新工科背景下多元互動教學(xué)模式研究

胡威 朱麗娟

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

關(guān)鍵詞：新工科;多元互動;電氣工程;教學(xué)模式

中圖分類號：G712.3? ? 文獻標(biāo)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(yè)4.0”工業(yè)轉(zhuǎn)型升級戰(zhàn)略，2017年麻省理工學(xué)院啟動了“新工程教育轉(zhuǎn)型”方案。為應(yīng)對世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)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(shè)戰(zhàn)略部署要求，強調(diào)我國高等教育要積極推進工程教育變革，以適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)品等孕育的新產(chǎn)業(yè)發(fā)展，最終培育出新時代高質(zhì)量應(yīng)用人才。新工科需要新變革。教學(xué)是高校人才培養(yǎng)的核心要素，是教師培養(yǎng)人才最直接、最核心的途徑。面對新的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，需要改革與創(chuàng)新以往的教學(xué)形態(tài)。當(dāng)前，高校的教學(xué)模式仍存在教法滯后、單一化的問題，難以培養(yǎng)適應(yīng)新時代的新產(chǎn)業(yè)卓越人才。本研究擬借鑒多元立體互動的教學(xué)模式，以電氣工程及其自動化專業(yè)為例，以全新視角挖掘其在新工科背景下的教學(xué)變革模式。

一、新工科建設(shè)與多元互動教學(xué)模式的內(nèi)涵

（一）新工科建設(shè)的內(nèi)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(xiàn)的新學(xué)科，是以新能源、新材料等新技術(shù)為表征，進一步深化為以新技術(shù)為核心的新產(chǎn)業(yè)。新型是在傳統(tǒng)學(xué)科上的深入、升級、改造以及再加工，進而形成的新學(xué)科。新生是以學(xué)科交叉與綜合為突出特征，通過兩個及以上異類學(xué)科的交融而形成的新學(xué)科。當(dāng)今電氣學(xué)科的發(fā)展呈現(xiàn)出多種新形態(tài)，有基于信息化技術(shù)的智能電網(wǎng)專業(yè)，屬于新型專業(yè);也存在以電氣工程學(xué)科為主題，融合能源化工、信息技術(shù)與管理學(xué)等其他學(xué)科知識的能源互聯(lián)網(wǎng)專業(yè)[2]，它屬于新生專業(yè)。我國的新工科建設(shè)首先是面向國家重大需求以及產(chǎn)業(yè)需要，“一帶一路”“中國制造2025”等是實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的有力舉措，根據(jù)目標(biāo)導(dǎo)向與問題導(dǎo)向，高校需要全面發(fā)展工程學(xué)科與專業(yè)，建設(shè)制造強國。當(dāng)前科技飛速發(fā)展，新一代信息技術(shù)、新能源等新技術(shù)與新產(chǎn)業(yè)逐漸成為國家經(jīng)濟發(fā)展的引領(lǐng)者。面向未來市場呈現(xiàn)的創(chuàng)新周期變短、技術(shù)更新加快、發(fā)展模式多元的新特質(zhì)，需要一大批擁有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的工程技術(shù)人才。新工科建設(shè)也是提升新時期國際競爭力，培育自身新優(yōu)勢的重要舉措。未來，環(huán)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(fā)展構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)。國際競爭加劇，創(chuàng)新驅(qū)動將成為多數(shù)國家尋求競爭優(yōu)勢的主要方式，創(chuàng)新的關(guān)鍵是創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，加快工程教育改革，培養(yǎng)具有敢于創(chuàng)新、善于創(chuàng)新的人才，對應(yīng)對競爭具有重要的戰(zhàn)略意義。新工科建設(shè)要求用超前眼光預(yù)測未來的科技發(fā)展動態(tài)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，要更加關(guān)注本學(xué)科的前沿知識與學(xué)科交叉融合領(lǐng)域。高校應(yīng)依據(jù)所在學(xué)科產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，結(jié)合自身的定位，統(tǒng)籌考慮待發(fā)展專業(yè)的各種教育和研究資源，規(guī)劃設(shè)置新工科專業(yè)，在堅持社會主義辦學(xué)方向，立德樹人的教育根本任務(wù)大政方針下，培養(yǎng)德才兼?zhèn)洹⑷姘l(fā)展以及與時俱進的工程技術(shù)人才。

（二）多元互動教學(xué)模式的內(nèi)涵

多元互動的元是指要素，它涉及教與學(xué)的各種相關(guān)因素。多元互動教學(xué)模式含義為在教學(xué)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(tǒng)的良性互動形式[3-4]。教師在多元互動中扮演著設(shè)計者與引導(dǎo)者的角色，教師要提前做好學(xué)科調(diào)研，理清楚學(xué)科架構(gòu)、特點以及教學(xué)要素，積極利用各要素間的關(guān)系，以幫助學(xué)生更好地獲取知識為目標(biāo)，形成全方位、多層次的立體互動。學(xué)生是教學(xué)互動的參與者，并且能夠發(fā)揮自身的主觀能動性。多元互動實現(xiàn)了師生、生生之間的思想碰撞與交流、質(zhì)疑與爭辯，可以讓參與者不斷在學(xué)習(xí)過程中提升對知識的理解與掌握度。在信息發(fā)展多元化，文化包容開放的時代背景下，單一維度的教學(xué)模式與學(xué)生的全面發(fā)展訴求相悖，多維立體化的教學(xué)模式能夠促進教學(xué)統(tǒng)一、輸導(dǎo)協(xié)調(diào)、知行合一，有助于電氣工程學(xué)科在新時代背景下的人才培養(yǎng)。

二、多元互動是發(fā)展新工科背景下電氣學(xué)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(jīng)濟的各個部分。一般工科院校大都設(shè)置電氣工程及其自動化專業(yè)，電氣學(xué)科是強弱電結(jié)合的學(xué)科，同時涉及了網(wǎng)絡(luò)與自動化專業(yè)。由于幾乎所有的制造類企業(yè)都認為電氣專業(yè)不可或缺，因此本專業(yè)就業(yè)前景良好。但當(dāng)今電氣工程學(xué)科受自身特點限制，實驗與實踐所需硬件設(shè)施投資較大，且電氣專業(yè)學(xué)生長期囿于理論學(xué)習(xí)等，這些因素阻礙了新工科背景下電氣學(xué)科的發(fā)展，建立基于多元互動理論的電氣教學(xué)模式是必要之舉。

（一）學(xué)生學(xué)習(xí)主動化需要

電氣學(xué)科理論較多，比如電路與自動控制原理等課程;內(nèi)容較為抽象，如電機學(xué)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(tǒng)與繼電保護學(xué)科，教師基本上按照授課大綱，定期安排學(xué)生實驗，學(xué)生很難從實驗本身體驗到專業(yè)知識內(nèi)在邏輯，難以形成結(jié)合實際的工程素養(yǎng)。復(fù)雜枯燥的教學(xué)模式進一步壓制了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，甚至是學(xué)好專業(yè)課的信心。很多教師表示在學(xué)生剛?cè)雽W(xué)時，還對專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)激情滿懷，但后面隨著知識深度的加深，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中困惑增多，教師在授課時由于受制于教學(xué)大綱的安排，一直保持著固有的教學(xué)進度授課，致使學(xué)生逐漸失去了學(xué)習(xí)的耐心與信心，甚至很多學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性大幅衰減，一些學(xué)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(xùn)斥，難以達到良好效果。

多元互動教學(xué)模式強調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)要以主動學(xué)習(xí)為主，充分利用與發(fā)揮學(xué)生自身的主觀能動性，教師在教學(xué)層面要啟發(fā)與調(diào)動學(xué)生的積極主動性，可根據(jù)學(xué)習(xí)成效金字塔理論，引導(dǎo)學(xué)生參與小組討論學(xué)習(xí)、做中學(xué)學(xué)習(xí)以及學(xué)以致用的學(xué)習(xí)方式變革，這種方法從本質(zhì)上是一種生生互動、知行互動的模式，可有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。因此，從增強學(xué)生學(xué)習(xí)主動性維度上講，以多元互動教學(xué)模式變革電氣傳統(tǒng)教學(xué)模式是必要的。

（二）學(xué)科交叉多元化需要

當(dāng)今，各行業(yè)已逐漸與人工智能深度融合，使得人才培養(yǎng)目標(biāo)向智能化轉(zhuǎn)變?！叭斯ぶ悄?新工科”的發(fā)展理念也已深入電氣學(xué)科的創(chuàng)新，人工智能技術(shù)利用其在數(shù)據(jù)處理方面的強大能力，將改變能源傳統(tǒng)的利用模式，推動能源革命。目前深度學(xué)習(xí)技術(shù)已成功應(yīng)用于新能源出力以及負荷預(yù)測、電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行以及電力設(shè)備的故障診斷等方面，并且一些學(xué)者利用人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)，開始在網(wǎng)絡(luò)安全、防護等方面進行了初步探索。在一些復(fù)雜的不確定場景下，數(shù)據(jù)驅(qū)動替代了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)建模方法，發(fā)揮了重要作用。另外，電力系統(tǒng)與熱力、燃氣系統(tǒng)耦合度增大，形成了能源互聯(lián)網(wǎng);在2020年習(xí)近平總書記為應(yīng)對氣候變化，貫徹綠色低碳高質(zhì)的發(fā)展理念，提出了“雙碳”的戰(zhàn)略目標(biāo)，因此未來電力系統(tǒng)架構(gòu)中風(fēng)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(tǒng)的安全穩(wěn)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(tǒng)勢必成為電力領(lǐng)域不可缺少的設(shè)備。

從上述分析可以看出，電氣學(xué)科正在以前所未有速度發(fā)生著重大的變革。但大學(xué)教師歷經(jīng)多年的教學(xué)，已形成了自己獨有的教學(xué)風(fēng)格，知識更新?lián)Q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(tǒng)的認知思維，接受學(xué)科互動模式，抓緊充電，拓展知識結(jié)構(gòu)，在教學(xué)中及時了解當(dāng)前學(xué)科的最新前沿技術(shù)以及新的發(fā)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(xué)科交叉多元化角度分析，推進電氣學(xué)科的教學(xué)模式改革勢在必行。

（三）授課方式多樣化需要

在傳統(tǒng)的電氣教學(xué)模式中，往往采用教師主動教、學(xué)生被動學(xué)的二元結(jié)構(gòu)，教師機械性地告知學(xué)生是非對錯，缺乏對教學(xué)效果的關(guān)注。電氣學(xué)科基礎(chǔ)課程與專業(yè)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(xué)內(nèi)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(xué)校的封閉環(huán)境，實踐能力與工程管理能力欠缺。產(chǎn)教互動、校企互動不足，學(xué)生的企業(yè)鍛煉實踐學(xué)時太少，主要時間大多安排在大四學(xué)年，但這個階段學(xué)生面臨著找工作，準(zhǔn)備筆試、面試，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計等各項事情，學(xué)生的實踐效果并不理想。

近年來，隨著多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)模式出現(xiàn)，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(wǎng)絡(luò)平臺教學(xué)在一段時間內(nèi)成為全國各大高校授課的主要平臺，發(fā)揮著重要作用。網(wǎng)絡(luò)授課屬于廣義的人機互動教學(xué)模式，優(yōu)勢是學(xué)生有較大的自主性，可以隨時隨地的選擇自己要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，對不理解的內(nèi)容可暫停和回放，這種教學(xué)模式可與傳統(tǒng)課堂相融合，實現(xiàn)優(yōu)勢互動的教學(xué)效果。因此，從授課方式多樣化視角看，多元互動教學(xué)模式變革電氣傳統(tǒng)教學(xué)模式是必要的。

三、多元互動教學(xué)模式對電氣學(xué)科教師提出的挑戰(zhàn)

創(chuàng)新教育需要教育的創(chuàng)新。傳統(tǒng)的教學(xué)模式需要創(chuàng)新才能更好適應(yīng)現(xiàn)代教育的需求。將多元互動理論應(yīng)用于電氣學(xué)科教學(xué)，能更好地順應(yīng)國家對新學(xué)科建設(shè)的要求。教學(xué)方式的變革必然會對教師隊伍的核心素養(yǎng)提出挑戰(zhàn)。

（一）引入積極心理學(xué)理論，增加師生的上課興趣與熱情

傳統(tǒng)電氣學(xué)科教學(xué)著重強調(diào)學(xué)生對電氣知識的掌握和認知能力養(yǎng)成，經(jīng)常忽視學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律。人的內(nèi)在心態(tài)在一定程度上左右著自身才智的發(fā)揮，中國古代就有許多描述人的心態(tài)與潛能關(guān)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(xué)在肯定物質(zhì)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(diào)動人民的積極性不但要堅持物質(zhì)鼓勵，而且要堅持精神鼓勵[5]。這些論述無疑與美國當(dāng)代著名的心理學(xué)家馬丁·塞里格曼提出的積極心理學(xué)理論是一致的[6]。將積極心理學(xué)應(yīng)用于電氣教學(xué)，可發(fā)揮心理學(xué)學(xué)科對電氣學(xué)科教學(xué)的良性推動作用。積極心理學(xué)認為可以利用積極的人格特質(zhì)調(diào)整人的心理狀態(tài)，當(dāng)人受挫或環(huán)境發(fā)生變化時，能夠采取積極的方式去應(yīng)對。

由于電氣學(xué)科自身知識面廣，而且許多專業(yè)課程涉及高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等復(fù)雜公式的推導(dǎo)，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(xué)科是有難度的。電氣教師在教學(xué)中，要充分利用積極心理學(xué)的有關(guān)理論知識，時刻關(guān)注學(xué)生的心理變化，及時捕捉學(xué)生對知識的主動接受程度。例如，當(dāng)學(xué)生能夠認真思考并積極回答教師提出的思考問題，說明學(xué)生的積極性比較高。教師授課前，要用心設(shè)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(guān)、高度融合的生活知識，以此增加學(xué)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(shè)備的實際運作短視頻等調(diào)動學(xué)生的積極性。在講授復(fù)雜的抽象知識時，教師應(yīng)盡量放慢上課節(jié)奏，用積極語言去鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)的信心，提高他們的耐挫能力。課后，對復(fù)雜不易理解的內(nèi)容，教師在布置作業(yè)時先初步挑選一些簡單的習(xí)題，以呵護與增加學(xué)生的自信心。

（二）更新知識體系，實現(xiàn)傳統(tǒng)知識與新知識的結(jié)構(gòu)整合

近年來，科技迅猛發(fā)展，知識迭代更新加速。黨的十八大報告指出，應(yīng)“完善終身教育體系，建設(shè)學(xué)習(xí)型社會”。教師作為先進知識和文化的傳播者，更應(yīng)該加強自身專業(yè)素養(yǎng)的學(xué)習(xí)。隨著信息技術(shù)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的融合，電力行業(yè)逐漸形成了發(fā)展智能電網(wǎng)的共識，并且開始推進相關(guān)產(chǎn)業(yè)。為了解決化石能源受限和環(huán)境污染問題，大力發(fā)展風(fēng)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(wǎng)后的電能質(zhì)量，發(fā)展具備快速充放電特性儲能系統(tǒng)是電力產(chǎn)業(yè)的不二選擇。

為了進一步促進能源的利用效率，相關(guān)部門提出建設(shè)由電、氣、熱等多種能源耦合的能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。針對電氣學(xué)科的發(fā)展變化，教師的教學(xué)模式也需要與時俱進，否則，很難培養(yǎng)出與時代接軌的新興產(chǎn)業(yè)人才，難以培養(yǎng)綜合性創(chuàng)新人才。因此，電氣教師要利用業(yè)余時間或假期時間及時學(xué)習(xí)補充人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘以及新能源產(chǎn)業(yè)知識，更新自己的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。只有這樣，才能踐行“給學(xué)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(yōu)質(zhì)人才的知識儲備。

（三）堅持結(jié)果導(dǎo)向，提升學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)造力

新工科建設(shè)不僅重視新知識的建構(gòu)，而且重視應(yīng)用知識能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)“滿堂灌”的教學(xué)模式對應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)力度不夠，難以適應(yīng)新工科建設(shè)的需求。近幾年，一些高校將遵循結(jié)果為導(dǎo)向的OBE教育理念融入教學(xué)改革中[7]。OBE理念強調(diào)以學(xué)生為主體，持續(xù)跟進學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，通過反饋，反向設(shè)計教學(xué)體系，形成不斷完善教學(xué)的閉環(huán)系統(tǒng)。將OBE理念應(yīng)用到電氣學(xué)科教學(xué)模式改革中，要求教師考慮學(xué)院電氣學(xué)科自身情況的培養(yǎng)目標(biāo)，進行企業(yè)調(diào)研，清楚社會需求，通過多種教學(xué)方式，如小組討論、翻轉(zhuǎn)課堂等，努力打造“金課”，幫助學(xué)生錘煉專業(yè)素養(yǎng)，讓學(xué)生學(xué)會獨立思考，擁有批判性思維，培養(yǎng)善于發(fā)現(xiàn)、解決問題且有創(chuàng)新能力的時代新人。另外，教研室要積極拓展與外界的聯(lián)系，加強校企合作的深度，建立聯(lián)合培養(yǎng)機制，使學(xué)生知行合一、學(xué)以致用，在應(yīng)用中讓學(xué)識轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，把切實解決現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)，讓平時表現(xiàn)、期末考試成績、能力展現(xiàn)和創(chuàng)新創(chuàng)意等參與到學(xué)生的評價和考核中。

四、結(jié)語

新工科建設(shè)與“雙創(chuàng)”背景下，教育創(chuàng)新勢在必行，傳統(tǒng)的教學(xué)模式需要革新才能更好融入現(xiàn)代教育的發(fā)展潮流。教學(xué)自身是一個系統(tǒng)性工程，只有充分發(fā)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(yīng)，才能更好地培育出時代新人。當(dāng)前科技迅速發(fā)展，電氣學(xué)科教師需要更新自己的知識體系，及時地學(xué)習(xí)新的教育理念，引進吸收消化其他學(xué)科的優(yōu)秀成果，才能更好地為電氣教學(xué)服務(wù)。

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（薦稿人：張新燕，新疆大學(xué)教授）

基金項目：自治區(qū)自然科學(xué)基金項目“基于深度學(xué)習(xí)理論的源荷功率短期概率預(yù)測方法研究”（項目編號：2022D01C355）;新疆理工學(xué)院優(yōu)秀課程建設(shè)校級項目“《數(shù)據(jù)庫原理》課程教學(xué)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(xué)院機電工程學(xué)院講師，研究方向為新能源源荷預(yù)測與柔性并網(wǎng)技術(shù);朱麗娟（1987—），女，碩士，新疆理工學(xué)院信息工程學(xué)院講師，研究方向為自然語言處理。