教师如何提高学生在科学、技术、工程和数学（STEM）本科课程中的学习效果？为了找到答案，美国哈特福德大学教授 Ivana Milanovic 将基于问题的学习（PBL）和基于探究的学习（IBL）相结合，开发了一种基于仿真的方法。Milanovic 在 COMSOL 用户年会 2018 波士顿站的主题演讲中讨论了她的策略及优势。下面是她演讲的摘要和视频。
Ivana Milanovic 谈仿真技术在 STEM 课程中的应用
STEM 教育面临的挑战
Ivana Milanovic 教授表示，克服教育方面的挑战历来都是“对教学方法和课程进行微小改动”。例如，工程课程（特别是本科生）通常以讲座和问题为基础，实验室提供实践经验。有一种称为 IBL 的学习方式，以课外活动为主，帮助学生在现实世界中发展实践和智力技能。Milanovic 发现这种情况不太理想，原因是，只有最积极的学生倾向于利用这些 IBL 机会。
那么，教师如何才能向所有学生推行 IBL 呢？一种可能的方法是利用仿真来研究各种现象。（正如 Milanovic 所说：“亲眼看到一些您原本看不到的东西是件好事。”）那么问题就变成了如何将建模融入内容充实的课程中。Milanovic 称这是她的“三体问题”，其目标是：
- 保持课程材料的相同覆盖范围（例如深度和花费的时间）
- 使用生动有趣的沉浸式视觉效果来持续吸引学生
- 结合数学建模和仿真
为了保持适度平衡，Milanovic 开发了一种基于仿真的方法……
提高学生学习效率的四步策略
Milanovic 的策略侧重于“课外学习”，其中包含四个关键部分。
首先是在课堂内外大量地使用有趣的图像和动画，这可以帮助学生保持专注，使他们能够想象出难以描绘的效果（如多普勒效应）。
视频内容：Ivana Milanovic 讨论了在本科 STEM 课程中使用生动有趣的视觉效果的好处。
其次是创建一个增强型在线环境，其中包括上面提到的视觉效果及博客文章和视频等外部资源。Milanovic 表示，“如果你能让[在线环境]更加生动有趣，那么你就能提供更多的课程之外的信息。”这些改进还为学生提供途径获取更好（和更多）的信息，有助于减轻教授们的工作负担。
Milanovic 策略的第三步是将仿真和应用作为“新的课外作业”。仿真开始时很简单，但随着学生对 COMSOL Multiphysics® 软件越来越熟悉，仿真变得越来越复杂。例如，在 Milanovic 的传热课程中，最初的问题可能是模拟二维传导。一个月后，学生们能够使用仿真软件来理解“他们正在做的任何项目背后的物理现象，还能够构建 [App]”（例如瞬态传导）。Milanovic 还创建了自己的评分标准，其中包括一个针对 IBL 的部分，随着课程的进行，难度也会增加。
第四步是促进更多的研究，包括 PBL 和 IBL 问题。一个简单的例子是让学生想象通过圆柱体的流动，以便更好地理解如何以及何时使用阻力曲线。Milanovic 说，她以前不得不使用各种不同来源的视觉效果，但现在，学生可以通过创建仿真 App 获得一致的效果。在构建 App 后，学生可以研究不同雷诺数如何影响流动。
Milanovic 通过这四个步骤将仿真融入课程中，将 IBL 和 PBL 推向每个学生。然后，学生们可以利用他们在仿真和应用方面的经验来解决实际问题。有关她的方法的更多详细信息以及该方法对 STEM 教育的好处，请查看本文开头的视频。
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