新工科背景下多元互动教学模式研究

胡威 朱丽娟

摘  要：当前高校的教学模式存在诸多弊端，难以适应新工科建设和新时代人才培养的要求，在此背景下，文章将多元互动理论引入教学模式的更新之中，并以电气工程学科为例，分别探讨了多元互动教学模式的内涵、电气学科建设需求以及教师面临的挑战，指出了在新工科建设背景下电气学科教学存在的一些问题，并提供了相应的解决策略与应用建议。

关键词：新工科;多元互动;电气工程;教学模式

中图分类号：G712.3    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2022）11-0087-04

自2012年始，欧美国家先后提出“工业4.0”工业转型升级战略，2017年麻省理工学院启动了“新工程教育转型”方案。为应对世界范围内蓬勃发展的科技变革，2017年以来，教育部推出了一系列的新工科建设战略部署要求，强调我国高等教育要积极推进工程教育变革，以适应新技术、新产品等孕育的新产业发展，最终培育出新时代高质量应用人才。新工科需要新变革。教学是高校人才培养的核心要素，是教师培养人才最直接、最核心的途径。面对新的产业环境，需要改革与创新以往的教学形态。当前，高校的教学模式仍存在教法滞后、单一化的问题，难以培养适应新时代的新产业卓越人才。本研究拟借鉴多元立体互动的教学模式，以电气工程及其自动化专业为例，以全新视角挖掘其在新工科背景下的教学变革模式。

一、新工科建设与多元互动教学模式的内涵

（一）新工科建设的内涵

在新工科中，“新”主要指新兴、新型和新生三类[1]。新兴指以全新面貌出现的新学科，是以新能源、新材料等新技术为表征，进一步深化为以新技术为核心的新产业。新型是在传统学科上的深入、升级、改造以及再加工，进而形成的新学科。新生是以学科交叉与综合为突出特征，通过两个及以上异类学科的交融而形成的新学科。当今电气学科的发展呈现出多种新形态，有基于信息化技术的智能电网专业，属于新型专业;也存在以电气工程学科为主题，融合能源化工、信息技术与管理学等其他学科知识的能源互联网专业[2]，它属于新生专业。我国的新工科建设首先是面向国家重大需求以及产业需要，“一带一路”“中国制造2025”等是实现中华民族伟大复兴的有力举措，根据目标导向与问题导向，高校需要全面发展工程学科与专业，建设制造强国。当前科技飞速发展，新一代信息技术、新能源等新技术与新产业逐渐成为国家经济发展的引领者。面向未来市场呈现的创新周期变短、技术更新加快、发展模式多元的新特质，需要一大批拥有创新创业能力的工程技术人才。新工科建设也是提升新时期国际竞争力，培育自身新优势的重要举措。未来，环境污染问题、资源紧缺问题以及人口老龄化等问题将对人类的生存与发展构成巨大挑战。国际竞争加剧，创新驱动将成为多数国家寻求竞争优势的主要方式，创新的关键是创新人才的培养，加快工程教育改革，培养具有敢于创新、善于创新的人才，对应对竞争具有重要的战略意义。新工科建设要求用超前眼光预测未来的科技发展动态与产业发展需求，要更加关注本学科的前沿知识与学科交叉融合领域。高校应依据所在学科产业发展需求，结合自身的定位，统筹考虑待发展专业的各种教育和研究资源，规划设置新工科专业，在坚持社会主义办学方向，立德树人的教育根本任务大政方针下，培养德才兼备、全面发展以及与时俱进的工程技术人才。

（二）多元互动教学模式的内涵

多元互动的元是指要素，它涉及教与学的各种相关因素。多元互动教学模式含义为在教学实施过程中师生互动、生生互动、人机互动以及其他多种方式综合的立体、多维、系统的良性互动形式[3-4]。教师在多元互动中扮演着设计者与引导者的角色，教师要提前做好学科调研，理清楚学科架构、特点以及教学要素，积极利用各要素间的关系，以帮助学生更好地获取知识为目标，形成全方位、多层次的立体互动。学生是教学互动的参与者，并且能够发挥自身的主观能动性。多元互动实现了师生、生生之间的思想碰撞与交流、质疑与争辩，可以让参与者不断在学习过程中提升对知识的理解与掌握度。在信息发展多元化，文化包容开放的时代背景下，单一维度的教学模式与学生的全面发展诉求相悖，多维立体化的教学模式能够促进教学统一、输导协调、知行合一，有助于电气工程学科在新时代背景下的人才培养。

二、多元互动是发展新工科背景下电气学科的必要方法

电能不但在人们的日常生活与工作中扮演着重要角色，而且也影响着国民经济的各个部分。一般工科院校大都设置电气工程及其自动化专业，电气学科是强弱电结合的学科，同时涉及了网络与自动化專业。由于几乎所有的制造类企业都认为电气专业不可或缺，因此本专业就业前景良好。但当今电气工程学科受自身特点限制，实验与实践所需硬件设施投资较大，且电气专业学生长期囿于理论学习等，这些因素阻碍了新工科背景下电气学科的发展，建立基于多元互动理论的电气教学模式是必要之举。

（一）学生学习主动化需要

电气学科理论较多，比如电路与自动控制原理等课程;内容较为抽象，如电机学中变压器与交直流电机的工作原理;课程动手操作较为简单，如电力系统与继电保护学科，教师基本上按照授课大纲，定期安排学生实验，学生很难从实验本身体验到专业知识内在逻辑，难以形成结合实际的工程素养。复杂枯燥的教学模式进一步压制了学生学习的兴趣，甚至是学好专业课的信心。很多教师表示在学生刚入学时，还对专业基础课学习激情满怀，但后面随着知识深度的加深，学生在学习过程中困惑增多，教师在授课时由于受制于教学大纲的安排，一直保持着固有的教学进度授课，致使学生逐渐失去了学习的耐心与信心，甚至很多学生的学习主动性大幅衰减，一些学生自暴自弃，在课堂上开始睡觉、玩手机，尽管授课教师利用惩戒方法训斥，难以达到良好效果。

多元互动教学模式强调学生的学习要以主动学习为主，充分利用与发挥学生自身的主观能动性，教师在教学层面要启发与调动学生的积极主动性，可根据学习成效金字塔理论，引导学生参与小组讨论学习、做中学学习以及学以致用的学习方式变革，这种方法从本质上是一种生生互动、知行互动的模式，可有效提升学生的学习效率、培养学习兴趣。因此，从增强学生学习主动性维度上讲，以多元互动教学模式变革电气传统教学模式是必要的。

（二）学科交叉多元化需要

当今，各行业已逐渐与人工智能深度融合，使得人才培养目标向智能化转变。“人工智能+新工科”的发展理念也已深入电气学科的创新，人工智能技术利用其在数据处理方面的强大能力，将改变能源传统的利用模式，推动能源革命。目前深度学习技术已成功应用于新能源出力以及负荷预测、电力系统的安全稳定运行以及电力设备的故障诊断等方面，并且一些学者利用人工智能、大数据技术，开始在网络安全、防护等方面进行了初步探索。在一些复杂的不确定场景下，数据驱动替代了传统的数据建模方法，发挥了重要作用。另外，电力系统与热力、燃气系统耦合度增大，形成了能源互联网;在2020年习近平总书记为应对气候变化，贯彻绿色低碳高质的发展理念，提出了“双碳”的战略目标，因此未来电力系统架构中风电、光伏等可再生能源将会扮演重要角色;可再生能源由于具有天然的间歇性、波动性特征，给电力系统的安全稳定运行带来了一定的冲击，用于促进可再生能源消纳的储能系统势必成为电力领域不可缺少的设备。

从上述分析可以看出，电气学科正在以前所未有速度发生着重大的变革。但大学教师历经多年的教学，已形成了自己独有的教学风格，知识更新换代意识敏感度不高，依旧停留在自己以往掌握的固有知识体系中。教师要更新传统的认知思维，接受学科互动模式，抓紧充电，拓展知识结构，在教学中及时了解当前学科的最新前沿技术以及新的发展理念，自我革命，淘汰掉以往陈旧、过时的知识模块。因此，从学科交叉多元化角度分析，推进电气学科的教学模式改革势在必行。

（三）授课方式多样化需要

在传统的电气教学模式中，往往采用教师主动教、学生被动学的二元结构，教师机械性地告知学生是非对错，缺乏对教学效果的关注。电气学科基础课程与专业课程的教师互动性较差，衔接性不足，大家各自为政，忽视了不同教学内容的交叉、重合，冗余的授课浪费了宝贵的课堂时间。授课场地主要集中在教室与实验室，由于一直处于学校的封闭环境，实践能力与工程管理能力欠缺。产教互动、校企互动不足，学生的企业锻炼实践学时太少，主要时间大多安排在大四学年，但这个阶段学生面临着找工作，准备笔试、面试，准备毕业设计等各项事情，学生的实践效果并不理想。

近年来，随着多媒体和网络技术的发展，网络化的教学模式出现，例如雨课堂、钉钉课堂与中国MOOC等。尤其是自2019年底以来，受新冠肺炎疫情的影响，网络平台教学在一段时间内成为全国各大高校授课的主要平台，发挥着重要作用。网络授课属于广义的人机互动教学模式，优势是学生有较大的自主性，可以随时随地的选择自己要学习的内容，对不理解的内容可暂停和回放，这种教学模式可与传统课堂相融合，实现优势互动的教学效果。因此，从授课方式多样化视角看，多元互动教学模式变革电气传统教学模式是必要的。

三、多元互动教学模式对电气学科教师提出的挑战

创新教育需要教育的创新。传统的教学模式需要创新才能更好适应现代教育的需求。将多元互动理论应用于电气学科教学，能更好地顺应国家对新学科建设的要求。教学方式的变革必然会对教师队伍的核心素养提出挑战。

（一）引入积极心理学理论，增加师生的上课兴趣与热情

传统电气学科教学着重强调学生对电气知识的掌握和认知能力养成，经常忽视学生的身心发展规律。人的内在心态在一定程度上左右着自身才智的发挥，中国古代就有许多描述人的心态与潜能关系的典故，例如“哀莫大于心死”“四面楚歌”等等。马克思主义哲学在肯定物质决定意识的前提下，也阐述了主观能动性在人民改造世界中的重要作用。文献指出调动人民的积极性不但要坚持物质鼓励，而且要坚持精神鼓励[5]。这些论述无疑与美国当代著名的心理学家马丁·塞里格曼提出的积极心理学理论是一致的[6]。将积极心理学应用于电气教学，可发挥心理学学科对电气学科教学的良性推动作用。积极心理学认为可以利用积极的人格特质调整人的心理状态，当人受挫或环境发生变化时，能够采取积极的方式去应对。

由于电气学科自身知识面广，而且许多专业课程涉及高等数学、线性代数等复杂公式的推导，再加上电磁场自身具有“看不见，摸不着”的抽象特征，要想掌握好本门学科是有难度的。电气教师在教学中，要充分利用积极心理学的有关理论知识，时刻关注学生的心理变化，及时捕捉学生对知识的主动接受程度。例如，当学生能够认真思考并积极回答教师提出的思考问题，说明学生的积极性比较高。教师授课前，要用心設计好一些有趣的素材，比如一些问题或与所授知识息息相关、高度融合的生活知识，以此增加学生的上课乐趣。教师在授课中，可以适时地引入Flash动画、电气设备的实际运作短视频等调动学生的积极性。在讲授复杂的抽象知识时，教师应尽量放慢上课节奏，用积极语言去鼓励学生学习的信心，提高他们的耐挫能力。课后，对复杂不易理解的内容，教师在布置作业时先初步挑选一些简单的习题，以呵护与增加学生的自信心。

（二）更新知识体系，实现传统知识与新知识的结构整合

近年来，科技迅猛发展，知识迭代更新加速。党的十八大报告指出，应“完善终身教育体系，建设学习型社会”。教师作为先进知识和文化的传播者，更应该加强自身专业素养的学习。随着信息技术与传统电网的融合，电力行业逐渐形成了发展智能电网的共识，并且开始推进相关产业。为了解决化石能源受限和环境污染问题，大力发展风电、光伏等可再生能源成为电气部门的共识。为了提升可再生能源并网后的电能质量，发展具备快速充放电特性储能系统是电力产业的不二选择。

为了进一步促进能源的利用效率，相关部门提出建设由电、气、热等多种能源耦合的能源互联网产业。针对电气学科的发展变化，教师的教学模式也需要与时俱进，否则，很难培养出与时代接轨的新兴产业人才，难以培养综合性创新人才。因此，电气教师要利用业余时间或假期时间及时学习补充人工智能、物联网、数据挖掘以及新能源产业知识，更新自己的产业结构。只有这样，才能践行“给学生一碗水，教师要有一桶水”的教育理念，才具备为国家培育优质人才的知识储备。

（三）坚持结果导向，提升学生的应用能力和创造力

新工科建设不仅重视新知识的建构，而且重视应用知识能力和创新能力的培养。传统“满堂灌”的教学模式对应用型创新人才的培养力度不够，难以适应新工科建设的需求。近几年，一些高校将遵循结果为导向的OBE教育理念融入教学改革中[7]。OBE理念强调以学生为主体，持续跟进学生的学习成果，通过反馈，反向设计教学体系，形成不断完善教学的闭环系统。将OBE理念应用到电气学科教学模式改革中，要求教师考虑学院电气学科自身情况的培养目标，进行企业调研，清楚社会需求，通过多种教学方式，如小组讨论、翻转课堂等，努力打造“金课”，帮助学生锤炼专业素养，让学生学会独立思考，拥有批判性思维，培养善于发现、解决问题且有创新能力的时代新人。另外，教研室要积极拓展与外界的联系，加强校企合作的深度，建立联合培养机制，使学生知行合一、学以致用，在应用中让学识转化成生产力，把切实解决现实工程项目问题作为最终的教育目的。同时，高校可引入多元化考核标准，让平时表现、期末考试成绩、能力展现和创新创意等参与到学生的评价和考核中。

四、结语

新工科建设与“双创”背景下，教育创新势在必行，传统的教学模式需要革新才能更好融入现代教育的发展潮流。教学自身是一个系统性工程，只有充分发挥师生互动、生生互动、人机互动以及其他形式的多元互动整体效应，才能更好地培育出时代新人。当前科技迅速发展，电气学科教师需要更新自己的知识体系，及时地学习新的教育理念，引进吸收消化其他学科的优秀成果，才能更好地为电气教学服务。

参考文献：

[1] 林健. 面向未来的中国新工科建设[J]. 清华大学教育研究，2017，38（02）：26-35.

[2] 朱桂萍，林今，孙宏斌，等. 面向能源互联网的电气工程本科教学体系改革与实践[J]. 中国电机工程学报，2020，40（13）： 63-72.

[3] 张荆红. 论多元互动教学模式在政治学原理课程中的应用[J]. 长江大学学报（社会科学版），2007（S1）：49-52.

[4] 施斌. 论多元互动教学模式[J]. 湖北广播电视大学学报，2004（04）：8-11.

[5] 时树菁. 试论邓小平调动人民群众积极性思想[J]. 毛泽东思想研究，2002（04）：45-47.

[6] 章世钦. 积极心理学：一种新的学校心理健康教育理念[J]. 中国商界（下半月），2009（01）：337.

[7] 周洪波，周平. 基于OBE理念的高校教学模式改革研究[J]. 中国成人教育，2018（04）：92-94.

（荐稿人：张新燕，新疆大学教授）

基金项目：自治区自然科学基金项目“基于深度学习理论的源荷功率短期概率预测方法研究”（项目编号：2022D01C355）;新疆理工学院优秀课程建设校级项目“《数据庫原理》课程教学改革方法探索”（项目编号：PT-2020019）。

作者简介：胡威（1987—），男，硕士，新疆理工学院机电工程学院讲师，研究方向为新能源源荷预测与柔性并网技术;朱丽娟（1987—），女，硕士，新疆理工学院信息工程学院讲师，研究方向为自然语言处理。