“問題導向式教學法”在《工程數學》教學中的實踐研究

彭雨明

【摘要】 傳統 “以教師為中心”教學方法無法滿足我校轉型和人才培養目標的需要. 如何提升學生解決實際問題的能力及創新能力成為我們大學數學教學迫切需要解決的問題. 問題導向式教學法是典型“以學生為中心”的教學方法，它能滿足我們多種需求. 本文通過均值方差等數學模型對比施行傳統講授法的對照班和施行問題導向式教學的實驗班教學成績，得到不同教學方法下教學評估結果的異同. 然后通過層次分析法模型評價兩種教學模式，得出“以學生為中心”教學模式更行之有效的結論.

【關鍵詞】 以教師為中心；以學生為中心；問題導向式教學法；評估；評價

【基金項目】 2013年12月福特基金會“以學生為中心”的大學教學范式變革實踐與研究項目，編號：0130-1548.

一、問題的提出

近年來，隨著廣東白云學院轉型和人才培養目標的變化，如何培養高素質的技術型人才，具備較強的專業技能，能夠滿足未來工作崗位的需求，成為目前緊迫需要研究的根本任務.

《工程數學》是在我校工科各專業要求開設的一門專業基礎課. 它的作用突出表現為工具作用和培養學生各項素質及能力的作用. 在以前的《工程數學》教學中，工科班級課堂一般采用傳統教學模式，也就是以教師、學生、教材為中心的“舊三中心”模式，這種教學模式不能很好的培養學生解決實際問題能力，更談不上創新能力. 這和廣東白云學院目前轉型和人才培養目標變化明顯不符.

近幾年來在學校領導的大力支持下，我校學生參加全國數學建模比賽屢獲佳績. 如果僅僅靠老師課堂上培養的知識以及思考問題的方式，絕對不可能取得如此優秀的成績. 因為數學建模比賽需要學生具備廣泛的多學科知識、靈活的資料整合梳理的技巧、多樣的研究方法和寫作基本功以及創新的意識和思維能力，而這些能力技巧僅從傳統教學中無法全部獲得.

二、基本理論和方法

（一）“以教師為中心”

“以教師為中心”的傳統教學模式，它的特點就是由教師通過講授、板書及教學媒體的輔助，把教學內容傳遞或灌輸給學生. 老師是主動的施教者，學生是被動的外部刺激接受者即灌輸對象. 傳統教學模式的弊病，并不在于主張發揮教師的主導作用，而在于把教師的主導作用任意夸大并絕對化. 在傳統教學模式下，人類的學習過程被解釋為被動地接受外界刺激的過程，而教師的任務只是提供外部刺激，學生的任務則是接受外界的刺激. 目前我校大學數學教學主要采用這種模式. 由于教學內容較多，教師們多采用“填鴨式”的方法，這種教學方法完全扼殺了學生的探索精神和創新思維.

（二）“以學生為中心”

在“以學生為中心”的教學模式中，教師和學生不僅僅是教學者和學習者的角色，還共同擔任研究的工作，因為教學和研究探索在教學過程中是緊密結合的. 這種教學模式是一種討論式的模式，是師生在教學過程中共同研討學問，通過解決實際問題從而達到學習知識的教學活動. “以學生為中心”教學模式主要具有以下幾個優勢：（1）它打破了傳統的“三中心”教學制度；（2）使學生掌握科學研究方法，學會查閱、收集文獻資料的方法；（3）讓學生學會團隊協作；（4）提高學生的語言表達能力和應變能力.

（三）“問題導向式教學法”

問題導向式學習（Problem-based Learning，簡稱PBL）是國際上較為流行的教學方法，也是國內大學教育教學方法的改革趨勢. PBL教學是以問題為基礎，學生為主體，小組討論為形式，在教師輔導下進行的教學模式. PBL強調把學習置于復雜的有意義的問題情境中，通過讓學習者以小組合作的形式共同解決復雜的、實際的或真實性的問題，來學習隱含于問題背后的科學知識，以促進他們解決問題、自主學習和終身學習能力的發展. 教師是實施 PBL教學法的倡導者、設計者和具體執行者，學生的主體性需要在教師的指導下逐步培養和發展.

三、教學實施過程

PBL教學法帶有典型的“以學生為中心”教學范式的特點，為比較教學效果，我們選擇了我校工科某專業1班和2班作為這種教學方法的試點教學班級. 其中2班按照傳統教學模式“以教師為中心”講授法為主進行教學、而1班按照新教學模式“以學生為中心”問題導向式教學法為主進行教學. 為具教學效果的可比性，兩個班級在最終課程評估指標設置上大致相同. 本次實踐僅在新生第一學期進行.

（一）制定各項計劃、標準

結合“以學生為中心”教學方法要求和“問題導向式教學法”的特點，我們制定了下面各項標準：（1）課程矩陣設計，包括課程大綱；（2）課程綜合評價的標準；（3）課堂評價的標準；（4）課程總目標、活動以及評估方法；（5）單次課堂的目標、活動以及評估方法；（6）根據上面課堂的目標、活動以及評估方法確定每次課問題任務；（7）有關教學法的問卷調查，期初和期末都進行問卷調研，并及時進行統計和總結. 問卷有助教師了解學生學習實際情況；（8）學生對老師教學方面的評分表，目的是為了促進教師的教學.

（二）課堂教學具體組織實施辦法

1. 學習分組

PBL教學一般采用分組，以小組討論形式進行“教”與“學”，組員在選擇時要考慮到學生的性別、基礎層次、性格等諸多特點. 1班共有61人，所以共分了10個小組，除了一個小組七個人，其他小組都是6人，每組自選確定1位組長和1名記錄員.

2. 案例編寫

PBL案例的編寫是影響PBL教學成敗的關鍵因素之一. 案例編寫需問題難易適中，符合學生專業背景和認知水平；設計結構不良性案例，可更多地引起學生們對解決問題的吸引力；從貼近實際生活的常見案例中提取，讓學生愿意去思考、提問，并進而查閱相關資料.

3. 集中討論

每一案例每組有至少1次集中討論機會. 在每次討論前，老師會把主要問題打印下發，每個小組學生根據案例材料提出的問題，通過教科書、圖書館、互聯網等途徑去查閱和問題相關的材料，為課堂匯報討論做好準備. 匯報一般在課室進行，采用分組匯報形式. 每次課堂由教師根據本次課的目標，整理匯編出五個問題，由其中五個小組分別負責解答，而其他另外五個小組做評分小組，下次課則輪換進行. 匯報前，教師會鼓勵每個組員提出各自的觀點，讓大家相互合作使問題在探討的過程中得到解決. 匯報過程中，學生出現了錯漏情況，教師要及時發現，但不是自己即刻去解答，而是圍繞該問題提出質疑，引導全體學生積極思考；教師及時肯定學生回答問題過程中所表現出來的優點，引導其踴躍發言，拓展其思維過程，并使問題的探討循序漸進、逐步深入.

4. 課堂教學評估反饋

每個小組匯報問題結束后，必須要對學生的各方面的表現進行評估. 借鑒“臺灣中山大學PBL教學評量表”，我們制定了三個量化評估表，以此進行課堂評價：（1）對學生的評價：包括“師對生”、“生對生”等兩個主要方面的評價. 這兩方面的評價涉及學生期末總評成績的構成，為綜合成績的構成指標之一. （2）學生對教師的評價；利于教師掌握學生學習情況、根據反饋回來的信息了解學生的態度，方便教師及時調整教學內容和方法等.

5. 課程綜合評估

課堂表現評價只是學生期末綜合總評成績的組成一部分， 工科某專業1班和2班教學方法不一致，為了保證綜合成績評定的公平性和可比性，因此在綜合成績的構成指標設置上做了如下的考慮：

1班實施問題導向式教學法為主教學方法，2班實施傳統講授法為主教學方法，課程期末綜合評價指標及權值設置如表一：

（一）兩個教學班單項成績的對比

對于單項成績比較，采用統計學中常用的下列數學模型來進行，比如均值、方差、中位數、眾數、最高分、最低分等；最后進行F檢驗＼T檢驗和相關性檢驗.

利用上述模型進行兩個班級的單項成績比較如下表三：

從F檢驗從結果來看，新的教學方法對論文成績的方差有顯著性影響. 從T檢驗從結果來看，新的教學方法對論文成績的均值也有顯著性影響

采取同樣方法，得出下面的結論：新的教學方法對基礎知識成績、應用題成績，綜合成績的方差沒有顯著性影響；新的教學方法對基礎知識成績、應用題成績，綜合成績的均值沒有顯著性影響.

（三）單項成績的相關性分析結果

再利用進行兩個班級平時成績的相關性分析，結果如下：

說明兩個班平時成績和教學方法沒有顯著性關系.

同理可以檢驗兩個班基礎知識成績、應用題成績、綜合成績和教學方法也沒有顯著性關系，但是論文成績和教學方法有顯著性關系.

五、兩種不同教學范式有效的評價

評價兩種教學范式的有效性不能光通過學生的單項或綜合成績，也就是教學效果來評定，還需要綜合考慮其他方面，比如教學實施的難易程度、教師滿意度，學生滿意度等準則. 為此利用層次分析法，設置層次結構圖如下圖：

利用“專家訪談法”采集數據，根據專家訪談的結果，結合我校教師和學生在教學過程期初和期末的問卷調查意見，得到下面的判斷矩陣：

從上面的計算可以得出在A準則下，B1、B2、B3、B4 權值分別為0.474397、0.071571、0.319635、0.134396.

下層判斷矩陣較為簡單，分別計算可以得出在“B1、B2、B3、B4”準則下“C1、C2”的權職分別為0.67、0.33、0.25、0.75、0.75、0.25、0.67、0.33，故：

從上面的計算結果可以得出結論：“以學生為中心”是一種對于我校學生來說更有效的教學范式.

六、小結與體會

“以學生為中心”問題導向式教學法對于我們教學來說，也是一種全新的嘗試，我們在教學過程中如果能夠實現課程最終目標，真正實現教學相長，切實提升學生解決各種實際問題的能力，特別是創新能力，那將是一種積極的教學改革的方向，值得我們不斷去改進、總結和推廣.

【參考文獻】

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