“PBL”教學(xué)法在《森工機(jī)械與裝備》課程教學(xué)中的應(yīng)用

楊鐵濱，薛 偉，沈博昌，辛 穎

(東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱150040)

森林工程是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，森林工程裝備是現(xiàn)代森林工程的重要基礎(chǔ)之一，在森林采伐、城市綠化等方面發(fā)揮著重要的作用。森工機(jī)械與裝備是高等林業(yè)院校森林工程專業(yè)重要的專業(yè)技術(shù)課，是一門(mén)理論與實(shí)際聯(lián)系非常緊密的課程。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟練掌握森林采伐裝備的原理與構(gòu)造，并能夠運(yùn)用木材鋸切基本原理進(jìn)行裝備設(shè)計(jì)。所以，使用先進(jìn)的教學(xué)和學(xué)習(xí)方法，是使學(xué)生掌握該課程的前提，也是提高學(xué)生設(shè)計(jì)和綜合應(yīng)用能力的有力保障。對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)和創(chuàng)新能力、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣等方面具有重要意義。

PBL(Problem Based Learning)即“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)方法”，是基于現(xiàn)實(shí)中以學(xué)生為中心的教學(xué)方式。這種教學(xué)方法通過(guò)具體實(shí)例，在教師的整體把握和指導(dǎo)下，啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)思考、分析問(wèn)題，要求學(xué)生主動(dòng)參與，積極討論，共同思考，讓學(xué)生親歷探索與研究的全過(guò)程。有助于培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、綜合分析能力和創(chuàng)新意識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中，由教師命題，以學(xué)生為主體，以問(wèn)題為中心，分組單獨(dú)進(jìn)行從資料搜集到結(jié)果討論的全過(guò)程。教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)和提示，讓學(xué)生自己來(lái)思考、分析問(wèn)題，比較結(jié)果。在分組討論完成之后，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。PBL教學(xué)法目前已成為一種在國(guó)際上普遍接受的教學(xué)方法［1］。

根據(jù)我?！渡C(jī)械與裝備》課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利用“PBL”教學(xué)法講授該課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高解決實(shí)際問(wèn)題和學(xué)術(shù)溝通能力及自信心等方面都有很大幫助。

1 “PBL”教學(xué)法在《森工機(jī)械與裝備》課程教學(xué)中的嘗試

1.1 傳統(tǒng)的《森工機(jī)械與裝備》課程講授方法中存在的問(wèn)題

在傳統(tǒng)的《森工機(jī)械與裝備》課程教學(xué)中，教師在授課過(guò)程中起絕對(duì)的主要作用，學(xué)生只是聽(tīng)講，記筆記，極少有師生之間或?qū)W生之間對(duì)某些知識(shí)點(diǎn)展開(kāi)充分的討論。教師盡自己最大努力將鋸切原理和森工裝備的結(jié)構(gòu)與工作原理詳盡地闡述清楚，卻難以把握學(xué)生的領(lǐng)會(huì)程度。此外，《森工機(jī)械與裝備》課程教學(xué)內(nèi)容涉及木材切削基本理論、機(jī)械、電子、車輛、內(nèi)燃機(jī)、木材生產(chǎn)與管理、人機(jī)工程學(xué)等眾多學(xué)科，知識(shí)點(diǎn)比較分散，缺少將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)橫向聯(lián)系起來(lái)的綱領(lǐng)性的習(xí)題或?qū)嵺`課。在課程體系中缺乏承上啟下的連貫性，與基礎(chǔ)課脫鉤，與其它專業(yè)課聯(lián)系不夠。學(xué)生很難把鋸切原理與工作裝置設(shè)計(jì)聯(lián)系起來(lái)。有的學(xué)生在課程結(jié)束時(shí)還不明確學(xué)習(xí)鋸切原理的目的是什么，更談不上如何使用基本原理進(jìn)行工作裝置設(shè)計(jì)。結(jié)果學(xué)生往往開(kāi)始學(xué)習(xí)時(shí)還有較大的興趣，但是由于一直處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，在學(xué)習(xí)比較枯燥的基本原理后漸漸地失去了興趣。使本來(lái)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系很緊密的專業(yè)課，成了剛性記憶的“鐵板”知識(shí)，無(wú)法掌握和靈活運(yùn)用這些知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題［2］。從教學(xué)方法入手，改變傳統(tǒng)教學(xué)中的以教師為中心的教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)積極性的提高，是解決本科生學(xué)習(xí)專業(yè)課的有效方法［3］。

1.2 “PBL”教學(xué)法在《森工機(jī)械與裝備》課程教學(xué)中的教學(xué)模式

在“PBL”教學(xué)法實(shí)施過(guò)程中，由教師為學(xué)生創(chuàng)造具體環(huán)境，確定學(xué)習(xí)內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生提出探索性問(wèn)題。一般由6～10名學(xué)生和1名教師組成一個(gè)問(wèn)題研究小組。教師的作用是明確學(xué)習(xí)內(nèi)容，控制課程進(jìn)度，把握討論方向，確保達(dá)到教學(xué)大綱的要求，監(jiān)督學(xué)生完成規(guī)定的作業(yè)內(nèi)容，協(xié)助學(xué)生表達(dá)他們的研究結(jié)果。學(xué)生獨(dú)立尋找解決問(wèn)題的方法，并在課堂上討論、總結(jié)可能出現(xiàn)的多種答案。最后，由教師對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)和解決問(wèn)題的能力給予評(píng)價(jià)，給出成績(jī)。因此PBL教學(xué)法是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性的重要教學(xué)方法，是解決目前《森工機(jī)械與裝備》課程教學(xué)中存在問(wèn)題的有效手段。

根據(jù)《森工機(jī)械與裝備》課程教學(xué)內(nèi)容分散、學(xué)生人數(shù)較多的實(shí)際情況，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中對(duì)“PBL”教學(xué)模式進(jìn)行了適應(yīng)性的改革。課程教學(xué)的主體內(nèi)容仍由教師講授，將原本分散的部分教學(xué)內(nèi)容集中起來(lái)形成一個(gè)綜合性的設(shè)計(jì)題目。即由任課教師命題，指導(dǎo)學(xué)生完成。每十名學(xué)生為一組，根據(jù)成績(jī)和學(xué)習(xí)條件的方便性自由組合。在學(xué)習(xí)完基本切削原理后給出題目，由學(xué)生利用課余時(shí)間完成資料的查閱、計(jì)算、設(shè)計(jì)圖紙等工作。在講授完全部學(xué)習(xí)內(nèi)容后進(jìn)行課堂討論、總結(jié)，最后參觀實(shí)際的設(shè)備。整個(gè)過(guò)程僅占用4個(gè)學(xué)時(shí)。

2 “PBL”教學(xué)法在《森工機(jī)械與裝備》課程中的實(shí)施

2.1 問(wèn)題設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)“問(wèn)題”是教師的中心任務(wù)，教師必須精心準(zhǔn)備，把所講授的知識(shí)點(diǎn)貫穿在“問(wèn)題”中，并且這個(gè)問(wèn)題必須是開(kāi)放的、真實(shí)的和具有可探討性的。

《森工機(jī)械與裝備》這門(mén)課程的主要知識(shí)點(diǎn)包括木材切削基本理論、鋸鏈、鏈鋸結(jié)構(gòu)、人機(jī)工程學(xué)、采伐機(jī)械等。針對(duì)這些知識(shí)點(diǎn)，題目設(shè)置為“原條自動(dòng)造材分選設(shè)備”。這個(gè)題目體現(xiàn)了本門(mén)課程的多個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，并且與其它專業(yè)課和專業(yè)基礎(chǔ)課聯(lián)系緊密。為明確設(shè)計(jì)內(nèi)容并不失問(wèn)題的開(kāi)放性，確定設(shè)計(jì)任務(wù)為:將打枝后的原條按操作者的要求尺寸進(jìn)行造材，并根據(jù)造材后的原木尺寸進(jìn)行分選。技術(shù)要求如下:

(1)造材尺寸:2 m、3 m、3.5 m、4 m。

(2)原條最大直徑＜500 mm。

(3)原條最大密度＜1.4×103kg/m3。

同時(shí)考慮學(xué)生的實(shí)際設(shè)計(jì)能力，沒(méi)有對(duì)造材效率和設(shè)備成本控制提出具體要求。

設(shè)計(jì)內(nèi)容為:

(1)機(jī)械系統(tǒng)，包括送料、鋸切、分選、出料機(jī)構(gòu)。

(2)測(cè)試系統(tǒng):測(cè)試內(nèi)容包括造材長(zhǎng)度、原條長(zhǎng)度、造材直徑等 (設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)方案、選擇傳感器和數(shù)據(jù)采集方式)。

(3)控制系統(tǒng):控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)及安全保護(hù)機(jī)構(gòu)。(設(shè)計(jì)工藝流程、選擇控制器和執(zhí)行器、選擇軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)、設(shè)計(jì)程序框圖)

2.2 學(xué)生調(diào)查設(shè)計(jì)

教師把上述問(wèn)題介紹給學(xué)生后，給學(xué)生一個(gè)月的時(shí)間，讓學(xué)生進(jìn)行查閱資料、課下討論與設(shè)計(jì)。課下討論以小組為單位，由每組的小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織討論的全部過(guò)程，每小組自行確定討論時(shí)間。學(xué)生經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的準(zhǔn)備后，每組都要完成一個(gè)以上的設(shè)計(jì)方案。在進(jìn)行PBL教學(xué)前，由教師審核學(xué)生的設(shè)計(jì)資料，審核合格后，每組選擇1－2個(gè)方案，學(xué)生分組準(zhǔn)備PPT演示文稿，確定PBL課堂教學(xué)時(shí)間。

2.3 課堂實(shí)施

進(jìn)行PBL課堂教學(xué)時(shí)，每組每個(gè)方案選出一名代表，用8min的時(shí)間講解設(shè)計(jì)方案，其他組員補(bǔ)充。其他組同學(xué)自由提問(wèn)，本組同學(xué)解答，答辯總時(shí)間不超過(guò)15 min。每組抽一名同學(xué)負(fù)責(zé)其他一組同學(xué)的答辯記錄。

每組PBL結(jié)束后，小組成員進(jìn)行自我評(píng)價(jià)和組間評(píng)價(jià)，最后任課教師再對(duì)每個(gè)小組在設(shè)計(jì)方案、知識(shí)掌握、答辯表現(xiàn)等方面進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和補(bǔ)充。全部設(shè)計(jì)方案討論完畢后，教師概括性地總結(jié)討論問(wèn)題的要點(diǎn)，對(duì)共性問(wèn)題進(jìn)行詳盡分析，同時(shí)對(duì)各組的方案不足進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和補(bǔ)充，并給出成績(jī)。最后任課教師利用課余時(shí)間，帶領(lǐng)學(xué)生參觀實(shí)際的原條自動(dòng)造材分選設(shè)備，詳細(xì)分析每個(gè)系統(tǒng)構(gòu)造，讓學(xué)生從整個(gè)PBL教學(xué)中體會(huì)森工機(jī)械與裝備設(shè)計(jì)的全過(guò)程以及課內(nèi)各章節(jié)知識(shí)的應(yīng)用。

3 實(shí)行PBL教學(xué)法的效果與存在的主要問(wèn)題

在實(shí)施PBL教學(xué)法過(guò)程中，師生角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和主動(dòng)獲取知識(shí)的能力。雖然PBL教學(xué)環(huán)節(jié)的成績(jī)只占最終課程成績(jī)的5%，但絕大多數(shù)同學(xué)都能積極參加。通過(guò)課后問(wèn)卷調(diào)查，同學(xué)們普遍認(rèn)為，PBL教學(xué)法使他們對(duì)森工機(jī)械與裝備課程有了比較全面和系統(tǒng)的了解，消除了他們對(duì)裝備設(shè)計(jì)的“恐懼感”。同時(shí)學(xué)會(huì)了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中分工合作和處理人際關(guān)系，也學(xué)會(huì)了如何準(zhǔn)備答辯及答辯中的一些技巧。實(shí)踐表明，在該課程教學(xué)過(guò)程結(jié)束前實(shí)行4學(xué)時(shí)PBL教學(xué)對(duì)提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，自信心和學(xué)習(xí)興趣都有很大幫助。

通過(guò)一個(gè)教學(xué)年度的教學(xué)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)PBL教學(xué)法在《森工機(jī)械與裝備》課程教學(xué)過(guò)程中存在以下幾個(gè)主要問(wèn)題:

(1)PBL教學(xué)對(duì)教師的綜合能力提出了更高的要求。PBL教學(xué)是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，要求教師能采取靈活的方式組織教學(xué)。具備這種能力，不僅要求教師具有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，還要具備節(jié)目主持人式的應(yīng)變能力，把重點(diǎn)放在引導(dǎo)學(xué)生敢想、敢問(wèn)、會(huì)問(wèn)。既要善于解答學(xué)生無(wú)法回答的問(wèn)題，把握好討論方向，又要避免大包大攬，變成講授式教學(xué)。

(2)實(shí)踐表明，PBL教學(xué)對(duì)中等以上學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣和能力有很大幫助。但另一方面，考試結(jié)果和調(diào)查問(wèn)卷都顯示PBL教學(xué)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱和學(xué)習(xí)目的不明確的學(xué)生的影響非常有限。

(3)在實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生合作能力不強(qiáng)，只有少部分組的設(shè)計(jì)是合作完成的。大部分組的設(shè)計(jì)結(jié)果是每個(gè)學(xué)生單獨(dú)完成，然后經(jīng)“選舉”產(chǎn)生的。

(4)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)。學(xué)生PBL教學(xué)環(huán)節(jié)的成績(jī)主要來(lái)自學(xué)生互評(píng)和指導(dǎo)教師給分，主觀性強(qiáng)，目前還沒(méi)有客觀、統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)進(jìn)行調(diào)整的PBL教學(xué)法實(shí)踐，為學(xué)生提供了寬松的教學(xué)環(huán)境和氛圍，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)森工機(jī)械與裝備課程的積極性，對(duì)提高學(xué)生的裝備設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力和合作意識(shí)都有較大的幫助。在今后的教學(xué)過(guò)程中，如何合理發(fā)揮PBL教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)，解決已存在的問(wèn)題，尤其是建立量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等方面還有待進(jìn)一步地研究。

［1］劉寶存.美國(guó)研究型大學(xué)基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)模式［J］.中國(guó)高教研究，2004(10):60－62.

［2］蘇初旺，周叢矩，梁炳釗，等.森林工程專業(yè)教學(xué)建設(shè)與改革的實(shí)踐［J］.森林工程，2004，20(5):45 －46.

［3］楊鐵濱，薛 偉，辛 穎.《森工機(jī)械與裝備》課程教學(xué)改革探索［J］.森林工程，2011，27(4):85 －87.