構(gòu)建適合新工科的快樂教學方法

盧守峰，顧海燕

（南京工業(yè)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(chuàng)造能力、系統(tǒng)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(fā)展研究工作，提出創(chuàng)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(yǎng)和新的教學方法進行了論述。重點討論了關聯(lián)力、非正式學習、去中心化和想象學習四種教學方法。“新工科”建設在某些方面與大工程觀一脈相承，都強調(diào)采用工程模式培養(yǎng)人才。美國的工科教育先后經(jīng)歷“技術模式”—“科學模式”—“工程模式”。謝笑珍對大工程觀的內(nèi)涵和本質(zhì)進行了闡述。李培根對工科教育如何體現(xiàn)大工程觀進行了闡述。新工科和大工程觀為培養(yǎng)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(xiàn)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?shù)脑娋溆小邦^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(xiàn)了學習之苦，另一方面也展現(xiàn)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(lián)性的啟發(fā)、或名人啟示導入法、旁敲側(cè)擊引導法和引經(jīng)據(jù)典激勵法等；通過富有挑戰(zhàn)性的提問、有趣討論和辯論等，激發(fā)起學生的思維火花和創(chuàng)作靈感，激發(fā)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(fā)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(zhàn)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(nèi)容。為實現(xiàn)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(chuàng)新性教具促進學生的創(chuàng)造力?？衫糜螒?、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(xiàn)場視頻帶入課堂。將實際工程現(xiàn)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(chǎn)生很多想法，并能夠讓所有學生參與進來。

5.現(xiàn)場教學。學生長期呆在教室內(nèi)會感到無聊，帶學生到室外或與課程內(nèi)容相關的現(xiàn)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(fā)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(fā)揮學生的想象力。

8.良好的教室環(huán)境。精細布置的教室環(huán)境能夠激發(fā)學生的興趣，使學生處于更好的狀態(tài)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(chuàng)新出新的教學方法。

10.團隊合作。協(xié)作努力的效果是巨大的，會出現(xiàn)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(chuàng)造力和面對挑戰(zhàn)的能力。

二、快樂教學體系構(gòu)建

面向未來的新工科專業(yè)人才不僅需要專業(yè)領域能力，還需要創(chuàng)新創(chuàng)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(huán)境和培養(yǎng)體系更為多元化、綜合化。

新工科人才培養(yǎng)目標有了重大改變，傳統(tǒng)的教學模式已經(jīng)不能滿足新工科教育的發(fā)展要求。以交通工程專業(yè)為例，交通可大致概括為人—車—路—環(huán)境所構(gòu)成的大系統(tǒng)。同樣，從系統(tǒng)的角度來構(gòu)建適應新工科的快樂教學體系，根據(jù)目標導向，則該體系由四個模塊構(gòu)成，分別為：教學目標模塊、導師模塊、學生模塊及教學環(huán)境模塊（圖1）。教學目標模塊是整個體系各部分團結(jié)協(xié)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(zhí)行者，分別代表教、學雙方。教學環(huán)境包括教學手段、教學資源、課堂氣氛、平臺支撐和社會環(huán)境等。

圖1 快樂教學體系構(gòu)成

本文根據(jù)以上快樂學習理念，結(jié)合作者的教學經(jīng)驗和體會，從教學目標、教學環(huán)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(yǎng)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(jīng)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(chǎn)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(nèi)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(chuàng)設不同情境，鼓勵學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并以專業(yè)的角度分析問題、解決問題。因此，導師不僅僅要傳道授業(yè)解惑，還是最好的編劇和導演。例如，在交通規(guī)劃、智能交通系統(tǒng)等課程中講述尋找最優(yōu)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(fā)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(xiàn)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(chǎn)生想法。討論可以增加學生的思考時間，轉(zhuǎn)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(jīng)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(yōu)點在于將老師與單個學生之間的一對一關系改變?yōu)橐粚Χ嚓P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(chuàng)造力的培養(yǎng)同等重要。每個人的人生發(fā)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(fā)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(chuàng)造力，而在每個人發(fā)展過程中，這種創(chuàng)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(chuàng)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(yǎng)學生的創(chuàng)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(chuàng)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(chuàng)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(chuàng)造力。在某種程度上，學生進行一次試錯就是進行一次創(chuàng)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(jié)構(gòu)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(xié)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(xié)作設計的塔樓

（三）沉浸式探究——在工程環(huán)境中講授知識

學習環(huán)境對于提高知識的理解程度和掌握能力有重要作用?，F(xiàn)有教科書是逐漸抽象的過程，主要圍繞著知識點，過于數(shù)理化。課堂教學與工程實踐存在一定的脫節(jié)、是對工程項目的碎片化描述。所以經(jīng)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(jié)合，放在實際環(huán)境中動態(tài)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(shù)畢業(yè)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(huán)境，從而變成了“聾子”英語和“啞巴”英語。由于沒有英語環(huán)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(huán)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(nèi)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(jié)、節(jié)奏等語言富有活力的內(nèi)容，要先學習音節(jié)、節(jié)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(huán)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(tài)，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(fā)生變化時如何去改進已有的理論和技術。所以畢業(yè)之后人才培養(yǎng)與社會需求出現(xiàn)錯位現(xiàn)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(jié)合工程實際的資料組織教學內(nèi)容，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)工程背景下的教學，培養(yǎng)的學生才能夠具備工程師的素質(zhì)。關于環(huán)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?qū)⒅R轉(zhuǎn)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(fā)學生的動手能力具有重要作用。隨著計算機技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)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(xiàn)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(fā)的Holelens 設備為實現(xiàn)這一技術提供了可能，而且通過云技術可以實現(xiàn)各種設備的互聯(lián)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(xiàn)實環(huán)境下的教學。

圖3 增強現(xiàn)實環(huán)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(xiàn)實和機器人等。將學習內(nèi)容開發(fā)成軟件已成為當前一個探索方向，游戲化技術已成為激發(fā)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(chuàng)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(shù)。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(wǎng)絡中，將社交網(wǎng)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(fā)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(chuàng)建流程圖、問卷等提高學生參與度。

（五）階梯式引導——校內(nèi)校外相結(jié)合，校企雙導師交叉融合

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

校內(nèi)導師和企業(yè)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(yè)導師可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況進行知識延伸和補充，可以讓學生在接觸生產(chǎn)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(xiàn)象也了解本質(zhì)。另外，當企業(yè)導師無法到學校進行現(xiàn)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(gòu)建線上資源庫，利用線上、線下混合教學，充分發(fā)揮校企雙導師制優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)勢資源互補，提升教學效果。

三、結(jié)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(qū)別，總結(jié)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(xié)作，能夠激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)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。