生到室外或與課程內容相關的現場教學，學生有新鮮感，學習得更快。

6.扮演角色。讓學生扮演某個角色，在表演中學習可以開發學生的人際交往技巧，也讓學生理解課堂上的所學與日常生活緊密相關。

7.利用故事教學。當知識以故事的形式講授給學生時，學生很難忘記。故事教學法讓學生更容易理解復雜的概念，容易發揮學生的想象力。

8.良好的教室環境。精細布置的教室環境能夠激發學生的興趣，使學生處于更好的狀態并更好地學習。

9.教學中接受新觀點。教師在教學中要具有開放意識，能夠接受各種新的思想、理念和觀點，這樣才能夠創新出新的教學方法。

10.團隊合作。協作努力的效果是巨大的，會出現1+1＞2 的效果。與同事分享改進教學的方法，提出讓人感興趣的策略和新的教學方法。

11.引入謎題和游戲。在教學過程中引入一定比例的謎題和游戲，會讓學生覺得有趣。使其可以在玩中學，而且能夠鍛煉學生的創造力和面對挑戰的能力。

二、快樂教學體系構建

面向未來的新工科專業人才不僅需要專業領域能力，還需要創新創造、跨學科交叉融合的能力，除此之外，還需要具備家國情懷、全球視野。因此需要使教學目標、教學環境和培養體系更為多元化、綜合化。

新工科人才培養目標有了重大改變，傳統的教學模式已經不能滿足新工科教育的發展要求。以交通工程專業為例，交通可大致概括為人—車—路—環境所構成的大系統。同樣，從系統的角度來構建適應新工科的快樂教學體系，根據目標導向，則該體系由四個模塊構成，分別為：教學目標模塊、導師模塊、學生模塊及教學環境模塊（圖1）。教學目標模塊是整個體系各部分團結協作來共同完成的最終目的。導師模塊和學生模塊是教學活動的參與者和執行者，分別代表教、學雙方。教學環境包括教學手段、教學資源、課堂氣氛、平臺支撐和社會環境等。

圖1 快樂教學體系構成

本文根據以上快樂學習理念，結合作者的教學經驗和體會，從教學目標、教學環境、導師制度和學生學習等方面提出以下快樂教學方法。

（一）新奇式引入——設計新奇的引入，引起學生的興趣，吸引學生目光

愛因斯坦曾說：“興趣是最好的老師”。興趣的養成，并非全是天生，后天的教育影響功不可沒?？贪?、一成不變的教授方式經常讓學生覺得乏味，導致學生注意力不集中，學習效率差。因此，需要在課堂上設置靈活、多變的導入方法，促使學生產生探究的心理，保證學生在接觸新課程或知識時，有極大的興趣，積極主動地參與到課堂中，而非抵觸、懈怠。導師需要將枯燥、乏味的教學內容設計成若干個有趣、引人入勝的問題，促使學生在解決問題的過程中獲得成就感及樂趣。此外，導師需要精心設計教學過程，可以在課堂上創設不同情境，鼓勵學生發現問題、提出問題，并以專業的角度分析問題、解決問題。因此，導師不僅僅要傳道授業解惑，還是最好的編劇和導演。例如，在交通規劃、智能交通系統等課程中講述尋找最優路徑的蟻群算法，可以由螞蟻覓食行為的動畫來表述，從而引出關鍵科學問題和蟻群算法的基本理念，將枯燥難理解的算法用簡單生動的方式介紹給同學們，激發學生的學習興趣和探索的欲望。

（二）小組式研討——分組研討，刺激頭腦風暴

現有教學模式可概括為教師在課堂上傳授知識，學生接收信息。留有很少的時間比例讓學生自己去思考，產生想法。討論可以增加學生的思考時間，轉變學生在課堂中的角色，學生不只是聽，更重要的是對課堂上傳授的信息進行處理并輸出。單獨一個學生面對教師在心理上經常處于弱勢，因此提出以小組為單位，以小組的形式讓學生與老師進行對話，減弱學生害怕自己說錯、在同學中丟面子的心理。以小組為單位的優點在于將老師與單個學生之間的一對一關系改變為一對多關系，改變學生在心理上的感受，讓學生參與到課堂中，多動腦、多思考及多輸出，改變學生只聽不講、不討論的不足。

知識傳授和創造力的培養同等重要。每個人的人生發展都有很大的不確定性，教育在某種程度上承擔的角色是為個人未來發展提供一種掌控能力。畢加索說過，每個孩子都是天生的藝術家。孩子具有很大的創造力，而在每個人發展過程中，這種創造力是逐漸消退的。我們在教學中習慣給學生講正確的答案，但是在這個過程中，學生不善于動腦思考，不想出錯，導致他們想象力、創造力逐漸喪失。在教學和教育過程中，對學生應具有容錯能力，這樣才能夠培養學生的創造能力。下面通過一個典型的例子說明這個觀點。一個小女孩尤其喜歡美術課，某天老師走到小女孩的面前問她在畫什么，小女孩說我在畫上帝，老師說沒人知道上帝長得什么樣，小女孩回答到：你馬上就知道上帝是什么樣子了。這個例子告訴我們要為學生提供施展創造力的機會，讓他們多輸出。

小組討論式教學方法恰恰可以提高學生的創造力。課堂教學中應鼓勵學生試錯、出錯，促進學生思考，這樣才能使學生有更好的創造力。在某種程度上，學生進行一次試錯就是進行一次創造。

圖2 的案例來展示小組討論式教學方法的應用。教師首先講授結構設計、建筑設計方面的知識，然后將學生劃分為多個小組，每組學生相互協作，通過頭腦風暴法利用撲克牌設計滿足一定需求的塔樓。

圖2 小組同學協作設計的塔樓

（三）沉浸式探究——在工程環境中講授知識

學習環境對于提高知識的理解程度和掌握能力有重要作用?，F有教科書是逐漸抽象的過程，主要圍繞著知識點，過于數理化。課堂教學與工程實踐存在一定的脫節、是對工程項目的碎片化描述。所以經過課堂教學之后，學生往往能夠掌握知識點，但是缺乏實際能力，有種“盲人摸象”的感覺。工程本身都帶有綜合性、交叉性，理論模型是其中的一部分，因此課堂教學的理論模型應該放在工程背景中進行講述，不應只是講零散的知識點，應與工程實際結合，放在實際環境中動態地講授。

以英語學習為例，從小學到大學階段有16 年的時間，如果加上碩士、博士階段時間會更長，但是大多數畢業的博士英語水平仍是瘸腿的，讀和寫具有了較好的水平，但是聽和說是弱項。主要的原因是沒有學習英語的環境，從而變成了“聾子”英語和“啞巴”英語。由于沒有英語環境，多年來學習英語的方法錯誤，學習順序倒置，在英語教學中一直是注重學習單詞、語法，這是沒有學習英語環境先決條件導致的。我們單一地學習英語單詞，可能會無法準確地理解句子的內涵。學生接收了英語教學，但無法和外國人用英語流暢交流。因為我們在講授和學習英語單詞的過程中，丟掉了音節、節奏等語言富有活力的內容，要先學習音節、節奏，讓學生對語言的特點和語境有所了解，應在語境中教學。

在工程教學中同樣存在這樣的問題，由于缺乏工程環境，課堂教學過于抽象，導致教師難以描述工程實際和社會需求，學生在課堂上一知半解，處于“盲人摸象”的狀態，不能夠掌握理論、技術適用于哪些工程實際條件，當工程實際發生變化時如何去改進已有的理論和技術。所以畢業之后人才培養與社會需求出現錯位現象，不能夠有效地對接。利用信息化手段，可以讓學生提前了解工程實際的圖片、圖紙和視頻錄像，在課堂上直接結合工程實際的資料組織教學內容，這樣才能夠實現工程背景下的教學，培養的學生才能夠具備工程師的素質。關于環境，另一個重要的作用是應用知識。應用知識的過程是對知識進行處理，是輸出的過程。在這個過程中，能夠將知識轉換為能力。若知識學習之后不去使用，理解和掌握能力就不深入，因此使用知識也是掌握知識的一個有效途徑。

高新技術對于提高學生的學習樂趣和激發學生的動手能力具有重要作用。隨著計算機技術的發展，虛擬現實和增強現實技術得到較大突破，逐漸被應用于高等教育教學中。增強現實技術是在真實世界上增加計算機模擬圖像，而且可以進行一定的操作，讓人有身臨其境的感覺。微軟公司開發的Holelens 設備為實現這一技術提供了可能，而且通過云技術可以實現各種設備的互聯互通，最大化設備的共享。圖3 是利用微軟公司的Holelens 設備進行增強現實環境下的教學。

圖3 增強現實環境下的教學案例

（四）交互式設計——使用游戲或社交媒體軟件提高學生參與度

學生作為新時代的青年，喜歡新技術帶來的新體驗。在追求新技術方面有著十足的樂趣和動力，比如社交軟件（微信、推特）、游戲軟件、虛擬現實和機器人等。將學習內容開發成軟件已成為當前一個探索方向，游戲化技術已成為激發學生潛能的有用技術。目前成功的做法是鼓勵學生利用游戲軟件創建在線問卷，然后讓其他同學在線考試，看誰能取得較高的分數。通過這種方式既相互競爭，又有很大樂趣。

社交軟件當前使用率非常廣，新時代的大學生都處于社交網絡中，將社交網絡應用于課堂教學已成為一個探索方向。例如巴西語言學院開發的“紅氣球（Red Ballon）”項目，鼓勵學生對推特社交軟件上喜愛的藝術家進行評論，軟件可以對語法錯誤進行修改，從而提高學生的英語水平。

此外，有很多免費在線學習工具可用于鼓勵學生參與課堂教學。老師可以利用這些工具創建流程圖、問卷等提高學生參與度。

（五）階梯式引導——校內校外相結合，校企雙導師交叉融合

校內導師具有過硬的專業基礎知識，企業導師具備深厚的實操、項目經驗。因此，校內導師以教授基礎理論知識和模擬操作為主，企業導師負責的單項技能和綜合能力訓練。

校內導師和企業導師之間均不是純粹的單向教授，而是需要不斷反饋，互相促進，取長補短。企業導師可以根據實際生產情況進行知識延伸和補充，可以讓學生在接觸生產實際的同時鞏固理論知識，加深理解，正所謂讀萬卷書，行萬里路。學校導師可以對技能操作中的重難點進行講解補充，使學生能夠知其然并知其所以然，既了解現象也了解本質。另外，當企業導師無法到學校進行現場教學時，可以通過線上教學手段對實訓操作進行講解和過程控制。構建線上資源庫，利用線上、線下混合教學，充分發揮校企雙導師制優勢，實現優勢資源互補，提升教學效果。

三、結束語

新工科的推進需要新的教學方法。本文首先討論了“苦學”和“樂學”理念的區別，總結了11 種快樂學習理念。在此基礎上，提出了五種適合新工科的快樂教學方法。這五種教學方法或教學手段能夠提高學生的自信和相互協作，能夠激發學生的學習興趣和創造力，能夠提高學生的參與度，讓他們多思考、多動手和多輸出，在參與的過程中學習并得到快樂。