基于PBML的機械類專業(yè)課新型教學(xué)模式探討

[摘 要] 結(jié)合機械類專業(yè)課程特點，提出一種全新的PBML教學(xué)模式，融合基于項目的學(xué)習(xí)和基于模塊化教學(xué)兩種教學(xué)模式，取長補短，實現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容模塊化、學(xué)習(xí)過程項目化，其本質(zhì)是一種探究性、任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式。將傳統(tǒng)教學(xué)中以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以教材為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴绊椖俊睘橹行模哉鹿?jié)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴澳K”為中心，以知識講解為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫嵺`運用為中心。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)模式；機械類專業(yè)課；PBML

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634（2013）01-0066-03

0 引言

瑞士洛桑國際管理開發(fā)研究院調(diào)查研究表明中國工程科技人員總數(shù)排名世界第一，但是合格工程師的指標世界排名第36位，這與我國高校在工程類人才培養(yǎng)的教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)中所存在的問題有著直接的聯(lián)系[1]。因此，改革與創(chuàng)新教學(xué)模式、加強實踐環(huán)節(jié)已成為21世紀培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要工作。

在國外，關(guān)于探究性的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式最早可以追溯到19世紀末20世紀初美國興起的實用主義教育思想。實用主義教育思想在批判傳統(tǒng)學(xué)校教育的基礎(chǔ)上提出了“從做中學(xué)”的基本原則。在實用主義教育思想提出的前后，許多心理學(xué)家和教育學(xué)家也都在積極的探索各種教學(xué)方法，如發(fā)現(xiàn)法、啟發(fā)式教學(xué)法以及自主學(xué)習(xí)法等。上述這些研究都闡述了要使學(xué)生成為主體，引導(dǎo)學(xué)生探究和發(fā)現(xiàn)知識、培養(yǎng)能力，應(yīng)采用項目（或任務(wù)、問題、情境）式的教學(xué)方法。而模塊化教學(xué)法則是20世紀70年代初由國際勞工組織研究開發(fā)出來的以現(xiàn)場教學(xué)為主、以技能培訓(xùn)為核心的一種教學(xué)模式，它一出臺就在許多國家特別是發(fā)展中國家得到了廣泛的應(yīng)用。近年來國內(nèi)一些有識之士已經(jīng)看到傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，并著重對課堂教學(xué)方法進行改革嘗試，把國內(nèi)外較為盛行的“項目教學(xué)法”、“模塊化教學(xué)法”分別引進了工科教育。在培養(yǎng)學(xué)生思維能力，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，提高其分析、解決問題的能力上取得了一定的成效。李勝強等人利用自我效能理論，通過調(diào)查問卷形式證實以項目為基礎(chǔ)的教學(xué)方法可提高工科學(xué)生的工程實踐能力[2]。尹凱和夏紅梅等人則分別在臨床醫(yī)學(xué)類和機械類課程開展基于項目的教學(xué)改革[3-5]。鹿玲等人提出以零件工藝項目化為教學(xué)主線，改革傳統(tǒng)機械制造工藝學(xué)課程[6]。馬軍等人在CAD/CAM教學(xué)中采用基于模塊化教學(xué)[7]。王田等人對比模塊化教學(xué)效果，得出模塊化教學(xué)法更有利于提高高等醫(yī)學(xué)院校計算機課程的教學(xué)成效[8]。但“項目教學(xué)法”、“模塊化教學(xué)法”的單獨應(yīng)用亦有其局限性[9]，尤其在機械類專業(yè)課程教學(xué)上更顯得有所不足，往往會造成理論與實踐相脫節(jié)，從而產(chǎn)生教學(xué)上的種種弊端。楊叔子院士指出教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法的改革是高等教育教學(xué)改革的核心[10]。鑒于以上原因以及機械類專業(yè)課程在工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的地位、作用與受益學(xué)生數(shù)和現(xiàn)狀分析，為適應(yīng)目前應(yīng)用型人才特別是“卓越人才”培養(yǎng)的目標，對該類課程的教學(xué)體系和教學(xué)方法的改革勢在必行。

1 PBML教學(xué)模式建構(gòu)與實施過程

基于項目的模塊化學(xué)習(xí)（Project Based Modular Learning，PBML）是將學(xué)生導(dǎo)入一個仿真或真實的情景，在引導(dǎo)、啟發(fā)、鼓勵學(xué)生進行協(xié)作完成教學(xué)項目的過程中掌握知識和能力。PBML是一種全新的教學(xué)模式，結(jié)合機械類專業(yè)課程特點，融合基于項目的學(xué)習(xí)和基于模塊化教學(xué)兩種學(xué)與教的模式，取長補短，實現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容模塊化、學(xué)習(xí)過程項目化，其本質(zhì)是一種探究性、任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式。將傳統(tǒng)教學(xué)中的以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，由以教材為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴绊椖俊睘橹行模哉鹿?jié)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴澳K”為中心，由以知識講解為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫嵺`運用為中心。PBML的新型教學(xué)模式的建構(gòu)如圖1所示。

1.1 PBML教學(xué)模式建構(gòu)

PBML教學(xué)體系的主線和核心是建立教學(xué)模塊庫和綜合性項目。在教學(xué)內(nèi)容編排上突出綜合化和基礎(chǔ)化。教學(xué)內(nèi)容的模塊編排，既要注意系統(tǒng)性、連貫性，更要注重綜合性的整體和整體性的優(yōu)化。教師根據(jù)教學(xué)大綱目標和學(xué)生接受教育的能力，適當?shù)卣{(diào)整教學(xué)內(nèi)容模塊，同時鼓勵學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)條件適當增加一些內(nèi)容模塊，以突出學(xué)生的個性發(fā)展。采用模塊化分割理論教學(xué)內(nèi)容需要指導(dǎo)老師在吃透選定教材的基礎(chǔ)上，以促進學(xué)生建立合理的認知結(jié)構(gòu)為目的，把教材的內(nèi)容按一定的知識模塊重新編排。編排的原則之一是既要切合學(xué)生的認知過程，由易到難、由淺入深，又要保證知識的連貫性、系統(tǒng)性，以形成特定的知識體系；原則之二是教師在傳授一定結(jié)構(gòu)教材的同時，教會學(xué)生獨立發(fā)展知識結(jié)構(gòu)，按自己的興趣與需求對學(xué)習(xí)材料進行加工組織。這樣，經(jīng)過自己獨立組織的知識結(jié)構(gòu)，由于思維活動的積極參與，將有利于促進知識遷移；原則之三是編排的教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)整體優(yōu)化的特點，以實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容模塊之間的交叉、滲透和銜接，避免重復(fù)，以較少的學(xué)時使學(xué)生獲取更多的知識信息。

PBML中模塊的建立過程猶如計算機軟件的開發(fā)過程。為此，首先必須仔細研究教材，確定按什么方式將課程分成適當?shù)哪KM1，M2，…，Mn（一般按照章節(jié)內(nèi)容進行分解）。每一模塊體系都有一個主導(dǎo)思想，是該模塊體系知識總體內(nèi)在聯(lián)系的共同的基礎(chǔ)知識，同時也是為學(xué)生再學(xué)習(xí)、再認識提供合理支撐點的科學(xué)知識。每個模塊是完整獨立的個體，有自己明確的觀點、概念、規(guī)律、目標和方式，然后模塊之間又緊密相連，前者是后者的基礎(chǔ)，整個模塊體系又統(tǒng)一于一個共同的主導(dǎo)思想（如教學(xué)大綱）中。模塊和主導(dǎo)思想如同血與肉的關(guān)系，主導(dǎo)思想保證了模塊教學(xué)過程的發(fā)展，在PBML教學(xué)中起到知識的整合作用并圍繞主導(dǎo)思想產(chǎn)生個別構(gòu)成因素的聯(lián)系。

針對項目任務(wù)和內(nèi)容設(shè)計，項目任務(wù)應(yīng)能激發(fā)學(xué)生的興趣，項目的選取應(yīng)結(jié)合機械類相應(yīng)專業(yè)課程，難易程度與學(xué)生當前學(xué)習(xí)水平應(yīng)相當，具有一定的實際應(yīng)用價值。項目內(nèi)容應(yīng)涵蓋課程的主要教學(xué)內(nèi)容，進度安排上具有系統(tǒng)性、層次性和科學(xué)性。一個大型項目可以結(jié)合知識模塊化，分解成為相應(yīng)的多個子項目形式P1，P2，…，Pn。采用項目和任務(wù)引領(lǐng)教學(xué)路線，從具體的工作環(huán)節(jié)或知識運用出發(fā)，由具體的、局部的知識逐步擴展到全面的、比較抽象的知識，通過一個任務(wù)的剖析和完成，把模塊內(nèi)的教學(xué)與實踐的知識及運用緊密聯(lián)系起來。

1.2 PBML教學(xué)模式的課堂實施方法

1）劃分小組。依據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成績、知識結(jié)構(gòu)、認知能力、認知方式等劃分小組，小組人數(shù)以6～8人為宜，并推選組長。一般采用互補方式，如成績好的學(xué)生與成績差的學(xué)生相搭配，既有利于差生的轉(zhuǎn)化，又有利于促進優(yōu)等生的靈活變通，即所謂“教學(xué)相長”；不同知識結(jié)構(gòu)的學(xué)生相搭配，可以取長補短，相互借鑒；不同認知方式的學(xué)生相搭配，在發(fā)揮各自優(yōu)勢的情況下相互學(xué)習(xí)，使認知風(fēng)格“相互強化”。

2）確定模塊內(nèi)容。教師要認真研究“新課標”，分析教材，確定教學(xué)的目標、內(nèi)容、重點、難點、疑點，劃分教學(xué)模塊，要考慮學(xué)生的心理特征和興趣愛好，以便確定相應(yīng)的模塊內(nèi)容。

3）布置項目任務(wù)。一節(jié)課的教學(xué)目標、教學(xué)內(nèi)容，需要通過完成一項或幾項具體的任務(wù)融合到教學(xué)過程中。一項好的任務(wù)是完成教學(xué)目的的關(guān)鍵，要把知識與技能、過程與方法等目標融入任務(wù)中，使任務(wù)有利于學(xué)生個性的發(fā)展。確定要完成的任務(wù)后，教師要向?qū)W生具體詳細地講清任務(wù)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

4）學(xué)生實施。教師作為教學(xué)組織者，要掌握教學(xué)的指揮、調(diào)度，要指導(dǎo)學(xué)生了解怎么做，幫學(xué)生想辦法、找出路，特別是對有困難的學(xué)生要給予必要的指導(dǎo)，使每個學(xué)生都能順利完成任務(wù)。這一階段，教師作為學(xué)生“導(dǎo)航者”，要使學(xué)生在親切友好、和諧平等的氣氛中進行知識、技能的學(xué)習(xí)。

5）評價結(jié)果。學(xué)生完成任務(wù)之后，教師要進行討論、總結(jié)、評比，使教學(xué)內(nèi)容得到進一步的強化。各小組學(xué)生代表要依次對完成的任務(wù)發(fā)表見解，其他小組提問或發(fā)表自己的看法，由老師或小組負責人進行總結(jié)，最后由老師評價。評價包括學(xué)生對知識的掌握程度、運用知識解決新問題的能力以及學(xué)生在活動中的表現(xiàn)等，注意多褒獎、少貶低，以激發(fā)學(xué)生進行下一輪學(xué)習(xí)的興趣。

1.3 PBML教學(xué)模式實踐

結(jié)合目前主持的國家自然科學(xué)基金項目，設(shè)定“旋轉(zhuǎn)機械故障模擬實驗平臺設(shè)計”子項目。該實驗臺的功能主要是模擬軸承和齒輪的故障模式，要求結(jié)構(gòu)盡量緊湊。以此子項目為核心，分成若干子模塊，如“M1模塊——基于3D軟件試驗臺造型（P1）”、“M2模塊——關(guān)鍵部件設(shè)計與分析（P2）”、“M3模塊——模型運動仿真和圖形處理（P3）”。在M1模塊中采用Pro/E軟件設(shè)計出試驗臺結(jié)構(gòu)如圖2所示，在M2模塊中采用ANSYS軟件分析結(jié)構(gòu)強度，在M3模塊中采用Pro/E軟件中的Mechanism Design Extension模塊進行運動仿真，并最終輸出2D圖紙。上述的M1、M2、M3模塊實際上對應(yīng)了《機械CAD/CAM技術(shù)》課程中CAD的幾何造型、工程分析、仿真模擬和圖形處理四個基本組成。從實際項目中深刻理解CAD的含義：以計算機為工具，通過人機交互，處理產(chǎn)品設(shè)計過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完成整個產(chǎn)品設(shè)計過程的綜合性技術(shù)。同時在學(xué)習(xí)過程中，略去了學(xué)生已經(jīng)普遍掌握的計算機軟硬件和網(wǎng)絡(luò)等知識內(nèi)容。試驗臺最終設(shè)計的模型如圖2、3所示，設(shè)計完成之后進而轉(zhuǎn)入M4模塊——計算機輔助工藝設(shè)計（CAPP）（P4）和M5模塊——計算機加工模擬（CAM）（P5）。在M4模塊中完成對關(guān)鍵加工部件的毛坯設(shè)計、工藝路線、工序設(shè)計和工藝文件等任務(wù)，而在M5模塊中則需要完成形面定義、刀具選擇、加工參數(shù)定義、刀軌計算和加工模擬等任務(wù)。通過具體實施項目實例，圍繞5個模塊內(nèi)容將CAD/CAPP/CAM內(nèi)容進行集成，并結(jié)合多種大型軟件重點講述3C所涉及的幾何建模、工程分析、工程繪圖、工藝規(guī)劃、數(shù)控編程、模擬仿真和數(shù)據(jù)處理等知識點，理論與軟件學(xué)習(xí)并行，學(xué)生的積極性也大大提高，教學(xué)效果良好。

2 PBML新型教學(xué)模式的優(yōu)勢

1）在機械類專業(yè)課的教學(xué)過程中率先提出PBML式教學(xué)模式。打破了傳統(tǒng)的基礎(chǔ)理論-專業(yè)理論-專業(yè)技能分段式教學(xué)模式，而是以能力訓(xùn)練模塊為基礎(chǔ)，在模塊化分解課程知識基礎(chǔ)上，采用實踐-理論-實踐不斷循環(huán)的教學(xué)方法，讓學(xué)生從宏觀角度掌握所學(xué)專業(yè)知識，從實踐中去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并在老師的引導(dǎo)下解決問題，充分體現(xiàn)了學(xué)習(xí)過程中學(xué)生的主體地位。

2）注重對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。PBML教學(xué)模式依據(jù)學(xué)生心理的變化尋求適當?shù)慕虒W(xué)方法，設(shè)計課程教學(xué)方案，培養(yǎng)其思考問題、分析問題的能

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力。它站在“學(xué)”的角度，提出在課程教學(xué)模式改革中，以學(xué)生為主體，遵循心理學(xué)認知規(guī)律，將適宜的教、學(xué)形式有機結(jié)合。

3）促進教師提高自身專業(yè)水平。PBML教學(xué)模式要求教師有豐富的專業(yè)知識和多個軟件的應(yīng)用能力，對教師來說也是一種積極的促進作用。因此，PBML教學(xué)法在培育學(xué)生能力的同時也促進教師提高其自身的教學(xué)能力，包括知識儲備、應(yīng)變能力等等。

3 結(jié)束語

PBML是一種融合基于項目的學(xué)習(xí)和基于模塊化教學(xué)的全新教學(xué)模式。它采用模塊化分割理論教學(xué)內(nèi)容，采用項目和任務(wù)引領(lǐng)教學(xué)路線，以實現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容模塊化、學(xué)習(xí)過程項目化，其本質(zhì)是一種探究性、任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式，實踐效果良好。這種新型教學(xué)模式從學(xué)生學(xué)習(xí)方式上來講，應(yīng)當是一種開發(fā)性（或稱為運用性）的教學(xué)；從教學(xué)方法上來講，應(yīng)當是一種帶有啟發(fā)性質(zhì)的教學(xué)；從教學(xué)目的上來講，應(yīng)當是一種培養(yǎng)工科學(xué)生理論聯(lián)系實際的教學(xué)；從教學(xué)結(jié)果來講，應(yīng)當是一種使學(xué)生具備獨立運用各種相關(guān)專業(yè)知識解決實際工程設(shè)計、制造問題能力的教學(xué)。PBML教學(xué)從具體的工作環(huán)節(jié)或知識運用出發(fā)，由具體的、局部的知識逐步擴展到全面的、比較抽象的知識，通過一個任務(wù)的剖析和完成，把模塊內(nèi)的教學(xué)與實踐的知識及運用緊密聯(lián)系起來。

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