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    中工娛樂

    一門基礎課十年求解:學生為何還要來教室上課

    來源:中國科學報
    2024-04-02 15:40

    原標題:

    一門基礎課十年求解:(引題)

    學生為何還要來教室上課(主題)

    中國科學報記者 陳彬

    過去十幾年,清華大學電機工程與應用電子技術系教授于歆杰一直想找到一條加強課上師生互動、提升學生課堂參與感的途徑。

    現在,從表面上看,他教授的“電路原理”課與一般課堂并無兩樣——一位老師、一份PPT、滿教室的學生。兩節課下來,于歆杰沒有點過任何學生的名字,沒有單獨提問過哪怕一名學生,更不要說組織學生小組討論了。上課期間,他甚至從沒有離開過講臺,到學生中間走一圈。

    但仔細觀察,于歆杰的課還是有些不同。比如,每隔幾分鐘就會在PPT上出現一道思考題;PPT上還時不時飄過一條或幾條彈幕留言;課程結束時,學生們會自發鼓掌。甚至《中國科學報》記者在教室后門站了兩節課,竟無一名學生回頭,他們可能完全沒發覺教室后門一直有個人……

    “他們的注意力全在課堂上?!闭劶按耸?,于歆杰語氣平靜,就像這是一件再平常不過的事。

    然而,在大學生上課走神兒、開小差、東張西望早已稀松平常的當下,做到這點真的容易嗎?

    一門課,三種學法

    事實上,清華大學的“電路原理”課是一個很獨特的存在,即便在清華現有的幾千門課程中,它也是獨樹一幟的。

    比如,作為一門面向電類各專業大一學生的基礎課,“電路原理”給學生提供了三種不同的學習模式——

    A模式:小班教學,每堂課20人左右。學生課前通過慕課自學,課上由老師組織討論、做題和實驗,課下學生可以帶走實驗器材自己做實驗。

    課堂上的于歆杰。受訪者供圖

    B模式:大班教學,每堂課200人以內。傳統教學方式融合線上課堂互動,課上完整講授知識點,課下配套單獨的實驗課,供大部分同學選修。

    C模式:小班教學,每堂課20人左右。主要由學生通過慕課自學完成,每兩周由教師組織一次集中討論課,為學生答疑解惑。

    也就是說,在學習“電路原理”課時,學生可以“加碼學”,也可以“正常學”,甚至可以“不上學”。至于選擇哪種模式,全憑學生意愿,但他們在期中和期末要考相同的試卷。

    于歆杰一直帶B模式的大班教學課程。該模式最接近于傳統的課堂授課,但也有很多不同。比如,通過清華大學研發的“雨課堂”慕課平臺,學生們可以隨時將自己的想法以彈幕形式發送到教室的大屏幕上——可以是對課程內容的思考,可以是對提問的回答,也可以單純表達對老師授課的“膜拜”之情,甚至可以在老師拖堂時,提醒老師“該下課了”……

    “通過這種方式,我可以同時和班上幾乎所有的同學交流,并提升他們的課堂參與感?!庇陟Ы苷f。

    說到“參與感”,清華大學電機工程與應用電子技術系教授朱桂萍帶的A模式和C模式更有“發言權”。

    把知識點放到課前自學環節,課上反而“不講課”,是此類模式的一大特色。

    既然“不講課”,課上要干嗎呢?

    “討論重點和難點問題。對需要學的知識點,學生課前看視頻就能基本掌握,課堂的作用是解決大家的困惑,加深理解、鞏固運用?!敝旃鹌颊f。

    清華大三學生應嘉華大一時選擇的便是A模式。受訪時,他回憶了A模式是怎么上課的——

    開始上課時,老師會詢問大家在慕課學習中有無問題,并針對問題予以解答。如果沒有疑問,老師便快速將慕課內容“過”一遍,之后便組織大家針對慕課中涉及較少或較深層次的內容進行討論,最后以幾道習題結束整節課。

    值得一提的是,除了統考試卷外,A模式小班課的期末考核還包括一個大實驗,學生要依托課程知識自己設計一個電路,題材不限。從電蚊拍、溫控電風扇、家用煮蛋器,到迷你電磁炮、聲控音樂彩燈、帶火花的電子仿真鞭炮……學生的作品只有想不到,沒有做不到。

    應嘉華那年的作品完全來自生活——男廁所的小便器一般帶沖水功能,但無論小便時間長短,其沖水時長是一樣的,這無形中會帶來浪費。于是,他和同伴琢磨——是否可以改進小便器的沖水系統,使其根據小便時長調節沖水時長?

    實現該目標的技術難度并不大,但憑借獨特的視角,他們的作品獲得了班級第一。更重要的是,“覺得自己對科研更感興趣了”。應嘉華說。

    除了以上幾點,“電路原理”課的獨特之處還包括教師對學生創造力的極度重視、課下與學生的頻繁互動……在于歆杰看來,這一切的改變,只是為了回答一個問題——一堂真正以學生為中心的課,究竟應該怎么上?

    我們一起當“上帝”

    于歆杰的思考始于2010年。

    這一年已是于歆杰教授“電路原理”課的第9年。其間,他取得了很多成績,甚至還獲得了清華青年教師在教學領域的校內最高獎——青年教師教學優秀獎。此時,“電路原理”課的課程負責人、清華大學教授陸文娟臨近退休。作為她的學生,于歆杰成為了新的課程負責人。

    交出“接力棒”的同時,陸文娟問了于歆杰一個問題:“對于這門課的未來,你想怎么辦?”

    清華“電路原理”課最早設立于1932年。近百年來,其作為工科學生基礎課程的地位始終沒變,數代清華教師經過接力鉆研,“已經把這門課上到了登峰造極的程度”。

    對于老師的問題,于歆杰不知道該怎么回答——努力講得更好嗎?前輩們的講課水平已難以超越!科研成果反哺教學嗎?對于一門基礎課來說,能有幾個科研項目可以融進教學?

    這樣的思考一直持續了3年。直到2013年,一個偶然的機會讓于歆杰有了新感悟。

    彼時,慕課在世界范圍內興起,并迅速引起國內高校的重視。這一年,于歆杰首次“觸網”,牽頭開設了清華大學首門慕課“電路原理”,并很快“出圈”,目前已吸引來自158個國家和地區的超過37萬名學生觀看。

    這一成績足以令于歆杰欣喜——以往一堂課只能講給幾十名學生聽,但通過慕課,其學生數量可以達到幾萬名甚至幾十萬名。不過同時,他也不得不面對一個問題——既然這些慕課清華學生也可以學,他們為什么還要來教室上課?

    “這是慕課帶給我們的一個反向挑戰?!睉獙@一挑戰,于歆杰和同事花費了幾年時間——2013年推廣慕課;2014年探索線上線下的教學協同;直到2016年,他們才大體想明白。

    “在移動互聯網時代,獲取各類優質資源已輕而易舉,這給教學領域帶來了一個后果——在優質資源缺乏的時代,‘把課講明白’是教師最重要的任務,但如今這已經不重要了,至少不像之前那樣重要了?!庇陟Ы苷f。

    那么,什么變得更重要了?

    “新場景下,以學生為中心的課堂互動才是最重要的?!彼嬖V《中國科學報》,一名學生在課堂上認真聽講、認真做筆記當然是件好事,但如果我們可以讓他在課堂上的思維更加活躍,讓他覺得整堂課不是知識講授,而是既有很強的知識邏輯,又能參與其中,尤其是這種參與對整堂課的進行能產生重要影響,這才是最重要的。

    此外,在傳統課程模式下,教師會扮演“上帝代言人”的角色,他要傳播知識,學生只能被動接受。然而,當獲取知識不一定要通過“上帝”時——

    “那我們就一起當‘上帝’吧?!?/p>

    于歆杰解釋說,教師課上提出一個問題,且該問題用以前的方法難以解決,于是師生開始共同探索?!坝媒逃龑W術語來說,我們幫學生一點點搭建‘教學腳手架’,當‘腳手架’搭到一定程度,我們再提出一個關鍵問題,等待學生的思考和回答?!?/p>

    這種問題具有階躍性,并非所有學生都能輕易答出,但當有學生成功解答后,教師會說一句很關鍵的話:“恭喜A同學,你說對了。但很遺憾,你晚生了100多年,如果你早生100多年,我們下邊講授的便不是某某定理了,而是以你的名字命名的定理?!?/p>

    “這個問題很重要——我們的課堂究竟是干什么的?”于歆杰說,我們要在課堂上營造一種研究氛圍,讓學生沿著老師的“腳手架”,重新發現先哲們已發現的知識。發現知識并不重要,因為它們早在幾十年、上百年前就已經被發現,但重新發現的過程非常重要——頂尖人才不僅要善于使用規律和定理,更要善于發現規律和定理。只有他們在課堂上清楚定理是怎么被發現的,面臨困難時自己該如何思考、思維如何打開,這樣的課堂才具有價值和魅力。

    彈幕要不要關

    要打造一個有魅力的課堂,技術上的門檻并不高,但對老師的要求卻很高。

    “電路原理”課開始A模式的探索是在2013年。那時,朱桂萍已經教授這門課程15年了。原本,她以為自己對這門課的理解已足夠深入,但沒想到在第一堂“緒論”課上就“栽了跟頭”。

    朱桂萍原本以為“緒論”只介紹一些基本知識和概念,不會有什么難度。然而,當她介紹完課程基本內容,準備組織大家討論時,一名學生忽然提問:“老師,電壓乘以電流為什么等于功率?”

    “我當時頭腦一片空白?!敝旃鹌蓟貞浾f,在電學領域,“電壓乘以電流等于功率”是一個最基礎的定理。它是顛撲不破的真理,但要解釋其背后的原理,卻又如同向普通人解釋“一加一為什么等于二”一樣,毫無頭緒。

    “從教多年,我從來沒想過這個問題,甚至在學生時代都沒想過如何證明這個定理?!睙o奈之下,朱桂萍只能向學生承認:“對不起,我從來沒考慮過這個問題,課后我們一起做做工作吧?!?/p>

    課后,朱桂萍廣泛查閱有關電磁場的書籍,甚至查閱了大學物理教科書,直到產生心得,并就定理的證明與學生進行了交流。

    “大班模式下,即便與學生互動,大部分問題和答案也都是預設好的,教師對課堂是可控的;但小班教學以討論為主,學生的問題完全無法設定,更無從準備,這對老師是很大的考驗?!敝旃鹌颊f。

    這并不意味著于歆杰的B模式便教得輕松。

    雖然是大班授課,但由于同樣強調學生的課前預習,于歆杰在課上不會僅專注于知識講授。每堂課,他都會準備多道有代表性的題目供學生現場作答,以此檢驗學生的知識掌握程度。而無論在授課還是答題的過程中,彈幕都是他和學生交流的重要渠道。

    “2018年,‘雨課堂’推出了彈幕系統,我們隨即將其引入了課堂?!庇陟Ы苷f,彈幕的好處顯而易見——其匿名性能大大提升學生課堂交流的積極性,同時也打破了師生傳統的“點對點”交流模式,使他可以同時了解班內幾乎所有學生的學習狀態和知識掌握程度。

    然而,每堂課少則三五百、多則上千條的彈幕,意味著于歆杰不得不分散部分注意力在學生反饋上。他需要時不時從沉浸式的講課中抽離出來,回應并解答學生的困惑。這無疑是對正常授課的一種干擾,以至于使用彈幕的最初幾年,他一直猶豫是否在部分上課時段關閉彈幕。

    2021年,于歆杰申請擔任了本科生班的班主任。那個學期,他和班里的每名同學至少進行了一次長談。其間,他特意問學生在看視頻網站時,會打開彈幕還是關閉彈幕。

    幾乎所有的學生都說會打開彈幕。

    于歆杰很好奇,動輒鋪滿屏幕的彈幕不會影響視頻的觀看嗎?學生的回答讓他陷入思考:“對我們來說,視頻只是一個載體,很多時候播放什么內容根本不重要,重要的是所有看視頻的人在此時此刻想了什么,又說了什么?!?/p>

    “這就是‘00后’甚至‘05后’學生的認知規律?!庇陟Ы芴寡?,我們的課堂需要對此作出回應和改變——相比于在課堂上講明白一個知識,更重要的是形成一種氛圍,讓學生覺得我在這堂課上是有參與感的,這才是“符合規律”的。

    直到今天,于歆杰課上的彈幕從沒有關閉過。經過幾年的適應后,他已經做到了邊講課邊看彈幕,兩者兼顧、平行處理?!斑@并不容易,我適應了最少兩年?!彼χf。

    什么是“以學生為中心”

    每當于歆杰他們結束授課,課堂上總會響起學生們的一片掌聲。這并非是誰規定的,而是學生們的自發行為。

    施博辰2013年考入清華大學電機系。如今已經是博士后的他,對大一時的“電路原理”課仍記憶深刻,“這門課為我后來的學習打下了很好的基礎,對我的科研工作產生了深遠影響。老師們認真的態度是我學習的榜樣,我經常會對照思考自己該怎樣做事?!?/p>

    應嘉華也有類似感受:“朱老師的課給我的最直觀感受,就是多了一份‘強迫的參與感’?!彼忉屨f,在一般課堂上,他還有機會“摸魚”,但在朱老師的課上,他必須全程高度參與,否則會完全跟不上同學們的節奏。正是這種感受讓部分學生在學期中的某一階段“懷疑人生”。不過最終,他們還是會慶幸自己當初的選擇。

    正如一名學生所說,“開始也會想,為這門課投入如此多的時間、精力究竟值不值得,尤其在其他專業課任務扎堆的時候。但上完課回頭看,一切都很值得。如果再給我一次重新選擇的機會,我還是會選這門課”。

    在于歆杰看來,這也說明高校授課模式從“以教師為中心”轉向“以學生為中心”的必要性。

    “我們都在說要‘以學生為中心’,但究竟該怎么做?”在于歆杰的理解中,“以教師為中心”即為了讓學生學得更好,老師要更有水平,不管是教學基本功還是研究能力,都要精益求精。

    相比之下,“以學生為中心”則是教師要能隨時了解學生的學習情況,并基于此及時調整教學進度和教學方式?!芭e個簡單的例子,借助‘雨課堂’的隨堂練習,如果某個問題全班九成學生都答對了,便不必再糾結相關知識的學習;如果全班只有四成學生答對,那就必須要把課程停一下?!?/p>

    事實上,不管是3種模式的設立,還是對課堂互動的堅持,乃至于“教學腳手架”的搭建,都是“以學生為中心”理念的一種具體體現——何種教學方式適合當下學生的學習情況是最重要的。而這一切認知和探索的起點,則是十幾年前,慕課的興起對傳統課堂模式的沖擊。

    如今,以ChatGPT為代表的人工智能大模型的出現,又一次沖擊了傳統授課模式。在于歆杰看來,這次的沖擊可能比慕課大得多。

    “慕課帶來的影響更多體現在資源端,即它可以提供更多可用的優質資源,而人工智能大模型的影響卻體現在行為端?!彼忉屨f,伴隨大模型的迅速發展,每個人的日常生活行為都會與其相關,教師的課程教育也會自然而然引入人工智能,這將給傳統授課形式帶來更大沖擊。

    2023年9月,清華大學啟動了一項人工智能賦能教學試點計劃。根據計劃,該校將在2024年開設100門人工智能賦能教學試點課程,利用人工智能輔助或深度介入課程,打造人工智能助教、人工智能教師。

    作為該計劃中的試點之一,“電路原理”課已經可以利用人工智能,對某些成績落后的學生進行全天候輔導,以提高其學業成績。

    不過,這顯然不是人工智能在這門課程上能做到的全部。

    “人工智能大模型對高等教育的影響剛剛開始顯現。這一影響也一定會經歷一個從‘術’到‘道’的過程。也許再過10年,我們才更有資格對此進行評價,但至少現階段我們應該做好探索的準備?!庇陟Ы苷f。

    責任編輯:于小舒

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