費曼學習理念應用于高分子材料課程的教學改革探索

何一燕，竇 強，李延報

（南京工業大學 材料科學與工程學院，南京 211816）

教育部在2019 年發布了《關于一流本科課程建設的實施意見》（教高〔2019〕8 號）[1]，強調引領一流本科課程建設的新理念，確立學生中心、產出導向、持續改進的理念，提升課程的高階性，突出課程的創新性，增加課程的挑戰度。旨在創新教學方法以提高教學效果，并加強課堂設計，解決如何進行優質教學的問題，避免簡單地傳授知識，忽視能力和素質培養。政策強調師生互動和學生間互動的重要性，解決培養創新性和批判性思維的問題，避免教師單向灌輸、學生被動接受的現象。政策旨在建設一流本科課程以培養應用型人才。南京工業大學高分子材料與工程專業于2020 年獲批國家級一流本科專業建設點。在此契機下，以一流本科課程建設為中心，明確課程改革方向，并通過深化課堂教學改革和創新，不斷夯實一流本科課程的建設基礎。本文借助思維導圖軟件，運用費曼學習理念，對高分子材料課程進行教學改革，探討如何提高學生的自主學習能力，如何提高課程教學效果。

一 高分子材料課程特點與教學目標

高分子材料是高分子材料與工程專業的一門核心基礎課程，涵蓋了塑料、橡膠、纖維、涂料和膠黏劑等內容，同時也考慮了它們與環境之間的關系。這門課程展示了高分子材料領域的發展歷程和研究進展，為從事高分子材料研究、開發、設計等工作提供了必要的理論基礎。既具備理論性，又具備工程應用性，對于培養學生全面的理論知識和工程實踐能力至關重要。課程旨在通過講授常用高分子材料的合成與制備、結構與性能、加工與應用，以及材料發展動態等內容，幫助學生全面了解高分子材料的制備方法、結構性能和主要應用領域。重點培養學生理解高分子材料微觀結構與宏觀使用性能之間關系的能力，從高分子鏈結構的角度分析材料性能和應用特點。學生將能根據具體情況選擇合適的材料和設計配方，并能合理分析和應用新材料、新產品、新技術等新興發展領域。通過該課程的學習，學生將成為專業基礎知識扎實、具備強大工程應用能力的高級應用型工程技術人才，更好地服務區域經濟社會發展。目前該課程教學過程普遍存在以下三個方面的問題：一是教學內容豐富，但教學課時有限；二是課程內容龐雜，且概念多、知識點零碎；三是教學方法與模式陳舊，缺乏系統性思維。面向高分子材料與工程專業的高分子材料課程仍多以教師為中心，以傳統講授式課堂教學模式開展教學。

二 思維導圖輔助的費曼學習理念

費曼學習理念[2]是一種學習和掌握知識的方法，以物理學家、諾貝爾獎得主理查德·菲利普斯·費曼（Richard Phillips Feynman）的名字命名。費曼學習理念（圖1）強調主動學習，通過主動思考和提問來深入理解知識。注重通過教學的方式來檢查、加深對知識的理解。當發現知識缺陷時，費曼學習理念鼓勵學習者填補這些缺陷，并不斷追求完善。最后，通過反饋和修正，不斷改進學習過程和理解水平。這些原則相互關聯，共同構成費曼學習理念的核心思想。費曼學習理念[3]和思維導圖[4]是兩種不同但可以相互配合的學習工具[5-6]，都可以幫助學習者更好地理解和組織知識。在費曼學習理念中，可使用文字、口頭表達或者圖示等方式來組織和展示學習者對知識的理解。思維導圖作為一個很好的可視化輔助工具，可用于組織和展示思維的結構和關系。它以中心主題為核心，通過分支的方式展開相關的概念、觀點、細節。思維導圖可以幫助學習者將復雜的知識結構化、連貫化，并將其呈現為清晰、有序的圖形。通過構建思維導圖，學習者可以更好地理解知識的框架和關系，同時也可以幫助記憶和回顧所學內容。即費曼學習理念通過教學加深對知識的理解，而思維導圖則用于組織和展示知識的結構和關系。結合使用可幫助學習者更好地理解、整理、表達和回顧所學內容。

圖1 費曼學習理念

三 基于思維導圖輔助的費曼學習理念的高分子材料課程教學設計

（一）闡述學習目標

明確課程的學習目標，如學習高分子材料中熱塑性通用塑料的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的合成方法、結構與性能、改性及其應用等，又如聚四氟乙烯（PTFE）的聚合方法、結構與性能、改性及其成型加工方法等。教師將思維導圖形式應用于設計教學板書，通過標題、中心主題、主要分支和子分支等，搭建起學習目標的基本脈絡框架。

（二）引入關鍵主題

如從高分子鏈結構角度來分析材料性能及應用特點的主題。通過講解、示例、對比和實驗等方式，激發學生的興趣，并建立起對高分子材料的微觀結構與宏觀使用性能之間關系的基礎認知。

（三）分階段學習

將上述學習目標細分為不同的階段目標、主題。在每個階段目標、主題中，教師可以使用費曼學習理念的第二步：深入學習和理解目標、主題。教師可以通過課堂講解、案例分析、播放實驗演示視頻等方式向學生講授相關知識，并引導學生深入思考和提出問題。

（四）學生解釋與表達

在費曼學習理念的第二步中，學生被要求以簡單明了的語言解釋給別人。教師可以組織學生小組活動，讓學生通過口頭表達、繪圖等方式向小組成員解釋所學知識點，增強課堂上師生、生生互動，并檢驗和加深對知識點的理解。

（五）思維導圖和知識結構梳理

在費曼學習理念的第三步中，思維導圖作為一個很好的輔助工具，能幫助學生組織和展示他們的解釋。學生可以以中心主題為核心，通過分支添加相關的概念、制備方法、結構、性質、改性和應用等，構建起高分子材料的知識框架，有助于學生將復雜的知識結構化、可視化，并提高記憶效果。在此過程中，不斷回顧和檢查是否有遺漏的內容或者需要進一步細化的部分。可以添加額外的分支、調整關系和補充細節，以使思維導圖更完善和全面。

思維導圖是思維訓練的有效工具，凡是課堂上的思考都可以借助它進行呈現。在某些教學環節有機滲透思維導圖元素，對于教學的開展會起到意想不到的促進效果。如利用思維導圖軟件XMind，如將課程內容涉及的故事時間線，聚碳酸酯材料結構與性能的相互關系，或各個主要性能之間的關聯等邏輯關系，以清晰的、便于理解的形式呈現在PPT 課件中，有利于學生理解掌握。學生在課后小結或者復習時，思維導圖也能梳理和建立各個知識點之間的邏輯關系。

（六）實踐項目和案例研究

費曼學習理念強調實踐和應用，教師可以設計實踐項目和案例研究，讓學生將所學的高分子材料知識應用到實際問題中。學生可以研究和分析真實的高分子材料應用案例，提高學生理論聯系實際的問題解決能力。

基于費曼學習理念的教學模式下，翻轉課堂是一種常用的教學方法。在教學活動中設定翻轉課堂的切入點，引導學生通過翻轉課堂等方式參與到課程推進中來，調動學生參與課堂和學習的積極性，使學生轉變為教學的中心和主體。教師則成為課程學習的推動者，幫助學生去經歷知識的發現與建構過程。在高分子材料課程的教學中，如高分子材料中塑料部分的知識點是通用工程塑料和特種工程塑料進行分類架構的，教師的課堂教學圍繞“高分子材料-結構與性能的關系-應用及改性”而展開。此時，學生獲得的知識點是相對孤立的。教師可以設計問題、案例研究或小組討論等互動活動，促進學生的思考和合作。如從應用場景出發設計案例問題，供學生分組調研學習。因此，在課堂結束后，通過翻轉課堂，學生繼續鞏固和擴展所學的概念。再次運用費曼學習理念，重新學習、重新思考，從應用場景的角度出發，學生可以將課堂上討論的內容進行整理和概括，如重新梳理材料結構與性能的關系，以加深理解并檢驗自己對知識的掌握。學生的翻轉課堂與教師的課堂教學相向而行，“雙向奔赴”，實現幫助學生重構和內化知識網絡體系的教學目標。

基于費曼學習理念的翻轉課堂的優勢在于：學生可以使用費曼學習理念的原則，將預習內容或已學內容簡化、概括并以自己的話進行解釋，以確保對所學知識的理解；課堂上的互動和討論可以促進學生深入思考、解決問題和應用知識；學生在獨立學習和課堂互動中都能夠運用費曼學習理念，鞏固和加深對知識的理解。然而，要成功實施基于費曼學習理念的翻轉課堂，教師需要精心策劃和組織課堂活動，提供適當的資源和指導，并確保學生在預習和課堂互動中得到支持和反饋。

（七）反饋和評估

在基于費曼學習理念的教學方式下，反饋和評估起著重要的作用，以幫助學生深化理解和改進學習。第一，在學生進行預習、課堂互動、概念強化階段，教師應提供及時的反饋。這些反饋應具體明確，指出學生理解的不足或錯誤，并提供指導和建議，幫助他們糾正錯誤并改進理解。第二，費曼學習理念鼓勵學生不斷自我反思和評估自己的學習。學生可以運用費曼學習理念的原則，嘗試以簡單和清晰的方式解釋和闡述所學知識，然后與教師或同伴進行交流和討論，從中獲取反饋和改進自己的理解。第三，基于費曼學習理念的教學模式強調學生之間的互動和合作。教師可以設計小組討論和合作項目，讓學生相互解釋和討論所學內容，并提供反饋。同伴之間的反饋可以幫助學生從不同的角度理解和思考問題。第四，教師在基于費曼學習理念的教學模式下扮演著引導者和輔助者的角色。教師應密切關注學生的表現和理解，并提供指導和支持。評估可以是形式化的，例如測驗或項目評估，也可以是非正式的，例如教師的觀察和對話。評估應關注學生的理解程度、應用能力、問題解決能力。此外，基于費曼學習理念的教學模式是一個循環的過程。學生在反饋和評估中了解自己的不足，并努力改進。教師也應通過持續的反饋和評估，了解學生的進展，并根據需要進行教學調整和改進。總之，基于費曼學習理念的教學模式下反饋和評估應著重于學生的理解、應用和問題解決能力的發展。及時、具體的反饋和多元化的評估方法可以幫助學生改進自己的問題，并促進深層次的理解和能力的提升。

傳統教學方式通常是教師為中心的，教師將知識直接傳授給學生，學生被視為被動的知識接受者；而基于費曼學習理念的教學方式強調將復雜的概念簡化和概括，以幫助學生更好地理解和應用知識。傳統教學方式可能使用專業術語和復雜語言來解釋概念，這可能使學生難以理解和應用所學知識；而費曼學習理念鼓勵使用簡單、通俗易懂的語言來解釋復雜概念，使學生更容易理解和應用所學的內容。在傳統教學中，教師扮演著主導角色，負責組織教學活動、解答問題、評估學生；基于費曼學習理念的教學方式傾向于將學生置于主導地位，鼓勵學生提出問題、思考和發現，教師則充當指導者和輔助者的角色。傳統教學方式通常側重于學生記憶和應試技巧，強調對事實和概念的被動接受和記憶，而缺乏對理解和應用的深入思考；費曼學習理念強調學生理解和應用知識的重要性，通過解釋和講述來加深對概念的理解，并通過解決問題和實踐來應用所學的知識。

基于費曼學習理念的教學方式鼓勵學生主動參與和思考，促進深層次的理解和應用能力的發展，與傳統教學方式相比，它更加注重學生的學習體驗和自主學習能力的培養。當下大學課堂的學習者主要為“00 后”，這是一代在校外培訓機構蓬勃發展的形勢下成長起來的學生，有調查顯示，“00 后”參加課外輔導班的時間是“90后”的3 倍[7]，即當下大學課堂的學習者多是在課外輔導機構干預下進行學習，對教師的依賴性較強，自主的、主動性的學習能力比較差，其學習的積極性需要依靠教師的持續調動。然而傳統教學模式多以教師為中心，結合黑板板書和多媒體課件等方式向學習者口頭講授知識。在這種模式下，在生師比大、一對多的課堂上，教師調動學習者的主觀能動性的方式方法有限，學習者主要是被動學習。如何調動和培養學習者的主動學習、自主學習能力是高等教育工作者需要面對的重要問題之一。

通過上述基于思維導圖輔助的費曼學習理念的高分子材料課程教學模式，有利于調動學生從傳統教學方式下的被動學習（聽講→閱讀→試聽→演示）向自主的主動學習（討論→實踐→教授他人）轉變，有利于提高學習內容平均留存率，普遍認為這種轉變可將學習內容平均留存率從被動學習的5%～30%提高至主動學習的50%～90%[8]。費曼學習理念是強調知識輸出為目標的一種高效的主動學習方法。把思維導圖輔助的費曼學習理念應用到高分子材料課程的教學過程當中，能夠充分發揮課堂的教學效果，調動學生自主學習的主觀能動性，很大程度地提高學生對知識點的掌握情況，夯實學習者進行簡化類比、觸類旁通、知識輸出和靈活應用所學知識的能力。

四 結束語

課堂教學方式對學生自主學習能力的培養和教學效果的影響巨大。通過思維導圖輔助的費曼學習理念的教學改革，高分子材料的課堂可以以更有條理和系統的方式開展教學，加深學習者對知識的理解和記憶，同時不斷優化和更新思維導圖，以便更好地掌握所學內容。課堂教學也可以更加互動和實踐導向，有利于培養學生的自主學習能力、問題解決能力和創新思維，提高教學效果。