互动启发式教学在创新人才培养中的应用

摘要：针对大学工科专业抽象思维课程，提出了“互动启发式”教学方法。即对于教学中重点与难点问题，教师首先进行提纲式讲解，再由学生对其中的关键部分进行理论推导，最后，教师进行讲解的互动启发式学习过程。互动启发式教学方法激发了学生的学习热情、调动了学生的思维主动性，提高了学生分析、解决问题的能力，取得了良好的教学效果。

关键词：互动启发式教学；创新型人才培养；教学方法改革

中图分类号：G40-012 文献标志码：A 文章编号：1009-4156（2014）05-111-03

一、互动启发式教学法的提出

教学方法是完成教学任务的有效手段，是教学过程中重要的组成部分，也是我国高等学校教育中教学方法改革的重点。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确提出要加强创新型人才培养，要把提高人才培养质量作为高等教育教学改革的核心要务。互动启发式教学是目前被广泛运用的一种教学方法，在教学改革中占有重要地位。所谓互动启发式教学，就是在教学过程中，将学生作为学习的主体，调动他们学习的主动性，引导他们独立思考、积极探索，从而达到启迪思维、发展智力、提高分析问题和解决问题的能力。

互动启发式教学的核心就是要培养学生独立思考和创新性思维。2007年2月，《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》指出：“要大力推进教学方法改革，提倡启发式教学，注重因材施教。”2010年，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》指出，“创新人才培养模式，注重学思结合。倡导启发式、探究式、讨论式、参与式学习，帮助学生学会学习”。教学方法是完成教学任务的有效手段，是教学过程中重要的组成部分，也是我国高等学校教育改革的重点。在课堂教学中，开发学生潜力，使学生思维活跃起来，并纵深发展。是互动启发式教学的关键。教育工作者对互动启发式教学的方法进行了大量的研究，例如：教师注意提问技巧、创造良好的问题环境，设计出让学生渴望知识的悬念，引出矛盾，诱导学生由疑问到思考；利用背景知识与生活实例、利用新旧知识对比，启发学生学习兴趣；课堂上的提问、反问、自问式启发教学；创造民主和谐的教学气氛，鼓励学生发表不同见解；提高教师自身科学知识与人文知识素养；等等。然而，采用互动启发式教学方法，列于不同的课程、不同学生的专业，有不同的规律。教师应深刻体会启发式教学的内涵，根据课程特点并结合学生实际情况，选择合适的方法开展互动启发式教学活动。

《流体力学》是采矿专业大学三年级设置的一门专业基础课程。与采矿专业开设的其他课程相比，工程流体力学是一门理论性较强的课程。在工程流体力学中，许多定理的建立需要以多元函数的微积分、矢量分析与场论为基础。有些学生学习得不够深入，有的还忘记了，也有部分还没有学习过。由于学生缺少必要的背景知识，简单地套用上述的传统启发教学方法，即由教师提出问题，学生回答，缺乏学生的实际操作尝试，很难达到“不愤不启，不悱不发”临界状态。愤悱不足，则启发失义。结果得到启发的往往只是较少一部分数学基础好的学生，而基础较差的学生，很少能主动响应；加之智力水平及中学教育体制等原因，长期下去，课堂上没有兴奋点，容易造成相当一部分学生提不起精神，最终知难而退。针对上述问题，在长期从事本科生力学教学的实践中，提出了“互动启发式”教学方法。所谓“互动启发式”教学，就是在教学过程中，既承认学生在学习过程中的主体地位，也强调教师在教学中的主导地位。在设置启发问题过程中，对被启发的对象的思维微观过程，施加强烈的影响，以激发学生深入思考的方法。本文介绍互动启发式教学方法原理及其在大学采矿专业流体力学教学中的应用。

二、互动启发式教学法的基本原理与要求

1.互动启发式教学法的原理。互动启发式教学要讲求实效，不能简单地看作“问答交流”的认知活动。而是注重对学生的思维过程加以启发。进行启发式教学，就是在教学时先让学生认真思考，已经思考并且产生一定心得，但还想不通，然后教师可以启发他；虽然思考已有所领会，但不能将所有思考的问题系统地、在一定理论高度上表达出来，此时教师可以开导他，从而达到举一反三的目的。

所谓“互动启发式”，是将要启发的问题分解为多个子问题，给出一般的思路，引导学生进行思考，在学生思考的过程中，针对学生提出的问题加以启发或引导，并要求学生对思考的“过程”提交书面记录，由教师加以讲评并给出评分，记入平时成绩考核的过程中。互动启发式教学具有下述几个基本要素：将设置的问题进行分解，对分解的子问题引导学生进行逐步思考；要求学生对思考的过程进行书面记录，下课后上交，教师进行评分、记入平时成绩，并在下次上课时进行讲评；在学生的思考过程中，教师走下讲台，与学生进行“互动”，即对学生提出的问题适时加以启发。

互动启发式教学方法的要旨是教师将提出的问题转换为一个过程，给学生一个宝贵的独立思考机会。教师的启发以学生的积极思考为前提条件，学生在思考“练习”过程中与教师充分互动。把考察学生的思考过程，变“教师提问题、学生回答”为“学生提问题、教师回答”的互动教学方式。教师对书面练习进行评分、讲评，并记入平时成绩作为学生进行积极思考的外部驱动力，达到在课堂的45分钟内，提高教学效率的目的。因此，互动启发式教学法也可以称为“过程启发式”教学法或“微观启发式”教学法。

“互动启发式”教学的具体实施方法是：在理论学习、定理推导或典型例题的讲解过程中，由教师首先进行纲要式的解析，指出其分析与推导的主要思路并交代相关背景知识，对其中的关键问题设置疑问点，要求学生进行一定时间（5-7分钟）的课堂练习作业，并在练习过程中进行巡查，与学生平等交流、考察学生的思考过程。引导学生由积极思考进入“愤”、“悱”的状态，发现学生遇到的难点。最后，有针对性地进行分析与讲解。简而言之，互动启发式教学是一个“教师提纲式讲解—学生练习与提问一教师再讲解”的课堂教学过程。在这一过程中，提供给学生一个宝贵的独立思考机会，体现了学生真正作为“学习主体”的地位；又创造了一个平等、自由的提问环境，使学生可以毫无顾虑地与教师交流，也便于教师及时发现问题，适时进行“启发”。

2.教学管理方法。在经典的启发式教学中，启发的主要方式是问答，因为提问最能激发学生的思维能力。互动启发式教学将问答改造为一个过程，在这个过程中，通过要求学生进行“课堂练习”作业，创设必要的启发情境。学生的练习实际上是一个有指导的、开卷的、师生可以交流的课堂小型测验，从心理学角度来看，这是一种外界刺激引发内部发生变化的过程，有利于引导学生积极思考，激发学生的求知欲望。也就是说，与传统的教学相比，除了作业，还多了一项学生的课堂练习。另外，也会有部分学生习惯于单纯由教师讲授的教学，不能积极参加到互动启发式教学中来。因此，除了认真做好学校要求的点名制度、课后作业批改制度，笔者对教学的管理方法进行了如下改革。

（1）教学中的“课堂练习”是保证学生积极认真思考以达到渴求知识的“临界”状态，以便于对学生进行适时启发的关键环节。因此，要求对课堂练习作业进行上交、批改，并在下次课上进行讲评。按A、B、C、D四个等级打分并记入平时成绩考核中，这一制度的实行，有利于保证互动启发式教学的实施，是学生投入积极思考的外在动力之一。

（2）坚持认真批改“课堂练习”与课后作业讲评制度，在书面上与学生认真交流。大学教师不可能像中、小学教师那样，有充分的时间与学生在一起交流。因此，批改作业与课堂练习，就成了与学生进行交流的重要渠道。

（3）充分尊重学生、以平等的方式回答学生的任何问题。如果学生感到在讨论问题时很压抑，则互动启发的效果会大打折扣。在回答问题的过程中，坚持以定理、定律、以及科学分析为依据，为学生树立分析问题、解决问题的典范。

（4）在比较复杂的理论推导过程中，板书可以使教师与学生之间知识的传授建立在面对面交流的基础上，让学生有充分机会来审视教师将理论知识“逐步展开”过程。因此，在教学过程中，对于复杂的理论推导，笔者坚持以板书为主、PPT为辅的教学方式，将学生作为参与者，在理论推导过程中与学生充分互动，达到互动启发式教学的目的。

3.提高教师自身素质。对于一门特定的课程，采用互动启发式教学一段时间后，学生会与教师产生更多的交流，随之无论是在课上还是课下，都会提出不同的问题。这些问题多是教学内容的难点，需要复杂的张量分析、场论知识才能解决的。这时，学生多半已对问题有了相当的认识，如果得不到满意的答案，得不到启发的“互动”，就难以进行下去。因此，除了教学方法的提高，教师还要有足够的理论功底来回答启发过程中的问题。也就是说，除了本课程知识之外，还对教师的相关课程知识，如多元函数的微积分、数学物理方法、张量分析与场论等提出了要求。由于流体力学的边界多以场论中的点、线、面、体的拓扑关系为基础，在教学中，还要特别讲明上述相关理论的几何意义，才能使流体力学的问题趋于明了。

为此，笔者在多个流体力学的教学过程中，对流体力学理论以及张量分析与场论、微分几何等相关领域的理论知识不断进行研究。做到对教学课程基本理论知识的精通，每次授课前认真备课，在走上讲台时做到“心中有数”。笔者在取得了良好教学效果的同时，不断进行流体力学教学方法的研究与总结，加强教学方法、教学理论的联系，已发表了三篇关于流体力学教学改革的论文。

三、教学实例

在“流体力学”课程中，流体运动学中的亥姆霍兹速度分解定理在教学中具有重要地位。下面以该定理为教学中的主要研究对象，即速度场的梯度或流场中一点的应变率张量的意义为例，来说明互动启发式教学法的应用。在现有张量分析或场论的参考书中，对标量场梯度的教学、物理与几何意义研究得较充分。而对于向量场的梯度，大都只讲其数学运算意义，即向量场的梯度符合并矢的运算规律，是一个二阶张量，代表了一点的“状态”。这些定义给向量场的梯度增加了许多神秘感，学生很难把握其内涵与外在形象的联系。因此，在教学中，将速度场梯度的数学、物理与几何意义设定为互动启发式教学的问题，并将其分解为标量函数梯度、向量函数梯度两个子问题，作为启发与互动的过程。

1.标量函数的梯度。“高等数学”和“场论”课程中，学生已经学习了标量函数梯度的数学定义以及梯度是函数变化率最大方向的物理意义。教师可首先进行必要的讲解，引导学生逐步回顾起学习过的有关知识，然后给定一个三维空间中的等值面，要求学生进行练习：首先求出给定函数的全微分，再由全微分来确定梯度向量与切线向量之间的几何关系，然后根据等值面、全微分、梯度向量与切线向量之间的几何关系画出标量函数梯度等值面间的几何关系。

在这一练习过程中，教师应观察学生的思考过程，适时加以引导，即由于过一点可以做无限多条曲线，其切线均与此梯度向量垂直。因而，梯度向量是等值面上一点切平面的法线向量。学生练习后应当能画出标量函数梯度的几何意义。经过这一阶段的练习与教师引导，学生的思维被充分地激发，原有的知识被充分调动起来。这时，正是教师引导学生进入第二个子问题的时机。

2.向量函数梯度的数学、物理与几何意义。为加快教学进度，对于向量函数的数学意义，可由教师首先提出：对向量函数的微积分运算就是对其分量函数进行运算。然后要求学生画出上述三个梯度并说明其物理意义。由于前一阶段的准备，一部分学生处于正在努力思考，急于求解而仍搞不通的状态（“愤”）；也有一些学生打开了思路，但苦于不知如何表达（“悱”）。教师应紧密观察学生的思考与练习情况，加以“启”与“发”。学生的思维在得到极大启发的条件下，当教师在黑板上画出一般情况下速度场梯度的几何表示时，学生会与教师充分互动，或者是记笔记，或者是教师一边画、学生一边指点，使知识的学习与理解达到最大化。

四、互动启发式教学法取得的成果

1.研究并建立了“互动启发式”教学方法。采用教师首先进行提纲式讲解，再要求学生对其中的关键部分进行5-7分钟的理论推导练习，最后再由教师进行板书推导与讲解的“教师讲解一学生练习与提问一教师再讲解”互动启发式学习过程，在工程力学专业“流体力学”教学中加以实施。

2.改进教学管理方法，保证互动启发式教学的实施。在“学生练习与提问”这一关键环节，将学生的练习纳入平时成绩的考核评分，由教师进行课后的讲评，在制度上保证学生能够积极进行问题的思考。在理论推导过程中，坚持以板书推导为主、PPT讲授为辅的教学方法。

3.深入学习了张量分析、微分几何等理论知识，撰写了《张量分析与场论基础》和《张量微分学与曲线张量》，三本力学专业《流体力学》课程教材共计几十万字的背课笔记。高质量地回答学生提出的问题，保证了学生对互动启发教学的持续兴趣。

4.针对流体力学理论背景知识，以实验录像和PPT进行辅助教学，激发学生的科学探索精神。受到学生的欢迎与好评，在流体力学本科生教学中收到了很好的效果。

5.开展研究型本科生教育，组织学生成立“岩爆现象与流体力学”，参加国内外一流学者的科学报告会、开展专题研究，指导2012届工程力学专业本科生5人撰写并发表了3篇科学论文。

互动启发式教学的重点在于提高学生的学习兴趣，加深对知识的理解，引导学生积极思考，培养学生多维分析问题的能力。让学生能够保持视野的开阔性，并且具有创新性、实践性，成为创新型人才。在本科生的教学过程中，运用互动启发式教学法进行授课，极大地提高了学生的学习兴趣，学生对知识的掌握程度也提高了一个层面。同时也激发学生深入研究问题的能力，写出不少好的研究报告，学生所学的知识能被最大限度地理解和掌握。

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