大赛优秀案例分享丨傅杰：系统思维视角下，解决复杂工程问题的五阶教学法

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大赛

西浦全国大学教学创新大赛（简称“西浦大赛”，XJTLU National University Teaching Innovation Award）由西交利物浦大学主办，领导与教育前沿院（简称“西浦ILEAD”）承办，澳门同济慈善会北京办事处支持，旨在发现并奖励一批将“以学生为中心”作为教学理念的高等院校的老师，传播“以学生为中心”教学的创新举措。大赛通过帮助教师梳理个人教学创新思考、提供多重展示的机会，为教育创新者构建分享、交流、学习、成长、共创未来的平台，进而推动中国高等教育改革。

为了更好地支持和服务所有热爱教学创新探索的老师们，西浦全国大学教学创新大赛组委会将逐一分享第七届西浦全国大学教学创新大赛获奖选手的教学创新案例，为教育创新者们带来更多交流、学习和成长的机会。

本期分享的是第七届大赛年度教学创新特等奖获得者、来自大连交通大学傅杰老师的“系统思维视角下，解决复杂工程问题的五阶教学法”。

教学创新特色

傅杰老师将工程教育中抽象的“解决复杂工程问题能力”，拆解成多种高阶能力与素养，引导学生以全局角度看问题，追求问题的系统求解。同时，通过“生活实例→工程原理→合作学习→内化应用→工程案例”五阶教学法，给学生创造阶梯，设计相应的教学活动及考核评价，与学习目标匹配，逐步健全解决复杂工程问题所对应的各项高阶能力和素养。

教学创新实践精彩展示

10月10日，傅杰老师受邀参与第八届大赛线上分享，请识别以下二维码，回看CCtalk完整版线上分享，点击以下视频观看大赛决赛精彩展示。

教学创新案例分享

1.课程简介

课程名称：《化工原理》

学生人数：24人

课程性质：专业必修基础课

2.课程目标

知识目标

能说明化工生产 “三传”中主要单元操作的定义和理论基础，解释其基本原理；能对比各单元操作之间的异同点；能描述各单元操作主要设备的结构特点和工作原理。

能力目标

能独立学习，查阅资料，使用现代化工具，分析复杂工程问题，提出解决方案；能通过合作化学习，适应负责人和成员角色，具备有效沟通、归纳总结和清晰表达能力。

素养目标

建立工程观念，养成环保意识和社会责任感。

3.教学创新要解决的问题

1.解决复杂工程问题能力如何落地？

复杂工程问题是工科专业的核心能力目标，但过于笼统、抽象，难以在课程中真正落地。

2. 工科理论课如何考察高阶目标？

工科理论课并不直接面向应用，传统的考核方式单一，套路化严重，难以匹配高阶目标。

4.教学创新的方法和实践

一、建立系统性思维

傅杰老师的教学创新的核心目标是解决复杂工程问题。首先要通过一些生活及生产实例的类比，让学生建构系统思维，让学生理解课程在整个生产过程中的地位和意义，对课程的内容和逻辑有更清晰的认识，才能在处理复杂工程问题的时候考虑到多重因素互相影响、互相制约甚至互相矛盾的情况，从全局的角度寻求最优解。

二、聚焦“解决复杂工程问题”的能力

如前所述，解决复杂工程问题能力的培养目标是一个较为抽象的概念，在教学实践中难以衡量。因此，在本教学创新中对该能力进行了拆解，形成了易于衡量的七个目标。

如图所示，工程知识属于低阶的知识目标，自主学习、沟通合作、问题分析、提出解决方案属于高阶能力目标，树立工程观念和社会责任感属于高阶素养目标。

图1 针对学习目标设计教学活动

三、引导和支持学生学习的手段

如上图所示，为了匹配学习目标，反向设计了九项教学活动，每一项教学活动均与几项目标相匹配，支撑目标达成。所有活动概括为“生活实例→工程原理→合作学习→内化应用→工程案例”五阶教学法，五阶层层递进，缺一不可。

第一阶：生活实例

1. 生活视频导入

在化工类课程中，学生很难有机会接触到化工装置和设备的实物，因此难以建构与旧有知识和认识的连接，无法把它迁移到课程的学习中来。

每节课开始，老师都会通过一些短视频、动画、自制的微课等，引发学生对现象的好奇，继而激发学习兴趣。每节课的最后，在原理讲解和讨论结束后，老师都会把开始的生活实例再次提出，由学生自己总结其中包含的工程原理，加深对知识的记忆和理解。

图2 生活视频导入

2. 短视频竞赛

针对工程原理，由学生自己去发掘生活中与之对应的元素，并做成年轻人喜闻乐见的短视频的形式，最终通过大众评审投票的方式，选出最佳人气奖，提供小礼品，并在课堂上进行颁奖仪式。该项活动作为点缀一学期只有两次，当学生们看到自己或同学制作的有趣视频时，当获奖同学上台领奖时，课堂气氛瞬间变得非常活跃。

当然活跃气氛只是一方面，学生通过查找资料，或细心观察生活，找到对应于工程原理的元素，并且通过视频剪辑，做成了完整而有趣的短视频。这个过程本身就是对学生工程知识、自主学习能力、运用现代工具能力等的有效提升。同时，他们制作的短视频，直接可以作为生成性资料，在以后的课程中加以应用。

图3 短视频竞赛

第二阶：工程原理

3. 课堂讲授

课堂教学设计参考了复旦大学张学新教授的“对分课堂”模式，在课堂上将教与学的时间和权利进行了对半分。课堂讲授环节，将课程内容进行了重构，打破章节的限制，一节课聚焦一个核心内容，课堂讲授以精讲为主，重难点无需多次强调，减少互动环节。

图4 课堂讲授

大量事实表明，教得好不等于学得好。因此，课堂讲授目标纯粹，主要关注工程知识和工程观念。而学生的内化吸收，留给后续学生的独立学习、讨论对话、内化应用等环节。

第三阶：合作学习

4. 独立学习

独立学习是“对分课堂”的重要环节，即给予学生足够的独学空间，使其内化吸收，并形成思考的成果—“亮考帮”作业。亮考帮作业，是学生将自己的思考过程、成果和疑问记录下来，有了它，讨论的过程就可以有足够的素材，大大提升讨论的效果。

独立学习的环节，不一定在课堂，也可以在老师精讲之后的课下。目的都是让学生在讨论前，有足够的时间内化吸收，形成结构化思考的成果，提升学生自主学习、问题分析等能力。

图5 “亮考帮”作业

5. 小组讨论

小组讨论，异质分组，学生在组内变换组长和组员的身份，基于 “亮考帮”作业或预设问题进行组内讨论，将自己的亮点与人分享，互相解决不懂的问题，最终每组派代表阐述观点。

图6 小组讨论

通过合作化学习，学生可有效提高自主学习、沟通合作、归纳总结、清晰表达等多种高阶能力和素养。

6. 师生对话

由每个小组的代表，总结本小组已解决的问题，提出仍未解决的问题。其他组同学也可尝试解答，最终仍然留下的问题，由教师引导，尝试理解与解决。师生对话，可以有效解决同伴讨论中未解决的高阶问题，培养学生的沟通合作和问题分析能力。同时，也可以把学生的共性问题变成课程的生成性资料。

第四阶：内化应用

7. 虚拟仿真

通过虚拟仿真，让学生能够接触到实际中见不到的装置与设备，并可以亲自动手操作，提高学生的自主学习能力和工程观念。

图7 虚拟仿真

8. 习题及反馈

传统评价多以诊断功能为主，激励和导向作用有限。针对习题、思维导图、亮考帮作业等，老师及时进行反馈，同时要求对几项作业反思迭代，教师进行成长性评价反馈，激励学生持续改进，有效巩固学生的工程知识、培养工程观念、提高方案分析和问题解决能力。

图8 习题反馈

第五阶：工程案例

9. 项目化学习

通过给学生布置面向工程实践的项目，小组成员进行分工，承担不同的任务，最终汇总为成果进行展示，并进行组内互评。该环节培养学生面临复杂工程问题时候的问题分析、解决方案、工程观念和社会责任等能力与素养。

图9 项目化学习

5.学生的学习活动

化工原理，共96学时，学生学习的主要活动包括：课堂讲授30%，小组讨论15%、师生对话15%，互动、测验等10%，课外独立学习10%，反思性作业及常规作业20%。

6.课程的考核方式

图10 针对学习目标设计考核评价

课堂的考核评价针对七个学习目标进行反向设计，如上图所示，每一项评价都对一个或几个学习目标进行支撑，并分别制订相应的评分量规。其中，过程性考核占50%，包括随堂测验10%，互动讨论20%（项目讨论10% + 亮考帮作业10%），作业20%（思维导图5% + 常规作业15%）；期末闭卷考试占50%。

随堂测验，讲授过程穿插发送选择、填空题，主要考察工程知识，并可根据结果实时反馈，及时讲解并调整教学策略。

互动讨论，主要提高学生的工程知识、沟通合作、问题分析、工程观念等。小组讨论时，不在对错，重在思考，生生、师生对话，总结凝练，提升高阶思维。讨论过程不做评价，但针对讨论和反馈的结果，要求对亮考帮作业反思迭代，进行成长性评价。此外，老师对项目合作情况、讨论区参与度等进行评价，并及时进行反馈。

作业包括思维导图和常规作业，思维导图针对系统思维和逻辑进行评价。常规作业有一定的创新性和挑战度，学生巩固基础知识的同时，需要进行设计计算，或提出解决实际问题的方案，要求学生体现反思过程和亮点。作业在课堂上及时反馈，激励持续改进，注重成长性评价。

期末考试，无需死记硬背，考察对知识的融会贯通，以及提出解决实际工程问题的合理方案。

7.教学创新实践的普适性

“复杂工程问题”是工科专业课普遍的重要目标，同样面临多目标的优化问题，需要考察更多的工程因素，其能力对应关系也大同小异。

因此，培养学生在系统思维的视角下，通过五阶教学法，设计与拆解后的学习目标相对应的教学活动和考核评价方式，使学生一步步从基本原理上升到复杂工程问题的解决，对所有工程类课程，均具备普适性。

教学创新背后的故事

Q：您做教学创新的初衷是什么？

傅杰：入职之初，按照自己上学时候的经验和听老教师讲课，采用传统的授课方式讲授多年。因为授课任务较重，也少有精力去钻研教学创新。随着教学的深入，尝试了一些改变，用了智慧教学工具，也丰富了PPT的元素，获得了老师和学生们的广泛认可，也获得了一些教学奖项。

但随着教龄的增加，逐渐发现了现有课堂教学中的一些固有问题，在原有框架下无法解决。即便教师凭借对知识的更深入理解和丰富的技术手段，让学生更迅速而全面的掌握知识，但对于能力和素养等高阶目标的达成，对于学生需求的满足，仍然比较有限，对于学习成果的考察不够科学合理。

因此，我做教学创新的初衷，完全是凭借着对教学的热情，尝试解决课堂中面临的痛点问题。随着近两年接触到了更多的教学理念，有幸三次亲赴西浦，参加了西浦的培训和大赛。在前行的路上遇到了更多志同道合的伙伴，开始在学校教发中心担任兼职教师发展师的角色，针对新老教师，做了一些教学理念和技术等培训。理论高度的提升，使自己更加坚定了创新的方向，也认识到了自己的差距，促使自己进一步反思实践，在教学中不断迭代改进。

Q：教学创新过程中您遇到的最大挑战是什么，您是如何解决的？

傅杰：教学中的最大挑战是原有的教学目标很高大上，但表达比较笼统。造成的结果是，很难在教学活动中落地，又难以进行有效评价，即目标、活动和评价严重脱节，无法互相匹配。

原有教学目标，对于工科学生的核心目标是“解决复杂工程问题”，但这种目标显然不适合作为反映学生学习成果的学习目标。因此我把该目标根据布鲁姆的认知目标分类和工程认证的具体要求，拆解成了可落地、可衡量的具体目标，包括知识、能力和素养等共七项。

在教学创新实践中，通过理念的提升，融合多种教学模式，设计了与目标匹配的教学活动：用生活中的案例，让学生建立与抽象工程原理之间的联系；通过结构化反思的作业，如亮考帮、思维导图等促使学生提升自主学习、问题分析等能力；通过小组讨论、师生对话，提升学生的沟通合作、归纳表达等能力；通过作业及反馈，针对工程案例的项目化学习，提升学生问题分析、提出解决方案的能力，树立工程观念和社会责任感。

原有的教学评价，以终结性评价为主，主要考察知识，解题思路单一，套路化严重，无法有效匹配学习目标。针对上述问题，我重新设计了考核评价框架，增加过程性考核的比例，每一项评价均针对相应的学习目标，并及时针对评价进行反馈，发挥评价的导向作用，促进学生反思，提升高阶学习目标的达成度。

Q：请简述您对教学创新本身的理解。

傅杰：在我的理解中，教学创新并没有定式，凡是教学过程中涉及到的所有环节，都可以进行创新。所谓文无第一、武无第二，创新也并没有完全统一的标准，不同的人有不同的理解和评判依据，甚至教学创新和科研创新还不完全相同。将已有的教学模式和创新方法，应用在自己的课堂上，面对了不同的课程，不同的学情，改变了课堂的面貌，使学生真正受益，何尝不是教学创新？

但这并不是说教学创新没有统一的目标，我们强调“以本为本”、“以学生为中心”自然不应该只停留在口号上，也不应该是从教师的角度出发，觉得学生应该需要什么，学习什么。而是真正从学生的角度出发，从就业之后五年、十年之后的角度出发，我们需要培养的是什么样的人才。以此为目标，反推培养方案，进而反推教学大纲，反推教学设计，反推教学创新，将宏大而笼统的目标，变成细分而可衡量的学习目标，尤其是传统课堂中无法落地的高阶目标，才是真正可以落地的教学创新。

因此创新不是形式上的创新，而是内涵上的创新。我自认为智慧工具运用已经足够纯熟，学生反响也不错，但在西浦有幸跟张晓军院长和张淑娟老师进行过深入交流后，我进行了深刻的反思。技术不过是形式和表皮，当然可以帮助我们更好、更及时的得到反馈，可以帮助我们得到大数据的分析，但如何让学生产生真实而有效的学习，如何评价学生的学习成果，才是值得深思的问题。

学生的学习成果，取决于合理的目标设定，以及将其落地、拆解成可以达成的学习目标，尤其是高阶的能力和素养目标。接着，围绕目标来设计相应的教学活动，支撑每一项学习目标，围绕目标来设计与之匹配的考核评价方式。同时，务必发挥评价的导向功能，及时提供反馈，以便学生及时形成反思内化过程。这就是我对教学创新的理解。

第八届西浦大赛更多精彩活动

第八届西浦大赛地区海选

为了让更多对教学创新感兴趣的老师深度了解西浦全国大学教学创新大赛，并借助大赛活动学习、探讨优秀教学创新实践，西浦大赛组委会将在华北地区和西南地区举办大赛海选，在现场为参与老师们答疑解惑，欢迎热爱教学的高校老师参与，共同交流面向未来的教学创新。

日期	地区	合办院校
10.8	西南地区	重庆大学
10.22	华北地区	河北金融学院

请识别以下二维码，报名对应地区的海选。

西南地区

华北地区

第八届西浦大赛线上系列分享

第八届西浦大赛线上系列分享于2022年8月4日开启，于每周一和周四开展，共设18期，邀请了西浦全国大学教学创新大赛负责人张晓军分享大赛评审标准，以及17名第七届西浦大赛优秀获奖老师全面分享他们的教学创新实践及教学创新背后的故事。

欢迎对教学创新感兴趣的高校老师在线观看与交流。

报名第八届西浦全国大学教学创新大赛

第八届西浦全国大学教学创新大赛正在报名中，诚邀您参与大赛，在大赛平台上与其他几百位热爱教学的高校教师一起交流、学习、成长。

同时，第八届大赛设有实地调研入围决赛选手的环节，欢迎您推荐身边的老师申请成为大赛调研员，走进参赛选手的课堂近距离了解、交流教学创新案例。

请参赛选手及调研员识别下方二维码，一分钟提交报名信息。（手机端可点击其中一个二维码，放大后长按图片进行识别）

选手报名

调研员报名

选手报名截止日期：2022.10.31

调研员报名截止日期：2023.03.31

注：大赛组委会将在收到报名信息后的下一个周五前完成资格审查，并通过邮件回复确认是否报名成功。

●参赛材料上传通道及具体方式，大赛组委会将通过“西浦ILEAD”微信公众号公布，敬请关注。

西浦大赛成长型资源库

请识别二维码，查看前七届西浦大赛数千个案例展示，深入学习近百个优秀案例。海量线上资源持续更新中......

经过四年的持续分享，西浦未来教育学院在CCtalk平台公益直播了近百期西浦大赛优秀获奖案例、大赛决赛展示、创新者说、联盟好课等精彩内容，分享了数百个优秀教学创新案例，欢迎老师们在CCTALK平台搜索“西浦未来教育学院”，或识别以下二维码关注查看。

联系大赛组委会

邮箱：[e-mail]
电话：王老师 0512-88161893
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新媒体：王珍
监   制：孙丹

西浦ILEAD作为教育从业者专业能力和领导力研修、教育创新全球社群运作与未来学校研究为一体的综合性教育机构，旨在支持学习者与教育者终身学习、支持教育机构发展组织学习能力。

▼戳阅读原文，报名第八届西浦全国大学教学创新大赛