构建适合新工科的快乐教学方法
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作者:卢守峰 顾海燕
摘 要：新工科为高等教育培养面向未来的工程人才提供指南和纲要。该文对实现新工科建设目标的快乐教学方法进行研究。研究问题导向引入、小组研讨、在工程环境中讲授知识、使用游戏或社交媒体软件和校企双导师结合等五种教学方式，通过案例阐述这些方法如何能够提高学生的自信、激发学习兴趣和创造力、提高学生的参与度，让学生在多思考、多动手、多输出的过程中学习专业知识并乐在其中。
关键词：新工科;快乐学习;大工程观;教学方法;教学体系构建
中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2022）29-0084-04
Abstract： The emerging engineering education provides a guide and outline for higher education to cultivate future oriented engineering talents. This paper studies the happy teaching method to realize the construction goal of'emerging engineering education'. Five teaching methods are proposed， such as problem-oriented approach， group discussion， teaching knowledge in engineering environment， using games or social media software， and the combination of school and enterprise supervisor. Cases are used to expound how these methods can improve students' self-confidence， stimulate learning interest and creativity， improve students' participation， and let students learn professional knowledge and enjoy it in the process of more thinking， more hands-on and more output.
Keywords： emerging engineering; happy learning; the idea of large scaleengineering; teaching method; construction of teaching system
工科的特点是应用性强，工科与工程往往密不可分。解决工程问题对人才的要求是具备团队能力、创造能力、系统思维、问题诊断能力和与国际先进技术保持同步的能力。2017年教育部启动了新工科发展研究工作，提出创新型、综合化、全周期工程教育“新理念”。李培根[1]对新工科提出的面向未来的工程人才应该具备的若干新素养和新的教学方法进行了论述。重点讨论了关联力、非正式学习、去中心化和想象学习四种教学方法。“新工科”建设在某些方面与大工程观一脉相承，都强调采用工程模式培养人才。美的工科教育先后经历“技术模式”―“科学模式”―“工程模式”。谢笑珍[2]对大工程观的内涵和本质进行了阐述。李培根[3]对工科教育如何体现大工程观进行了阐述。新工科和大工程观为培养新时代的工程人才提出了方向指引。本文探讨工科教育中如何引入快乐教学方法和教学手段，从而更好地实现新工科提出的目标。
一、快乐教学理念
古人常常将学习描述为一件苦差事，大家耳熟能详的诗句有“头悬梁，锥刺股”“三更灯火五更鸡，正是男儿读书时”“书山有径勤为路，学海无涯苦作舟”。这些诗句一方面展现了学习之苦，另一方面也展现了“苦学”信念。在苦学理念的束缚下，教学方法是填鸭式教学，教学过程中学生听得多、动手少、思考得少，以及输入多、输出少。学生之间交流少，合作少，学习过程都是自己完成，难免会成为苦行僧。郝德永[4]对苦学信念和苦学路径进行了深入阐述，探讨了“乐学”的实践路径：去中心化、非限制性课程体系。熊永红等[5]提出快乐教学可采用针对性或关联性的启发、或名人启示导入法、旁敲侧击引导法和引经据典激励法等;通过富有挑战性的提问、有趣讨论和辩论等，激发起学生的思维火花和创作灵感，激发学生的好奇心和求知欲，让一些有趣的问题像磁石一样把学生的心牢牢吸引住，让他们自主学习和独立思考，在愉快的求知和探索过程中获得知识、提升能力，成为学习的主人，让“学海无涯苦作舟”变成“风光无限喜作舟”。
随着时代的发展，教师在讲台上讲、学生记笔记的模式逐渐过时，教学方法逐渐演化为唤醒学生的好奇心和学习愿望。正如Alexandra K.Trenfor所说：The best teachers are those who show you where to look， but don't tell you what to see （最好的老师是告诉你在哪里看，但不要告诉你要看什么）。教师面临的最大挑战是如何吸引学生的注意力，即使下课很久学生仍在思考课堂上讲的内容。为实现这个目标，要把上课看作一种服务，重新定义学生在课上的体验，让教与学更有效。快乐学习理念可归纳为以下11种。
1. 利用创新性教具促进学生的创造力。可利用游戏、可视体验等激活学生的思维，捕捉其兴趣。鼓励学生利用各种想法去探索。
2. 引入视觉和听觉材料。将可视和可听的资料作为课堂教学的辅助，将有助于更好地理解概念。
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3. 将现场视频带入课堂。将实际工程现场的视频、图片等资料融入课堂，将丰富课堂教学，让书本上的知识容易理解和学习。
4. 头脑风暴法。课堂上留有头脑风暴的时间，会使学生产生很多想法，并能够让所有学生参与进来。
5. 现场教学。学生长期呆在教室内会感到无聊，带学生到室外或与课程内容相关的现场教学，学生有新鲜感，学习得更快。
6. 扮演角色。让学生扮演某个角色，在表演中学习可以开发学生的人际交往技巧，也让学生理解课堂上的所学与日常生活紧密相关。
7. 利用故事教学。当知识以故事的形式讲授给学生时，学生很难忘记。故事教学法让学生更容易理解复杂的概念，容易发挥学生的想象力。
8. 良好的教室环境。精细布置的教室环境能够激发学生的兴趣，使学生处于更好的状态并更好地学习。
9. 教学中接受新观点。教师在教学中要具有开放意识，能够接受各种新的思想、理念和观点，这样才能够创新出新的教学方法。
10. 团队合作。协作努力的效果是巨大的，会出现1+1>2的效果。与同事分享改进教学的方法，提出让人感兴趣的策略和新的教学方法。
11. 引入谜题和游戏。在教学过程中引入一定比例的谜题和游戏，会让学生觉得有趣。使其可以在玩中学，而且能够锻炼学生的创造力和面对挑战的能力。
二、快乐教W体系构建
面向未来的新工科专业人才不仅需要专业领域能力，还需要创新创造、跨学科交叉融合的能力，除此之外，还需要具备家国情怀、全球视野。因此需要使教学目标、教学环境和培养体系更为多元化、综合化[6-7]。
新工科人才培养目标有了重大改变，传统的教学模式已经不能满足新工科教育的发展要求。以交通工程专业为例，交通可大致概括为人―车―路―环境所构成的大系统。同样，从系统的角度来构建适应新工科的快乐教学体系，根据目标导向，则该体系由四个模块构成，分别为：教学目标模块、导师模块、学生模块及教学环境模块（图1）。教学目标模块是整个体系各部分团结协作来共同完成的最终目的。导师模块和学生模块是教学活动的参与者和执行者，分别代表教、学双方。教学环境包括教学手段、教学资源、课堂气氛、平台支撑和社会环境等。
本文根据以上快乐学习理念，结合作者的教学经验和体会，从教学目标、教学环境、导师制度和学生学习等方面提出以下快乐教学方法。
（一）新奇式引入――设计新奇的引入，引起学生的兴趣，吸引学生目光
爱因斯坦曾说：“兴趣是最好的老师”。兴趣的养成，并非全是天生，后天的教育影响功不可没。刻板、一成不变的教授方式经常让学生觉得乏味，导致学生注意力不集中，学习效率差。因此，需要在课堂上设置灵活、多变的导入方法，促使学生产生探究的心理，保证学生在接触新课程或知识时，有极大的兴趣，积极主动地参与到课堂中，而非抵触、懈怠。导师需要将枯燥、乏味的教学内容设计成若干个有趣、引人入胜的问题，促使学生在解决问题的过程中获得成就感及乐趣。此外，导师需要精心设计教学过程，可以在课堂上创设不同情境，鼓励学生发现问题、提出问题，并以专业的角度分析问题、解决问题。因此，导师不仅仅要传道授业解惑，还是最好的编剧和导演。例如，在交通规划、智能交通系统等课程中讲述寻找最优路径的蚁群算法，可以由蚂蚁觅食行为的动画来表述，从而引出关键科学问题和蚁群算法的基本理念，将枯燥难理解的算法用简单生动的方式介绍给同学们，激发学生的学习兴趣和探索的欲望。
（二）小组式研讨――分组研讨，刺激头脑风暴
现有教学模式可概括为教师在课堂上传授知识，学生接收信息。留有很少的时间比例让学生自己去思考，产生想法。讨论可以增加学生的思考时间，转变学生在课堂中的角色，学生不只是听，更重要的是对课堂上传授的信息进行处理并输出。单独一个学生面对教师在心理上经常处于弱势，因此提出以小组为单位，以小组的形式让学生与老师进行对话，减弱学生害怕自己说错、在同学中丢面子的心理。以小组为单位的优点在于将老师与单个学生之间的一对一关系改变为一对多关系，改变学生在心理上的感受，让学生参与到课堂中，多动脑、多思考及多输出，改变学生只听不讲、不讨论的不足。
知识传授和创造力的培养同等重要。每个人的人生发展都有很大的不确定性，教育在某种程度上承担的角色是为个人未来发展提供一种掌控能力。毕加索说过，每个孩子都是天生的艺术家。孩子具有很大的创造力，而在每个人发展过程中，这种创造力是逐渐消退的。我们在教学中习惯给学生讲正确的答案，但是在这个过程中，学生不善于动脑思考，不想出错，导致他们想象力、创造力逐渐丧失。在教学和教育过程中，对学生应具有容错能力，这样才能够培养学生的创造能力。下面通过一个典型的例子说明这个观点。一个小女孩尤其喜欢美术课，某天老师走到小女孩的面前问她在画什么，小女孩说我在画上帝，老师说没人知道上帝长得什么样，小女孩回答到：你马上就知道上帝是什么样子了。这个例子告诉我们要为学生提供施展创造力的机会，让他们多输出。
小组讨论式教学方法恰恰可以提高学生的创造力。课堂教学中应鼓励学生试错、出错，促进学生思考，这样才能使学生有更好的创造力。在某种程度上，学生进行一次试错就是进行一次创造。
图2的案例来展示小组讨论式教学方法的应用。教师首先讲授结构设计、建筑设计方面的知识，然后将学生划分为多个小组，每组学生相互协作，通过头脑风暴法利用扑克牌设计满足一定需求的塔楼。
（三）沉浸式探究――在工程环境中讲授知识
学习环境对于提高知识的理解程度和掌握能力有重要作用。现有教科书是逐渐抽象的过程，主要围绕着知识点，过于数理化。课堂教学与工程实践存在一定的脱节、是对工程项目的碎片化描述。所以经过课堂教学之后，学生往往能够掌握知识点，但是缺乏实际能力，有种“盲人摸象”的感觉。工程本身都带有综合性、交叉性，理论模型是其中的一部分，因此课堂教学的理论模型应该放在工程背景中进行讲述，不应只是讲零散的知识点，应与工程实际结合，放在实际环境中动态地讲授。
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以英语学习为例，从小学到大学阶段有16年的时间，如果加上硕士、博士阶段时间会更长，但是大多数毕业的博士英语水平仍是瘸腿的，读和写具有了较好的水平，但是听和说是弱项。主要的原因是没有学习英语的环境，从而变成了“聋子”英语和“哑巴”英语。由于没有英语环境，多年来学习英语的方法错误，学习顺序倒置，在英语教学中一直是注重学习单词、语法，这是没有学习英语环境先决条件导致的。我们单一地学习英语单词，可能会无法准确地理解句子的内涵。学生接收了英语教学，但无法和外国人用英语流畅交流。因为我们在讲授和学习英语单词的过程中，丢掉了音节、节奏等语言富有活力的内容，要先学习音节、节奏，让学生对语言的特点和语境有所了解，应在语境中教学。
在工程教学中同样存在这样的问题，由于缺乏工程环境，课堂教学过于抽象，导致教师难以描述工程实际和社会需求，学生在课堂上一知半解，处于“盲人摸象”的状态，不能够掌握理论、技术适用于哪些工程实际条件，当工程实际发生变化时如何去改进已有的理论和技术。所以毕业之后人才培养与社会需求出现错位现象，不能够有效地对接。利用信息化手段，可以让学生提前了解工程实际的图片、图纸和视频录像，在课堂上直接结合工程实际的资料组织教学内容，这样才能够实现工程背景下的教学，培养的学生才能够具备工程师的素质。关于环境，另一个重要的作用是应用知识。应用知识的过程是对知识进行理，是输出的过程。在这个过程中，能够将知识转换为能力。若知识学习之后不去使用，理解和掌握能力就不深入，因此使用知识也是掌握知识的一个有效途径。
高新技术对于提高学生的学习乐趣和激发学生的动手能力具有重要作用。随着计算机技术的发展，虚拟现实和增强现实技术得到较大突破，逐渐被应用于高等教育教学中。增强现实技术是在真实世界上增加计算机模拟图像，而且可以进行一定的操作，让人有身临其境的感觉。微软公司开发的Holelens设备为实现这一技术提供了可能，而且通过云技术可以实现各种设备的互联互通，最大化设备的共享。图3是利用微软公司的Holelens设备进行增强现实环境下的教学。
（四）交互式设计――使用游戏或社交媒体软件提高学生参与度
学生作为新时代的青年，喜欢新技术带来的新体验。在追求新技术方面有着十足的乐趣和动力，比如社交软件（微信、推特）、游戏软件、虚拟现实和机器人等。将学习内容开发成软件已成为当前一个探索方向，游戏化技术已成为激发学生潜能的有用技术。目前成功的做法是鼓励学生利用游戏软件创建在线问卷，然后让其他同学在线考试，看谁能取得较高的分数。通过这种方式既相互竞争，又有很大乐趣。
社交软件当前使用率非常广，新时代的大学生都处于社交网络中，将社交网络应用于课堂教学已成为一个探索方向。例如巴西语言学院开发的“红气球（Red Ballon）”项目，鼓励学生对推特社交软件上喜爱的艺术家进行评论，软件可以对语法错误进行修改，从而提高学生的英语水平。
此外，有很多免费在线学习工具可用于鼓励学生参与课堂教学。老师可以利用这些工具创建流程图、问卷等提高学生参与度。
（五）阶梯式引导――校内校外相结合，校企双导师交叉融合
校内导师具有过硬的专业基础知识，企业导师具备深厚的实操、项目经验。因此，校内导师以教授基础理论知识和模拟操作为主，企业导师负责的单项技能和综合能力训练。
校内导师和企业导师之间均不是纯粹的单向教授，而是需要不断反馈，互相促进，取长补短。企业导师可以根据实际生产情况进行知识延伸和补充，可以让学生在接触生产实际的同时巩固理论知识，加深理解，正所谓读万卷书，行万里路。学校导师可以对技能操作中的重难点进行讲解补充，使学生能够知其然并知其所以然，既了解现象也了解本质。另外，当企业导师无法到学校进行现场教学时，可以通过线上教学手段对实训操作进行讲解和过程控制。构建线上资源库，利用线上、线下混合教学，充分发挥校企双导师制优势，实现优势资源互补，提升教学效果。
三、结束语
新工科的推进需要新的教学方法。本文首先讨论了“苦学”和“乐学”理念的区别，总结了11种快乐学习理念。在此基础上，提出了五种适合新工科的快乐教学方法。这五种教学方法或教学手段能够提高学生的自信和相互协作，能够激发学生的学习兴趣和创造力，能够提高学生的参与度，让他们多思考、多动手和多输出，在参与的过程中学习并得到快乐。
参考文献：
[1] 李培根.工科何以而新[J].高等工程教育研究，2017（4）：1-4.
[2] 谢笑珍.“大工程观”的涵义、本质特征探析[J].高等工程教育研究，2008（3）：35-38.
[3] 李培根.工程教育需要大工程观[J].高等工程教育研究，2011（3）：1-3.
[4] 郝德永.快乐学习：愿景与路径[J].全球教育展望，200，35（7）：7-11.
[5] 熊永红，李莉君，杨明，等.快乐学习与教学――搞笑诺贝尔奖和菠萝科学奖的启迪[J].物理实验，2015，35（5）：12-15.
[6] 祝士明，郭琰.智能教育背景下新工科教学改革：框架设计与实施路径[J].高等工程教育研究，2019（6）：155-161.
[7] 吴琛，麻胜兰，詹金武，等.新工科背景下国家级虚拟仿真实验教学中心的新挑战与教学改革实践探索[J].高等建筑教育，2020，29（6）：22-29.
基金项目：南京工业大学校级教改重点课题“南工大校园智慧交通建设的实践与成效”（20210020）
第一作者简介：卢守峰（1978-），男，汉族，吉林磐石人，博士，教授。研究方向为智能交通。
*通信作者：顾海燕（1988-），女，汉族，江苏靖江人，博士，讲师，交通工程系副主任。研究方向为车路协同。
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