挑战性学习课程的提出与实践

孙宏斌　冯婉玲　马璟

摘要：本文在界定挑战性学习课程内涵的基础上，从理论依据、课程实施以及理论模型三个方面阐述了清华大学挑战性学习课程的主要特征，介绍了已取得的初步成效，并就该类课程的进一步提升提出了相关思考。

关键词：挑战性学习课程；体验式探索；支架式教学；挑战跨学科问题

课程挑战度不足，是我国世界一流本科教育事业发展中的瓶颈问题之一。2008年清华大学根据新的人才培养目标和理念，提出了“挑战性学习课程”（Challenge Based Learning，简称CBL）的课堂教学模式。该类课程力图通过有趣有价值的挑战性问题吸引学生，激发学生的好奇心和想象力，通过高强度师生互动、生生互动，使学生快速获取新知识并综合运用相关知识，培养学生沟通、合作和创新能力，促进学生敢于善于挑战自我、主动学习，使学生在完成挑战性任务的过程中获得成就感，进而增强作为拔尖学生的勇气、信心和能力。

2012年，清华大学教务部门正式支持教师开出首门“校级挑战性学习示范课”，2013年又支持开出了三门该类课程，由“985三期”经费支持。同时，一些院系也着手建设“院系级挑战性学习课程”，一些学生课外科技赛事与挑战性学习课程结合。我校在第24次教育工作讨论会提出的“课堂转型”方针引领下，将尽快遴选建设20门校级挑战性学习课程，力争使每个学生在校期间经历一次挑战性学习课程体验，经受素质、能力、求学三方面磨炼和提升。

一、问题的提出

1.CBL课程的历史追溯

清华大学挑战性学习课程的提出有其深厚的学理性渊源。早在20世纪初，美国著名教育家、心理学家杜威即针对儿童教育，提出了“做中学”的理念。他认为，“做中学是比‘听中学更好的方法”；认为教学不应直截了当地注入知识，而应引导受教育者在活动中得到经验和知识。其启示是，只有通过富有成效的知识运用，才能使受教育者获得并牢固地掌握有价值的知识。此后，杜威的学生克伯屈依据“做中学”教育思想，引入了“设计教学法”，主张让儿童自己确定学习目的，设计实现目的的行动步骤并实践。杜威师徒早先的主张无疑与当今社会强调培养学生能力的思想是一致的。

20世纪60年代，美国芝加哥大学教授施瓦布在质疑“把传授已有知识当做科学教学本质”的传统观念基础上，提出了“探究式”教学法，即实验室探究、探究之探究、讨论之讨论。施瓦布的“探究学习”说，强调通过探究过程，使学习者掌握科学的概念。

20世纪60年代末，加拿大学者巴罗斯在McMaster大学医学院提出了“基于问题的学习”（Problem-based Learning，简称PBL）的教学模式，强调把学习设置在复杂、有意义的“问题情境”中，通过让多位学习者合作解决真实问题，来学习“隐含于问题背后的科学知识”，进而培养学生解决问题的技能，并形成自主学习的能力。巴罗斯提出的PBL教学模式，对“以学生发展为中心的跨学科终身学习”是很有意义的。但此后一段时间，PBL在相关高校推行得并不顺畅。究其原因，主要是教师的能力欠缺和对有能力教师的激励措施不到位，以及有价值问题设置得过难或过易等，这就使得PBL教学模式在不少大学很难达到期望的效果。且针对顶尖大学的顶尖学生，设置的问题应该具有什么特点？学习目标和成果如何设定？这些问题在实践中尚未得到很好的回答。

20世纪90年代末，美国麻省理工学院、瑞典皇家工学院等四所知名大学联合建立跨国合作研究组织，提出了现代工程教育的CDIO模式，即构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。该模式以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间存在的有机联系的学习工程技术。全球已有几十所大学加入了CDIO组织，按CDIO模式培养学生。

几乎与我校同期，2008年Apple公司在中学教育中提出了“挑战性学习（CBL）”理念，发起了合作项目“明天一今天的Apple课堂”（Apple Classrooms of Tomorrow—Today，简称ACOT2），并以ACOT2作为“倡导跨学科教与学，鼓励学生用新兴技术解决现实问题”的载体。CBL倡导合作式学习，要求学生之间及师生之间交流并协同，合作解决挑战性难题，继而分享成功的经验与喜悦。CBL模式的关键，是设置有吸引力且学生跳一跳能解决的难题，进而引导学生运用相关知识去解决这些难题。值得关注的是，Apple公司的ACOT2课堂模式，与我们提出并建设挑战性学习课程在理念和时间上高度暗合。前者针对中学教育，后者针对高等教育。

2.清华为何实施CBL教学模式？

清华大学实施的CBL教学模式，不同于前文所说PBL和CDIO模式，而是针对现阶段清华学生的具体情况提出和实施的。我校教育研究院2009年所做的“清华大学本科教育学情调查报告一一与美国顶尖研究型大学的比较”发现，清华本科教育总体上与美国同类大学相当，清华低年级学生在学业挑战度、主动合作学习水平等指标上的表现均优于美国同类大学的低年级学生，但生师互动程度落后于对方指标。在高年级阶段，清华学生在学业挑战度、主动合作学习水平以及生师互动三项主要指标上均落后于美国顶尖研究型大学学生。2010年的调查结果则略有差异，结果显示，无论高年级还是低年级清华学生在学业挑战度和生师互动水平两项指标上均落后于对方。

清华校友总会对毕业生调研发现，清华学生学习成效（outcomes）不足，主要表现在能力和素质方面，尤其是对一些知识的学习，学得轻松，但忘得也快。究其原因，课程缺少挑战度是其重要原因之一，学生易学易忘。这一调研也成为推动CBL教学模式实施的动因之一。师生互动与创造性地解决挑战性问题，是世界顶尖级大学的共同价值所在。2012年牛津大学校长安德鲁·汉密尔顿曾经勉励清华优秀本科生代表团，希望他们“有勇气（To be bold）、有原创性（to be original），敢于挑战（to be challenging）”。这与我们实施CBL教学模式的想法也不谋而合。

二、清华大学CBL课程主要特征

1.挑战性学习课程（CBL）基本内涵

挑战（challenge）的主旨是激发自我、调动潜力、克服困难、享受成功的喜悦，即“痛并快乐着”。辞海中“挑战”则有激使对手出战之意。

清华大学挑战性课程的核心是挑战性问题。在内容上，以全球热点问题为切入，以跨学科知识的集成和综合应用为支撑，且触及学科前沿，即问题有趣、有难度、有挑战，足以吸引学生在形式上，师生皆在课内外高强度投入和协作，形成良好的师生互动和生生互动，充分感受和体验，激发潜能，激发学术志趣；目的是短期内培养学生思维创新、克服困难、探究并发现新知识的能力，综合运用相关知识解决实际问题的能力，使学生通过既有知识综合运用或新知识创造，最终享受成功喜悦，并使团队协作精神和终身学习能力得以提升。教师在整个过程中扮演主导者、指导者和帮助者的角色，学生及其团队则是实施主体。

2.挑战性学习课程的理论依据

首先是苏联著名心理学家维果斯基的“最近发展区理论”。该理论认为，教学应为学生提供带有难度的内容，调动学生的积极性，发挥其潜能，超越其“最近发展区”而达到下一发展阶段水平，然后在此基础上实现在“下一个发展区”的发展。

苏联教育家赞科夫提出的“教学与发展”教学理论的五条原则，也是挑战性课程的理论依据之一。他认为，教学要有一定难度，即要让学生通过努力来克服困难；以高难度进行教学，能使学生在掌握教材相关知识时产生特殊的心理活动。与之同时，普利斯里等人提出的支架式教学法（Scaffold）也有一定启发。普利斯里认为，课程学习过程中，可根据学生需要为他们提供帮助，并在他们能力增长时撤去此前的帮助。

另外，杜威提出的“做中学”原则，也对清华推出挑战性学习课程有一定启发。杜威一是提出了“做中学”原则。他认为由于人们最初的知识和最牢固地保持的知识，多是关于“怎样做”的知识，教学过程也该是“做”的过程。二是提出了“体验中学习”原则，认为在人们所做的与享受的事情之间，应用相关知识可将其贯穿起来。三是“做中发现”原则。认为“做事情”也可能是“发现世界的实验”，即做的过程中“发生了的事情”即变成了“发现”。

与之同时，被誉为“现代课程理论之父”的泰勒概括了课程编制的四步骤，一是学校应该追求哪些教育目标？二是如何选择可能有助于达成这些教育目标的学习经验？三是如何组织学习经验才能使教学更有成效？四是评价学习活动达成教育目标的程度。这些观点也对设计并推出挑战性学习课程起到了引导性作用。

3.挑战性学习课程的成果及其实现

我们把挑战性学习课程的学习成效界定为.一是激发学术志趣，通过精心设计的挑战性问题，引导师生互动，使学生对课程有“想学”的好奇心和冲动感，学习过程中不断取得进展的喜悦感，课程结束时获得的成就感。二是激发挑战的勇气和能力，利用课程内有限的时间和资源，完成知识的集成与运用，采用答辩或比赛等挑战性形式来评价学生。三是加强创新意识和能力，挑战性问题的结果未知、方法未知，需要创造性地解决挑战性问题。四是终身学习能力，不仅是对已学会知识和工具的运用，通常还需要学生快速获取和运用新知识和新工具。五是沟通和合作能力，多学科交叉的团队协作是挑战性课程的一个共性。

为了使开设的挑战性示范课程帮助学生取得期望的学习成效，重点通过课程七方面要素来实现。一是内容：围绕人类面对的共同挑战，学科交叉，触及前沿。二是形式：师生互动，生生互动，体验、探索、主动式学习，学生沉浸其中。三是作业：课内与课外之比在1：5以上。四是讨论：激烈，生生之间，师生之间，确有困难时老师帮助学生取得成功。五是考核：全程分布式，答辩，每个学生有口头表达机会。六是教学资源：各类文献、软件、网络资源、试验及实验，以及多手段的教学辅助设施。七是课堂规模：通常是小班授课。

4.挑战性学习课程的理论模型

（1）挑战性学习课程的模型之一

图1给出了挑战性学习课程的理论模型之一。自动化系赵千川老师开设的“线性系统控制”课程采用了该模型，该课程以清华校园的节能减排为挑战性问题，让学生自主发现校园中存在的节能减排问题，然后建立面向绿色校园的智能物联网。其特点是：一是让学生自己找问题，进行开放性的需求调研。二是让学生综合运用多学科知识设计方案。三是鼓励学生实施相关方案，在客户端、服务器端等实现基本闭环功能。实施结果是，学生实现了对FIT楼空调、灯光、百叶窗等的自动控制。

（2）挑战性学习课程的模型之二

图2给出挑战性学习课程的理论模型之二。美术学院付志勇老师开设的“创客实践——设计与科技互融”采用了该模型。该课程从“挑战征集”入手，问题导学、项目驱动，将课程实施分为媒体宣传、组建团队、创意推敲、开发原型、最终成果展示、回到现实等步骤。学生参加该课程，如同完成了一次“英雄之旅”。学生通过与其他学科同学合作，挑战自我，提升学以致用的能力，激发了学术志趣。

三、初步成效

自2012年始清华大学陆续启动多门挑战性学习示范课程，有效提高了课程的兴趣度、挑战度和师生的互动性。

1.热点议题，吸引多学科学生参与

工业工程系顾学雍老师在工业工程系、钱学森班等开设了我校第一门挑战性学习示范课程“跨学科系统集成设计挑战（XLP导引课）”该课程以“极限学习工作流”为课程设计理念，通过分布式协作等实现师生的跨学科协作。所谓的极限学习工作流，即第一、第二课堂结合，围绕内容挖掘、项目选择、协同开发等环节，学生借助数字化平台，在清华整个生态圈内实现前述学习过程。课程实施中，建立了“任务方”和“挑战方”两类团队，要求学生在数天时间内解决一个跨学科复杂任务。课程参与者和组织者超越了院系、校园乃至国家边界，吸引了国内外、校内外志愿者和多学科学生参与。

2.体验式探索，学生沉浸其中

航院高云峰老师开设的“趣味力学实验”旨在使学生集成运用已学知识解决实际问题，通过“分针穿玻璃”“轻功水上漂”“新式连弩”等趣味性设计与制作，让学生沉浸其中。

该课程是集自主性、开放性、研究性、技巧性、综合性、竞争性和趣味性为一体的体验式探索课程。自主性，即以学生为主体，教师介绍基本原理，让学生自己去研究；开放性，即所有问题和试验都没有固定答案；研究性，即所有的问题都要探索研究，有难度，需琢磨和设计；技巧性，即需要高度技巧才能完成；综合性，即需要多个学科的团队合作；竞争性，即团队内部要分工合作，团队之间要进行比赛；趣味性，即要讲究课程设计，用有趣味的问题来引导学生。

3.团队协作，挑战跨学科问题

自动化系赵千川老师开设的“线性系统控制”，原本是一门经典的控制课，采用了挑战性课程设计，使该课程产生了颠覆性变化。在课程设计上，将全班分为6个团队，围绕“清华校园的节能减排”这一跨学科的挑战性问题，从发现问题到解决问题，通过团队协作，最终实现了对FIT楼空调、灯光、百叶窗等的节能减排控制。赵老师认为，对学生创造性和创新性的培养，不在于老师教什么，而在于环境，让学生教学生；每个学生单打独斗解决不了问题，而必须靠团队协作。

4.支架式教学，教师起到照明灯作用

航院讲授“计算力学”的张雄老师认为，老师有志趣去培养学生，学生才会有志趣去学习。张老师至少提前一年备课，课程中安排大量的时间答疑。有的学生说自己占了一个学期的一半学习时间用来学习该课程，刚开始觉得大作业完不成，有点迷茫，而张老师Email的答疑速度，赶上用手机回复的速度，且能起到照明灯作用，引导其前进方向。该课程的最大成功在于学生团队合作和老师及时答疑，最后使学生实现“解决诸多实际问题”的目标。

四、问题与思考

1.如何遴选挑战性学习课程？

对课程遴选，有以下考虑：（1）课程属性、类型（已有、重组）及方式不限，重点是专业课；（2）学生的年级不限；（3）课程容量以20～30人为宜；（4）鼓励跨院系联合建设；（5）从有志趣的教师中择优选择。

2.如何衡量课程的挑战度？

将定性与定量相结合。定性部分主要以教师和学生的感受来衡量，定量部分则以学生与教师课内外投入的时间来衡量。定性部分的指标含：（1）学生学习更加用功以达到教师的课程要求（2）学生的学习行为和能力有正向提高，如兴趣、好奇心、冲动感；挑战的勇气和能力，创新精神和能力，解决问题能力，沟通和团队协作能力。定量部分的指标含：（1）老师准备课程及答疑的时间；（2）学生在课外所花费的时间（预习、复习、相关文献或专业期刊查阅、项目/实验等）。

3.如何推广挑战性学习课程？

如何更好地推广挑战性学习课程，从学生角度看，首先需要减少学生的课程总数，使得学生有精力和时间参加挑战性课程，这需要优化我们的培养方案。从老师角度看，老师的投入很大，要使学生有兴趣与激情参与挑战，老师首先应有兴趣与激情，需要研究老师的激励方法。

[责任编辑：周杨]