新工科背景下互动教学方法体系的构建＊

（南通理工学院 机械工程学院，江苏 南通 226002）

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，2017 年以来，教育部积极推进新工科建设，对中国高等教育中体量规模最大的本科教育提出了更高的人才培养质量要求。教学活动是实现人才培养、教育教学目标及社会价值的主要活动之一，教师需采用先进的教学理念和合理的教学方法，使学生具备扎实的专业素养和过硬的本领，同时注重提高学生的创新精神、实践能力和社会责任感。

新工科需要新方法。以“教师讲授为主”的传统教学方法，在实施过程中，师生互动偏少，难以激发学生独立思考问题、解决问题和不断创新的意识，不利于学生未来的可持续发展。因此，探索和建立有效的基于“师生互动”的教学方法体系有一定的现实意义。以新工科背景下机械设计制造及其自动化传统专业的教学为例，对师生互动教学方法体系的构建进一步说明。

1 新工科的内涵及对教学方法的要求

新工科有两种解释，即新兴的工科专业和传统工科专业的新阶段。新工科，“工科”是本质，关键是“新”，其内涵体现在五个“新”，即新理念、新结构、新模式、新质量和新体系[1]。顾佩华提出了高校新工科建设和教育改革的基本内容，即新理念、新模式、新方法、新内容和新质量，认为可以通过这五个方面来构建新工科专业或改造现有专业，培养适应新经济发展和区域社会需求的技术人才[2]。

在新的工程教育理念和模式下，还需要创新工程教育的教学方法和手段，构建新的教学方法体系。根据人才培养目标和课程体系，有效地组织教学过程，采取可靠的保障措施满足教学活动，提高学习效果，提升培养质量。

笔者认为，新的教学方法体系的构建来自两个方面的要求：①内因。传统的教学方法体系已经不能适应新工科发展所带来的新知识和能力的要求，如人工智能、3D 打印、虚拟现实等，教师的“一言堂”显然不利于新知识的传授。②外因。新技术带来的生活学习方式也在快速变化，学生们更喜欢成果导向学习方式，喜欢不受空间和时间限制的学习方式，倒逼教师授课时不断采用新的教学方法，如体验式学习、项目式学习、互动式学习等，并准备大量教学资源。

合理的师生互动教学方法体系，正是基于上述内外两方面因素提出的，是适应新工科教学的途径之一。师生互动的教学方法体系通常可以理解为为达到具体教学目标，以师生互动为主要手段，将教师的教学设计、教学准备、教学组织、学生学习、讨论沟通、教学效果及评价等按照教学规律和秩序完成的整个教学全过程。

2 师生互动的教学方法体系构建的原则

强化师生互动，提高接受新知识的能力，构建师生互动式的教学方法体系时应遵循以下原则。

2.1 科学性与思想性相结合的原则

互动式教学遵循教学基本规律，教师的首要任务是确定教学目标，达成教学目标是一切教学活动的出发点和归宿。学生需有主动认知的意愿，明确自身学习目的，并为此付诸实践。另外，在互动过程中，增加工科学生的价值感和使命感，培养中国工程师的家国情怀。

2.2 理论联系实际的原则

新工科所涉及的新内容区别于传统教学内容，具有很强的应用性，光有理论而没有实践就会降低教学效果。教师根据教学目标，以实际案例为切入点，组织学生开展互动，这种互动不局限于课堂，应提前提供案例，引导学生分析、查找资料，组织学生研究、讨论，提出解决问题的方案，使学生掌握有关知识，培养学生运用知识独立或团队合作解决实际问题的能力。

2.3 知识的系统性与认知的循序渐进相结合的原则

新经济时代，适应未来经济社会发展的新工科人才，需具备学科专业知识跨界融合的能力，好的互动教学方法应当有利于在知识传授过程中，帮助学生建立专业节点获信息源的关联。如讲增材制造（3D 打印）时，学生需不断回顾补充学过的传统机械加工方式，完善知识系统，合理衔接已掌握的知识和新知识，实现通过一种学习促进另一种学习的“正迁移”。

2.4 学生个性化与主体性培养原则

新工科培养的是“人”，未来的工程活动更关注“人”的需求，因此，互动教学需要发挥学生的个性化需求。教师有义务和责任引导学生认识到他们自身是学习的主体，要教会学生如何进行自主学习，对学习过程进行规划、组织、自我管理、自我评价，学习过程中应发散思维，富有创新意识。

3 师生互动的教学方法体系构建过程

互动式教学方法体系构建的过程可以分为三个阶段：教学目标的确立、师生互动式教学策略应用、互动式教学效果评价。

3.1 教学目标的确立

教学目标是整个教学过程的灵魂，教学方法的选择和应用应以高效实现教学目标为宗旨。教师需对教学内容合理规划、有序分类，将抽象的、总体的教学要求细化为明确且可操作性强的具体教学目标，包括知识、能力、素质等方面。例如“液压与气压传动”课程是机械专业的技术基础课程，在掌握液压与气动基本原理的基础上，会使用常用的功能元件、会分析典型的回路、会搭建常见的传动系统是该课程的教学目标。

3.2 师生互动的教学策略应用

互动式教学的主要目的是如何建立良好的师生互动关系，并突出“教师主导、学生主体地位”，去教师中心化，要将传统的“教师动、学生不动（懒得动）”的状态变成“教师动→学生动→教师跟着学生动、学生跟着教师动”，培养学生的学习能力，提高教师的教学组织能力，从而不断优化教学效果。

实现师生互动的策略有多种，教师可以根据教学目标、课程特点、学生的学情等因素合理选择。可采用的策略包括提问、讨论、角色扮演、案例教学、合作学习等[3-4]。可以使用一种策略，也可以多种策略结合使用。例如对于“液压与气压传动”课程，各种抽象的图形符号已经无法刺激学生的求知欲，加之先前经历过“工程图学”课程的煎熬，学生信心一次次受到打击，因此，再用书本上典型原理图分析工作过程已经不合适。可以通过人工智能设备的控制来进行案例教学，比如“吉他机器人”，通过程序控制机器人手指的气压传动。不仅增强了工科学生的学习兴趣，而且对气压元件的功能、选型及系统的搭建都有了较为深入的认识。

合作学习也是师生互动教学的有效方法[5]。独学而无友，则孤陋寡闻。“工程图学”是工程技术界的语言，需要很强的空间想象力。当然，合适的教学方法也许能弥补部分工程想象力缺乏的遗憾，除了用三维辅助设计的方法弥补外，对于尚未接触过三维设计的学生，合作学习也是一种可靠方法。可以建立合作小组，共同完成每一次课后任务，也可以在小组内由学生出题，同组其他学生解题。能出题的学生至少说明他自己已经掌握了知识点，这既是对自己的学习负责，也要是对别人的学习负责。

3.3 互动式教学策略应用效果评价

互动式教学策略应用效果主要通过检验学生的实际学习效果、对学习成果进行评价，属于成果导向，可采用过程性评价和总结性评价相结合的方式。过程性评价侧重考查学生在学习过程中的学习态度、互动学习行为、学习目标达成度、能力展现及阶段学习成果。总结性评价是在课程教学结束时检验学生对课程教学目标的达成度。

4 师生互动的教学方法体系构建的保障

新工科的“新”体现在教学内容和教学方法的“新”，新方法为新素养、新知识、新质量提供支撑，构建师生互动的教学方法体系离不开管理机制的运行和优质资源的配置。

4.1 教学内容与教学方法手段的持续更新机制

新产业革命的到来和新经济的快速发展，需要将学科专业的前沿、发展、对工程技术人才的新要求引入课程，不断更新教学内容，不断丰富教学方法，建立教学内容与教学方法手段的持续更新机制。高校应制订激励政策和评价机制，鼓励教师将学科前沿知识、新的工程科技成果引入课程，鼓励以3D 网络环境、增强现实与虚拟现实、人工智能等信息技术为支撑的更具交互性、智能化和个性化的教学方式和手段，在课程评优和教师评职中给予加分，保障教学内容与教学方法手段的持续更新[6]。

4.2 教材及教辅等优质资源的建设

教材及教辅资源是教师开展教学活动的基本素材，是新知识的载体，对顺利开展互动式教学、为学生提供优秀且适合的教材尤为重要。教材及教辅资源的建设应考虑产业链、创新链及前沿学科知识的交叉，将工科的新技术引入教材及教辅，不能“用昨天的技术教明天的学生”，建设好MOOC、SPOC 等线上课程和虚拟仿真实验教学平台，将机械工程领域最新的发展、最新的科研成果及时补充进资源库，优质的课程资源有助于学生开展自主学习、探究学习，有助于在实施互动式教学时激发学生创新意识、开阔解决实际问题的思路，为更好地开展互动式教学提供基础保障。

4.3 教学管理机制的人性化改善

制订教学管理机制是为了使教师和学生遵守规章制度，保证教学工作良好运行。但管理是为了发展，教学管理机制不可一成不变。互动式教学与传统教学模式有较大不同，实施过程中，会出现各种矛盾。针对矛盾，学校在科学管理的指导思想下，使教学管理制度更加人性化、民主化，尊重和信任教师，给予教师更多的自主权，并创造条件支持教师开展互动教学，提供必要的软件、硬件支持，对于教师积极开展教学改革和创新有积极作用，帮助教师树立正确的教育价值观和“以生为本”的教学理念。

5 师生互动教学体系有效性评价

师生互动教学体系的构建是否有效，反映在人才的培养质量方面，但归根结底反映在每门课程的评价结果方面。具体可以从以下几个方面进行评价。

5.1 是否适用于施教内容及受教对象

随着科学技术和工程的发展与进步、教育进步和社会发展，新的方法将会动态出现，支持师生互动教学的途径将更多。开展互动式教学时，教师应针对教学内容进行教学设计，这种教学设计能引起大部分学生的共鸣，能在他们的头脑中产生新的问题或者新的思考，引导学生建立问题空间及其相互的关联，从而促进学生主动地去寻找相关的学习材料，进行深入探究和学习。培养学生的关联力也是新工科人才的主要能力[7]。此外，教师的任务是通过互动式教学尊重学生、启发学生。教师可以设计若干个任务或过程性、阶段性考核了解学生对所授内容的掌握、理解情况，通过任务完成情况及考核情况反馈互动式教学的有效性。

例如，讲增材制造（3D 打印）时，可以让学生联系数控技术、材料成形技术、三维建模技术。机械专业的课程实践性很强，通过师生线上线下的互动可以了解学习效果进而完成阶段考核。

5.2 教学目标完成的效率

师生互动的教学效果取决于课程的教学目标完成情况。在开展互动式教学时，利用教育新技术并结合优质教学资源，有可能会出现课堂上搞得轰轰烈烈，但课后学生认为没有真正学到该学的知识或技能的情况，导致教学效率低。有效的教学方法体系应在既定的时间内实现教学目标，师生在花费合理的时间、精力基础上完成规定的教学任务，有效激发学生的学习潜能，使学生的专业知识、能力和素质等都能得到有效提高。

例如，“工程力学”课程包括“静力学”和“材料力学”两部分，知识点较多，系统性很强，在有限的学时内，只有不间断检验学习效果，才能不断夯实基础，继续深入学习。

5.3 是否达到育人的目的

新工科的人才不仅要能适应未来的经济社会发展，甚至能引领未来工程发展。当然，未来的工程人才还应该“德行兼备”。具体讲，机械专业的学生除了掌握机械专业的知识和技能外，教会学生掌握终身学习的本领，还应该在师生互动中，使学生养成崇高的道德品质，爱国爱岗，树立“机械报国、大国工匠”的远大志向，具备健康的身心素质和对人类社会有强烈的责任感。

6 小结

“教学有法、教无定法、贵在得法”，新工科要体现教育教学的新方法，构建师生互动的教学方法体系，对教师而言，其核心不仅是传道受业，而是作为学习的组织者、学生学习的引导者和思想情感的交流者，把学生学习的积极性、主动性充分调动起来，去教师中心化，以学生为中心，引导学生高效学习新知识，促进学生知识、能力和素质的提高，达到新工科人才的新素养要求。