高校工科課堂教學(xué)中互動教學(xué)的設(shè)計與實踐
——以“高分子材料加工技術(shù)”課程的教學(xué)實踐為例

錢浩,張瑩雪，陳珺，付蓮蓮

(華僑大學(xué) a.材料科學(xué)與工程學(xué)院；b.信息科學(xué)與工程學(xué)院，福建 廈門 361021)

在以學(xué)生為中心的新工科建設(shè)過程中，關(guān)于工科課堂教學(xué)中采用多層次的互動教學(xué)模式的討論非常熱烈，同時也出現(xiàn)了多種類型的教學(xué)探索[1-2]。課堂教學(xué)是本科教育的主戰(zhàn)場，在課堂教學(xué)中采用多方位的互動教學(xué)已經(jīng)被認(rèn)可是一種提高教學(xué)質(zhì)量的重要教學(xué)方式，也是響應(yīng)國家高等教育內(nèi)涵式發(fā)展的重要教學(xué)方法[3]。筆者在“高分子材料加工技術(shù)”課程中實施了多種模式的互動教學(xué)，并在長期的教學(xué)實踐中不斷完善。

1 新工科建設(shè)過程中課堂互動教學(xué)的迫切性

1.1 互動教學(xué)的教學(xué)理念

大學(xué)課堂教學(xué)一般分為五重境界：安靜的課堂(Silence)、回答的課堂(Answer)、討論的課堂(Dialogue)、質(zhì)疑的課堂(Critical)和爭辯的課堂(Debate)[4]。境界越高，教與學(xué)的互動性越好。互動教學(xué)理念主要指通過學(xué)生和教師的相互交流，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，教師根據(jù)學(xué)生的反饋，指導(dǎo)學(xué)生更加深入和全面地掌握相關(guān)知識。這種教學(xué)理念衍生出多種教學(xué)方式，比如問答式教學(xué)、情景教學(xué)、討論式教學(xué)等。目前，高等教育已經(jīng)進(jìn)入普及性教育的階段，師生比不斷下降，教與學(xué)的互動性不斷降低。因此，在新工科建設(shè)過程中，在“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念下，為了充分提高教學(xué)效果，互動教學(xué)的回歸擁有了極大的呼聲[5-6]。

1.2 工科教學(xué)中互動教學(xué)的優(yōu)勢

專業(yè)知識的嚴(yán)謹(jǐn)性和交叉學(xué)科的廣博性已經(jīng)成為目前工科教學(xué)過程中必須面對的問題，尤其當(dāng)學(xué)生的知識基礎(chǔ)和專業(yè)興趣差異較大時，互動教學(xué)是把握學(xué)生學(xué)習(xí)過程的重要手段，也是教師實現(xiàn)因材施教的關(guān)鍵步驟。特別在信息交流日益發(fā)達(dá)的當(dāng)代社會，獲取知識的途徑非常廣泛，通過師生之間的有效互動，可以充分挖掘?qū)I(yè)主題的相關(guān)知識、拓展學(xué)習(xí)的深度和廣度，還可以有效激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性[7]。

2 高校工科課堂教學(xué)中互動教學(xué)的現(xiàn)狀

2.1 互動教學(xué)的發(fā)展歷程

一般來講，教學(xué)活動一定是互動的，即便是單純的批改作業(yè)也是一種教學(xué)互動，只是互動過程對教學(xué)效果的促進(jìn)程度不同而已。但隨著時代的發(fā)展，互動教學(xué)也出現(xiàn)了明顯的變革和調(diào)整。整體來說，我國高校互動教學(xué)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個階段。(1)解放前我國高校的教育重點集中在文科方向，理工科的發(fā)展比較弱。理工科的教育風(fēng)格是以理論教學(xué)為主，實驗和實踐教學(xué)相對較弱。但是當(dāng)時學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情高昂，教師的責(zé)任心較強，師生互動的頻率較高，出現(xiàn)了“西南聯(lián)大”的教育盛況。(2)新中國成立后，我國的高等教育，特別是理工科方向的高等教育得到了高速發(fā)展，但主要學(xué)習(xí)蘇聯(lián)的教育模式，學(xué)生獲取知識的渠道比較單調(diào)，對教師的依賴性較強。而且，接受高等教育的學(xué)生人數(shù)較少，教師和學(xué)生在教學(xué)、生活過程中都建立了良好的互動關(guān)系。(3)改革開放到20世紀(jì)90年代初，高等教育依然屬于精英教育，招生人數(shù)較少，高校的師生比較高，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性高。在大量國外科技信息涌入國內(nèi)的情況下，出現(xiàn)了師生共同學(xué)習(xí)、相互促進(jìn)的局面，潛移默化地實現(xiàn)了高契合度的互動教學(xué)。(4)20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)10年代，一方面，由于高校大量擴招，學(xué)生數(shù)量激增，高校師生比大幅度下降，師生之間的互動頻率大幅度下降，互動教學(xué)的效果大打折扣；另一方面，高校普遍對科研工作進(jìn)行量化考核，高校教師疲于應(yīng)付科研工作的考核，對本科教學(xué)的重視程度大幅下降，本科教學(xué)質(zhì)量明顯滑坡。(5)近些年，在國家破“五唯”政策的推動下，從政府到學(xué)校都高度重視本科教學(xué)工作，倡導(dǎo)建立以學(xué)生為主體的本科教育體系，對本科教育的重視程度大大提高，因此對教學(xué)方法和教學(xué)手段的討論和實踐蓬勃發(fā)展起來。隨著信息時代的飛速發(fā)展和各種數(shù)字工具的普及，學(xué)生獲取知識的渠道更寬了，互動教學(xué)展示出巨大的潛力[8]。但是，在總結(jié)疫情期間大規(guī)模的“網(wǎng)課教育”的經(jīng)驗時，“師生互動性較差”仍是教學(xué)效果不佳的重要原因之一。所以，盡管目前交流手段日益豐富，但互動教學(xué)依然是教育過程的重要環(huán)節(jié)，也是提高教學(xué)效果的必要工具。如何有效提高互動教學(xué)的質(zhì)量，已經(jīng)成為廣大高校教師關(guān)注的重點。

2.2 工科課堂教學(xué)中互動教學(xué)的主要問題

在長期的教學(xué)實踐中，筆者發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的互動教學(xué)過程主要存在如下問題。(1)互動教學(xué)的設(shè)計性需要進(jìn)一步提高。多種互動教學(xué)方式的相互配合，不但有助于教師把握教學(xué)節(jié)奏，而且能更有效地引導(dǎo)教學(xué)思路。(2)傳統(tǒng)的互動教學(xué)較為枯燥，應(yīng)當(dāng)和現(xiàn)代數(shù)字化教學(xué)工具結(jié)合，有效提高教學(xué)的生動性。(3)互動教學(xué)的擴展度不足，簡單的問答方式已經(jīng)滿足不了教學(xué)過程的深入互動交流，需要更為廣泛、更加深入的互動方式，才能適應(yīng)目前知識大爆炸的時代。

3 課堂教學(xué)中互動教學(xué)的設(shè)計與實踐

3.1 教學(xué)理念的改變

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益普及，學(xué)生獲取知識的渠道多元化，課堂已經(jīng)不是知識來源的唯一渠道。因此，在課堂教學(xué)中，教師必須深刻認(rèn)識這一時代發(fā)展的變化，由傳授知識的主體逐漸向引導(dǎo)、討論、建議的教學(xué)方式上靠攏?；咏虒W(xué)的理念也要隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展而與時俱進(jìn)，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的生動化和具體化，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)知識的能力，強調(diào)教與學(xué)的雙向過程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率[9]。

3.2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方式的應(yīng)用

隨著素質(zhì)教育的不斷推進(jìn)，理工科專業(yè)課程的學(xué)時被不斷壓縮。然而，一方面，為了有效加深學(xué)生對專業(yè)課程的理解和認(rèn)識，教學(xué)內(nèi)容不可能無限縮減；另一方面，在較少的教學(xué)課時中不斷加強課堂教學(xué)強度，教學(xué)效果反而不好。因此，理工科課程教學(xué)廣泛推廣“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)方式，充分激發(fā)學(xué)生本身的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)?！胺D(zhuǎn)課堂”互動教學(xué)的方式可以實現(xiàn)教師對學(xué)生的有效指導(dǎo)和監(jiān)督，同時也是師生共同學(xué)習(xí)的重要手段[10]。從簡單的作業(yè)檢查與講解，到具體產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝探討，進(jìn)一步到新方法、新技術(shù)的討論，都可以促進(jìn)師生共同學(xué)習(xí)。通過翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式，不僅可以激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力，還能有效監(jiān)督和引導(dǎo)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)過程[11]。

3.3 課堂教學(xué)中互動式教學(xué)的設(shè)計

在長期的教學(xué)實踐中，筆者通過問答教學(xué)、案例教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生的思路，把握教學(xué)節(jié)奏；通過案例教學(xué)、短視頻教學(xué)和動畫教學(xué)提高教學(xué)的生動性，使教學(xué)內(nèi)容更加具體化，提高教學(xué)效率；通過“翻轉(zhuǎn)課堂”組織項目開發(fā)式互動教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)其自我學(xué)習(xí)的能力，豐富教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)個性化學(xué)習(xí)。

3.3.1 問答式傳統(tǒng)互動教學(xué)的設(shè)計

問答式教學(xué)是非常傳統(tǒng)的互動教學(xué)過程，已經(jīng)成為課堂教學(xué)的重要組成部分，但很多問答教學(xué)環(huán)節(jié)基本上依賴教師的習(xí)慣。對問答式教學(xué)的良好設(shè)計，不僅能提高教學(xué)效率，而且可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，把握教學(xué)節(jié)奏[12]。特別在教學(xué)過程中，通過問題引導(dǎo)的方式，可以有效把握教學(xué)的邏輯思路。例如，在“聚合物結(jié)晶過程”的課堂教學(xué)中，筆者設(shè)計了以下問答環(huán)節(jié)：聚合物結(jié)晶的過程是否是勻速的？聚合物的結(jié)晶過程包括哪些過程？成核過程和生長過程是如何相互影響的？溫度如何影響結(jié)晶過程？我們?nèi)绾瓮ㄟ^方程來描述結(jié)晶過程？Avrami方程的參數(shù)的物理意義是什么？什么是Avrami指數(shù)？通過一系列問題的設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生思考，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，有效提高教學(xué)效率。在課堂教學(xué)中，平均每節(jié)課有10分鐘左右的時間用于師生之間的相互問答。通常采用隨機點名的方式進(jìn)行提問，讓學(xué)生保持一定的期待性，集中學(xué)生的注意力；有時也依照學(xué)生名單順序提問，檢查學(xué)生的出勤率。

3.3.2 短視頻和動畫的互動教學(xué)設(shè)計

多媒體技術(shù)已經(jīng)成為課堂教學(xué)的重要輔助手段，特別在工科的課堂教學(xué)過程中，大量短視頻和動畫等教學(xué)課件的開發(fā)，可以使教學(xué)原理更加形象化和具體化，有效提高學(xué)生對知識的接受程度[13]。而且短視頻教學(xué)的互動性更好，更加有利于學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)過程中的疑點提出問題，然后通過教師的講解加深對知識的理解。因此，在課堂教學(xué)中，穿插大量的短視頻和動畫等教學(xué)案例可以有效提高教學(xué)進(jìn)度、增強教學(xué)效果。例如，在聚合物加工教學(xué)過程中，將高速攪拌機、雙螺桿擠出機、注塑機、吹膜機等設(shè)備的工作原理(如圖1所示)，通過動畫的形式演示，整個教學(xué)過程更加具體化和生動化，學(xué)生對知識的理解程度和接受程度也大幅度提高，教學(xué)反饋良好。

圖1 動畫教學(xué)的實例

3.3.3 案例式互動教學(xué)的設(shè)計

案例教學(xué)不僅是對教學(xué)內(nèi)容的具體化過程，也是知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的具體佐證，更加容易引起學(xué)生的共鳴[14]。例如，在介紹塑料二次成型工藝時，筆者引入本地企業(yè)(廈門長塑實業(yè)有限公司)制備BOPA的案例，并對其成為世界BOPA產(chǎn)量最大的供應(yīng)商的發(fā)展過程進(jìn)行簡單介紹。在分析企業(yè)技術(shù)案例的同時，也向?qū)W生介紹企業(yè)發(fā)展和運作的具體案例，不僅深入分析了聚合物流延工藝的特點，而且有效地擴展了學(xué)生的知識面。

同時，將“課程思政”有機融入案例教學(xué)中，實現(xiàn)課程育人。通過具體生動的專業(yè)案例，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。例如，在講解合成橡膠的加工過程時，通過介紹我國20世紀(jì)70年代自主研發(fā)順式聚丁二烯，打破國際封鎖，在合成橡膠領(lǐng)域建立我國自主科技產(chǎn)權(quán)橋頭堡的案例，極大激發(fā)了學(xué)生的愛國熱情，有助于培養(yǎng)學(xué)生科技報國的志向[15]。

3.3.4 項目開發(fā)式互動教學(xué)的設(shè)計

我們借鑒企業(yè)項目研發(fā)過程中所采用的一些操作程序和方法，引入了項目開發(fā)式的教學(xué)理念。[16]。工科學(xué)生畢業(yè)后將會大量進(jìn)入企業(yè)成為工程師，因此項目研發(fā)和管理的能力應(yīng)當(dāng)從本科教育階段就進(jìn)行培養(yǎng)。從2008年起，筆者就采用這種方式組織教學(xué)，如圖2所示。

圖2 項目開發(fā)式互動教學(xué)的流程

通過多年的實踐，收獲頗多。項目開發(fā)式互動教學(xué)不但有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、研究能力和開發(fā)能力，而且通過相互的交流，教與學(xué)更加緊密，有效提高了教學(xué)效果[17]。具體操作如下：(1)要求學(xué)生根據(jù)自己的興趣和特點自由組合(一般情況下4人一組)，選擇與高分子材料成型與加工相關(guān)的題目，通過翻轉(zhuǎn)課堂自主學(xué)習(xí)，充分利用互聯(lián)網(wǎng)中多渠道的知識來源深度學(xué)習(xí)該項目的相關(guān)內(nèi)容，有效開拓了學(xué)生的知識面；強調(diào)學(xué)生運用所學(xué)的理論知識，對具體產(chǎn)品的市場應(yīng)用、配方設(shè)計、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備和質(zhì)量檢測(小組中每個學(xué)生都負(fù)責(zé)一部分，避免小組合作過程中學(xué)生之間出現(xiàn)相互依賴的情況)進(jìn)行深入的理解；同時，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，補償課堂教學(xué)學(xué)時不足的短板。在此階段，互動教學(xué)的重點是小組內(nèi)各位學(xué)生的相互交流、學(xué)習(xí)和團(tuán)隊協(xié)作。(2)隨著項目的推進(jìn)，指導(dǎo)教師開始介入各個小組的學(xué)習(xí)過程，通過微信、QQ、面對面討論等多種方式，指導(dǎo)各個小組通過知網(wǎng)、專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站、產(chǎn)品廠家網(wǎng)站等多種互聯(lián)網(wǎng)渠道搜集項目的各種資料制作完整的產(chǎn)品課件。(3)各小組將課件做成視頻文件在課堂上播放，將本組的成果分享給其他學(xué)生，同時接受同學(xué)對小組項目的質(zhì)詢，通過討論式教學(xué)的方式進(jìn)一步加強對此項目的理解和認(rèn)識。教師不僅要評點小組項目的優(yōu)缺點，而且要提出相應(yīng)的改進(jìn)建議。(4)學(xué)生進(jìn)一步完善課件作品后，將其上傳到課程網(wǎng)站，分享給更多的同學(xué)。

筆者每個學(xué)期都要抽出10個學(xué)時，通過討論式教學(xué)組織學(xué)生對不同的項目作業(yè)進(jìn)行點評和討論，并現(xiàn)場評分，同時從每年的作品中抽取一個范本，如圖3所示。學(xué)生涉獵的產(chǎn)品項目非常廣泛，極大地拓展了學(xué)生對高分子材料成型和加工技術(shù)的認(rèn)識，促進(jìn)了學(xué)生對知識的應(yīng)用和理解。

圖3 學(xué)生課件(視頻)的實例

3.4 互動式教學(xué)過程中教師的角色轉(zhuǎn)變

在目前的互聯(lián)網(wǎng)時代，獲得知識的渠道更加多元化，因此在教學(xué)過程中師生的角色產(chǎn)生了很大變化。教師已經(jīng)不再是知識傳播的唯一載體，而是逐漸向引導(dǎo)學(xué)習(xí)的角色轉(zhuǎn)化。由于學(xué)生可以從多種渠道獲得知識，因此引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)已經(jīng)成為教師的主要作用。在現(xiàn)代教學(xué)過程中，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，獲得知識的渠道空前豐富，但知識的碎片化現(xiàn)象也非常顯著。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)的內(nèi)容更加繁雜，更加需要教師的引導(dǎo)才能系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)專業(yè)知識。所以，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，師生的互動關(guān)系更加緊密，互動教學(xué)的過程已經(jīng)滲透到教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語

4.1 學(xué)生的收獲與素質(zhì)的提高

通過互動教學(xué)，學(xué)生拓寬了眼界、拓展了知識面，有效補償了課堂教學(xué)學(xué)時較短、教學(xué)內(nèi)容不夠豐富的缺點?；訉W(xué)習(xí)不僅可以激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，而且可以引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)專業(yè)知識。它將學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，激發(fā)其學(xué)習(xí)主動性，而不再是單純地灌輸知識。學(xué)生在制作項目課件過程中主動學(xué)習(xí)，熟悉和掌握了部分專業(yè)軟件，如Origin、Chemoffice等，同時還掌握了很多常用的視頻制作軟件、文字編輯軟件、圖像處理軟件等。我們采用團(tuán)隊的方式實現(xiàn)項目的組織與開發(fā)，在此過程中，初步培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊合作能力，且促使學(xué)生熟悉了項目開發(fā)的基本流程，對學(xué)生能力的培養(yǎng)起到了很好的作用。多年的教學(xué)實踐證明，充分的互動教學(xué)對提高學(xué)生的專業(yè)興趣也起到了很大的作用。

4.2 對教師的要求與挑戰(zhàn)

在長期的教學(xué)實踐中，通過一系列互動教學(xué)策略，一方面，教師可以有效調(diào)節(jié)教學(xué)節(jié)奏、把握課堂教學(xué)進(jìn)度、引導(dǎo)教學(xué)思路，從而提高教學(xué)效果；另一方面，通過翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方式，激發(fā)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣，同時補償了課堂教學(xué)學(xué)時不足的缺點。與此同時，互動教學(xué)對教師的專業(yè)素養(yǎng)也提出了更高要求。教師必須不斷更新知識、關(guān)注行業(yè)發(fā)展的變化，才能有效地指導(dǎo)學(xué)生完成項目課件。在互聯(lián)網(wǎng)時代，教師的角色已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變，由知識傳播的主體逐漸向知識學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者轉(zhuǎn)化。