费曼学习理念应用于高分子材料课程的教学改革探索

何一燕，窦 强，李延报

（南京工业大学 材料科学与工程学院，南京 211816）

教育部在2019 年发布了《关于一流本科课程建设的实施意见》（教高〔2019〕8 号）[1]，强调引领一流本科课程建设的新理念，确立学生中心、产出导向、持续改进的理念，提升课程的高阶性，突出课程的创新性，增加课程的挑战度。旨在创新教学方法以提高教学效果，并加强课堂设计，解决如何进行优质教学的问题，避免简单地传授知识，忽视能力和素质培养。政策强调师生互动和学生间互动的重要性，解决培养创新性和批判性思维的问题，避免教师单向灌输、学生被动接受的现象。政策旨在建设一流本科课程以培养应用型人才。南京工业大学高分子材料与工程专业于2020 年获批国家级一流本科专业建设点。在此契机下，以一流本科课程建设为中心，明确课程改革方向，并通过深化课堂教学改革和创新，不断夯实一流本科课程的建设基础。本文借助思维导图软件，运用费曼学习理念，对高分子材料课程进行教学改革，探讨如何提高学生的自主学习能力，如何提高课程教学效果。

一 高分子材料课程特点与教学目标

高分子材料是高分子材料与工程专业的一门核心基础课程，涵盖了塑料、橡胶、纤维、涂料和胶黏剂等内容，同时也考虑了它们与环境之间的关系。这门课程展示了高分子材料领域的发展历程和研究进展，为从事高分子材料研究、开发、设计等工作提供了必要的理论基础。既具备理论性，又具备工程应用性，对于培养学生全面的理论知识和工程实践能力至关重要。课程旨在通过讲授常用高分子材料的合成与制备、结构与性能、加工与应用，以及材料发展动态等内容，帮助学生全面了解高分子材料的制备方法、结构性能和主要应用领域。重点培养学生理解高分子材料微观结构与宏观使用性能之间关系的能力，从高分子链结构的角度分析材料性能和应用特点。学生将能根据具体情况选择合适的材料和设计配方，并能合理分析和应用新材料、新产品、新技术等新兴发展领域。通过该课程的学习，学生将成为专业基础知识扎实、具备强大工程应用能力的高级应用型工程技术人才，更好地服务区域经济社会发展。目前该课程教学过程普遍存在以下三个方面的问题：一是教学内容丰富，但教学课时有限；二是课程内容庞杂，且概念多、知识点零碎；三是教学方法与模式陈旧，缺乏系统性思维。面向高分子材料与工程专业的高分子材料课程仍多以教师为中心，以传统讲授式课堂教学模式开展教学。

二 思维导图辅助的费曼学习理念

费曼学习理念[2]是一种学习和掌握知识的方法，以物理学家、诺贝尔奖得主理查德·菲利普斯·费曼（Richard Phillips Feynman）的名字命名。费曼学习理念（图1）强调主动学习，通过主动思考和提问来深入理解知识。注重通过教学的方式来检查、加深对知识的理解。当发现知识缺陷时，费曼学习理念鼓励学习者填补这些缺陷，并不断追求完善。最后，通过反馈和修正，不断改进学习过程和理解水平。这些原则相互关联，共同构成费曼学习理念的核心思想。费曼学习理念[3]和思维导图[4]是两种不同但可以相互配合的学习工具[5-6]，都可以帮助学习者更好地理解和组织知识。在费曼学习理念中，可使用文字、口头表达或者图示等方式来组织和展示学习者对知识的理解。思维导图作为一个很好的可视化辅助工具，可用于组织和展示思维的结构和关系。它以中心主题为核心，通过分支的方式展开相关的概念、观点、细节。思维导图可以帮助学习者将复杂的知识结构化、连贯化，并将其呈现为清晰、有序的图形。通过构建思维导图，学习者可以更好地理解知识的框架和关系，同时也可以帮助记忆和回顾所学内容。即费曼学习理念通过教学加深对知识的理解，而思维导图则用于组织和展示知识的结构和关系。结合使用可帮助学习者更好地理解、整理、表达和回顾所学内容。

图1 费曼学习理念

三 基于思维导图辅助的费曼学习理念的高分子材料课程教学设计

（一）阐述学习目标

明确课程的学习目标，如学习高分子材料中热塑性通用塑料的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的合成方法、结构与性能、改性及其应用等，又如聚四氟乙烯（PTFE）的聚合方法、结构与性能、改性及其成型加工方法等。教师将思维导图形式应用于设计教学板书，通过标题、中心主题、主要分支和子分支等，搭建起学习目标的基本脉络框架。

（二）引入关键主题

如从高分子链结构角度来分析材料性能及应用特点的主题。通过讲解、示例、对比和实验等方式，激发学生的兴趣，并建立起对高分子材料的微观结构与宏观使用性能之间关系的基础认知。

（三）分阶段学习

将上述学习目标细分为不同的阶段目标、主题。在每个阶段目标、主题中，教师可以使用费曼学习理念的第二步：深入学习和理解目标、主题。教师可以通过课堂讲解、案例分析、播放实验演示视频等方式向学生讲授相关知识，并引导学生深入思考和提出问题。

（四）学生解释与表达

在费曼学习理念的第二步中，学生被要求以简单明了的语言解释给别人。教师可以组织学生小组活动，让学生通过口头表达、绘图等方式向小组成员解释所学知识点，增强课堂上师生、生生互动，并检验和加深对知识点的理解。

（五）思维导图和知识结构梳理

在费曼学习理念的第三步中，思维导图作为一个很好的辅助工具，能帮助学生组织和展示他们的解释。学生可以以中心主题为核心，通过分支添加相关的概念、制备方法、结构、性质、改性和应用等，构建起高分子材料的知识框架，有助于学生将复杂的知识结构化、可视化，并提高记忆效果。在此过程中，不断回顾和检查是否有遗漏的内容或者需要进一步细化的部分。可以添加额外的分支、调整关系和补充细节，以使思维导图更完善和全面。

思维导图是思维训练的有效工具，凡是课堂上的思考都可以借助它进行呈现。在某些教学环节有机渗透思维导图元素，对于教学的开展会起到意想不到的促进效果。如利用思维导图软件XMind，如将课程内容涉及的故事时间线，聚碳酸酯材料结构与性能的相互关系，或各个主要性能之间的关联等逻辑关系，以清晰的、便于理解的形式呈现在PPT 课件中，有利于学生理解掌握。学生在课后小结或者复习时，思维导图也能梳理和建立各个知识点之间的逻辑关系。

（六）实践项目和案例研究

费曼学习理念强调实践和应用，教师可以设计实践项目和案例研究，让学生将所学的高分子材料知识应用到实际问题中。学生可以研究和分析真实的高分子材料应用案例，提高学生理论联系实际的问题解决能力。

基于费曼学习理念的教学模式下，翻转课堂是一种常用的教学方法。在教学活动中设定翻转课堂的切入点，引导学生通过翻转课堂等方式参与到课程推进中来，调动学生参与课堂和学习的积极性，使学生转变为教学的中心和主体。教师则成为课程学习的推动者，帮助学生去经历知识的发现与建构过程。在高分子材料课程的教学中，如高分子材料中塑料部分的知识点是通用工程塑料和特种工程塑料进行分类架构的，教师的课堂教学围绕“高分子材料-结构与性能的关系-应用及改性”而展开。此时，学生获得的知识点是相对孤立的。教师可以设计问题、案例研究或小组讨论等互动活动，促进学生的思考和合作。如从应用场景出发设计案例问题，供学生分组调研学习。因此，在课堂结束后，通过翻转课堂，学生继续巩固和扩展所学的概念。再次运用费曼学习理念，重新学习、重新思考，从应用场景的角度出发，学生可以将课堂上讨论的内容进行整理和概括，如重新梳理材料结构与性能的关系，以加深理解并检验自己对知识的掌握。学生的翻转课堂与教师的课堂教学相向而行，“双向奔赴”，实现帮助学生重构和内化知识网络体系的教学目标。

基于费曼学习理念的翻转课堂的优势在于：学生可以使用费曼学习理念的原则，将预习内容或已学内容简化、概括并以自己的话进行解释，以确保对所学知识的理解；课堂上的互动和讨论可以促进学生深入思考、解决问题和应用知识；学生在独立学习和课堂互动中都能够运用费曼学习理念，巩固和加深对知识的理解。然而，要成功实施基于费曼学习理念的翻转课堂，教师需要精心策划和组织课堂活动，提供适当的资源和指导，并确保学生在预习和课堂互动中得到支持和反馈。

（七）反馈和评估

在基于费曼学习理念的教学方式下，反馈和评估起着重要的作用，以帮助学生深化理解和改进学习。第一，在学生进行预习、课堂互动、概念强化阶段，教师应提供及时的反馈。这些反馈应具体明确，指出学生理解的不足或错误，并提供指导和建议，帮助他们纠正错误并改进理解。第二，费曼学习理念鼓励学生不断自我反思和评估自己的学习。学生可以运用费曼学习理念的原则，尝试以简单和清晰的方式解释和阐述所学知识，然后与教师或同伴进行交流和讨论，从中获取反馈和改进自己的理解。第三，基于费曼学习理念的教学模式强调学生之间的互动和合作。教师可以设计小组讨论和合作项目，让学生相互解释和讨论所学内容，并提供反馈。同伴之间的反馈可以帮助学生从不同的角度理解和思考问题。第四，教师在基于费曼学习理念的教学模式下扮演着引导者和辅助者的角色。教师应密切关注学生的表现和理解，并提供指导和支持。评估可以是形式化的，例如测验或项目评估，也可以是非正式的，例如教师的观察和对话。评估应关注学生的理解程度、应用能力、问题解决能力。此外，基于费曼学习理念的教学模式是一个循环的过程。学生在反馈和评估中了解自己的不足，并努力改进。教师也应通过持续的反馈和评估，了解学生的进展，并根据需要进行教学调整和改进。总之，基于费曼学习理念的教学模式下反馈和评估应着重于学生的理解、应用和问题解决能力的发展。及时、具体的反馈和多元化的评估方法可以帮助学生改进自己的问题，并促进深层次的理解和能力的提升。

传统教学方式通常是教师为中心的，教师将知识直接传授给学生，学生被视为被动的知识接受者；而基于费曼学习理念的教学方式强调将复杂的概念简化和概括，以帮助学生更好地理解和应用知识。传统教学方式可能使用专业术语和复杂语言来解释概念，这可能使学生难以理解和应用所学知识；而费曼学习理念鼓励使用简单、通俗易懂的语言来解释复杂概念，使学生更容易理解和应用所学的内容。在传统教学中，教师扮演着主导角色，负责组织教学活动、解答问题、评估学生；基于费曼学习理念的教学方式倾向于将学生置于主导地位，鼓励学生提出问题、思考和发现，教师则充当指导者和辅助者的角色。传统教学方式通常侧重于学生记忆和应试技巧，强调对事实和概念的被动接受和记忆，而缺乏对理解和应用的深入思考；费曼学习理念强调学生理解和应用知识的重要性，通过解释和讲述来加深对概念的理解，并通过解决问题和实践来应用所学的知识。

基于费曼学习理念的教学方式鼓励学生主动参与和思考，促进深层次的理解和应用能力的发展，与传统教学方式相比，它更加注重学生的学习体验和自主学习能力的培养。当下大学课堂的学习者主要为“00 后”，这是一代在校外培训机构蓬勃发展的形势下成长起来的学生，有调查显示，“00 后”参加课外辅导班的时间是“90后”的3 倍[7]，即当下大学课堂的学习者多是在课外辅导机构干预下进行学习，对教师的依赖性较强，自主的、主动性的学习能力比较差，其学习的积极性需要依靠教师的持续调动。然而传统教学模式多以教师为中心，结合黑板板书和多媒体课件等方式向学习者口头讲授知识。在这种模式下，在生师比大、一对多的课堂上，教师调动学习者的主观能动性的方式方法有限，学习者主要是被动学习。如何调动和培养学习者的主动学习、自主学习能力是高等教育工作者需要面对的重要问题之一。

通过上述基于思维导图辅助的费曼学习理念的高分子材料课程教学模式，有利于调动学生从传统教学方式下的被动学习（听讲→阅读→试听→演示）向自主的主动学习（讨论→实践→教授他人）转变，有利于提高学习内容平均留存率，普遍认为这种转变可将学习内容平均留存率从被动学习的5%～30%提高至主动学习的50%～90%[8]。费曼学习理念是强调知识输出为目标的一种高效的主动学习方法。把思维导图辅助的费曼学习理念应用到高分子材料课程的教学过程当中，能够充分发挥课堂的教学效果，调动学生自主学习的主观能动性，很大程度地提高学生对知识点的掌握情况，夯实学习者进行简化类比、触类旁通、知识输出和灵活应用所学知识的能力。

四 结束语

课堂教学方式对学生自主学习能力的培养和教学效果的影响巨大。通过思维导图辅助的费曼学习理念的教学改革，高分子材料的课堂可以以更有条理和系统的方式开展教学，加深学习者对知识的理解和记忆，同时不断优化和更新思维导图，以便更好地掌握所学内容。课堂教学也可以更加互动和实践导向，有利于培养学生的自主学习能力、问题解决能力和创新思维，提高教学效果。