基于PBL的工科專業課程教學探索與應用

彭芳 劉保軍 黎萍

摘要：傳統的工科專業課程教學，忽視了學生自主探究及創新實踐能力的培養，基于項目的學習（Project Based Learning）是以學生為中心、以項目為基礎的探究型學習模式。本文分析了PBL在工科專業課的應用模式，并結合實踐給出了PBL在工科專業課程的具體實施方案和步驟，以及實施過程的注意事項。實踐結果表明，PBL能顯著提升學生的自主學習能力、協作能力、創新能力、實踐能力和解決問題的能力。

關鍵詞：PBL；工科；專業課程；教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）12-0178-03

工科專業課具有實踐性、應用性強的顯著特點，以應用型人才培養為主的普通本科院校，在工科專業課程教學上應該與實際應用相結合，培養動手能力強、有創新意識的工程人才。傳統的講授教學以掌握專業課程基礎理論為導向，以深入探究專業核心知識點為主，知識點之間缺乏系統銜接，同時也忽視了學生自主學習和實踐創新能力的培養，教學理論與應用實踐相脫節。要改變這種現狀，就必須探索能引發學生自主思維的新型教學模式，而基于PBL的學習就是其中很有效的一種。

一、PBL學習模式與特征

（一）PBL學習模式

PBL是以學生為主體、以問題為起點、以項目工作為重要環節，將知識獲取與知識應用相結合的探究型學習模式[1]。是一種通過讓學生開展一段時期的調研、探究，致力于用創新的方法或方案，解決一個復雜的問題、困難或者挑戰，從而在這些真實的經歷和體驗中習得新知識和獲得新技能的教學方法。PBL強調為學習創設有意義的項目情境，提倡學習者以小組合作的形式完成適當項目的設計與制作，從而學習和鞏固隱含于項目背后的理論知識，提高他們解決實際問題的能力、自主學習、合作學習以及終身學習的能力[2]。這里的項目泛指與真實需要有關的項目設計、產品研發、現象調查、問題解決，它們很可能是學生在未來專業領域遭遇的問題。學生作為學習主體圍繞項目涉及問題開展主動學習、探究學習，通過積極探索“真實世界”的挑戰和問題，學生以期獲得更深層次的知識。與傳統的以教師為主導的課堂活動不同，學生通常必須在項目課程中組織自己的工作和管理自己的時間，而教師則扮演促進者的角色，與學生合作，構建有價值的問題，構建有意義的任務，指導知識開發和社會技能，并仔細評估學生從經驗中學到了什么。這種真實世界的問題往往能夠抓住學生的興趣，引發學生認真的思考，從而讓學生成為項目的研究者和自己學習的評估者。Thomas Markham（2011）指出“PBL是一種知行合一的教學方法”，這與約翰·杜威最初提倡“做中學”的學習理念相一致。教學不再是直接地將知識灌輸給學生，而是要讓學生在活動中直接地獲取經驗和知識。學生通過教師的有效指導在探究中逐步構建起自己的知識結構，從而讓學生在實踐中建構基礎性的科學知識，在實踐中去探究解決問題的方法，實現“做”中“學”。

（二）PBL的內涵與特征

PBL的關鍵要點是自主性學習、協作性學習、項目設計、問題解決等，強調學生的學習能力和實踐能力的培養。實踐表明，基于項目的學習具有多種特征：（1）以項目為驅動力。項目是學習活動的起點，項目的執行需要通過一系列相互關聯的任務才能達到項目目標；項目是期望的結果或產品，項目需要使用各種資源來完成，包括人力、設備、原材料和工具；項目有具體的時間和周期；以項目來組織和激發學生的學習，發揮學生能動性達到項目預期目標。（2）多種學科知識的交叉。解決項目所提出的問題需要運用多門學科的知識，在作品的制作過程中，學生需要將多門學科知識綜合起來理解和學習。（3）自主探究與合作學習相結合。學生在自主探究的前提下，以小組合作的形式進行學習。PBL可以讓學生進行批判性思維，提高合作、交流能力和創造力。（4）學習是對現實生活進行探究。建立項目與現實生活的聯系，通過探究學生獲得學科知識的核心概念和原理，從而掌握一定的技能。（5）學習收獲豐富。基于項目的學習需要學生學習書本知識的同時參與實踐活動，既吸收前人的文化傳承，又大膽探索創新。這就使得學生的收獲不但是多方面的，而且是富有個性的，學生正是在一個個項目的學習中得到了發展[3]。（6）評價方式多樣。PBL不但要求對學習成果進行評價，同時也強調對學習過程進行評價。結合問卷調查、訪談等各種手段，教師需要進行定量評價和定性評價，同時開展個人評價、團隊評價、自我評價和他人評價等各種評價相結合的評價方式。

二、PBL應用模式

考察國內外高校工科專業教學過程中的PBL應用模式，大致可分為三種：單元應用模式、課程應用模式和綜合應用模式。（1）單元應用模式為PBL的初級應用模式，以課程單元章節學習為目標，確定為達到學習目標所需要解決的核心問題，設計一個合適的PBL項目，在教師的引導下，學生采取自主協作方式完成專業理論知識的學習，幫助學生在理解問題、解決問題的基礎上更好地掌握知識，提高學習效率。（2）課程應用模式為PBL的中級應用模式，應用于整門課程，通過引入一個較大規模的PBL項目，幫助學生探索真實情境和課程知識之間的結合點，當學生在解決問題的情境中獲得并應用新知識時，現實世界的問題會抓住學生的興趣，激發學生的認真思考。教師采用以PBL教學法為主，講授教學和其他先進教學方式相結合的方式，與學生一起探討有價值的問題，構建有意義的任務，引導學生最終完成相應的專業課程學習。（3）綜合應用模式為PBL的高級應用模式，應用于總整課程（Capstone Course）等綜合性教學課程或活動中，教學法貫穿于所有相關專業課程的學習，由于涉及問題較為復雜，往往集成了幾門專業課程甚至是不同學科的知識，用于解決復雜程度較高的工程性問題，學習成果是具有一定市場價值的創新產品。通過該PBL模式的應用，能夠幫助學生構建專業知識體系，探究專業知識的應用技巧，提升專業技能。

三、PBL在工科專業課程的實施方法

根據工科專業課程的特點，結合前述的PBL應用模式，在具體實施過程中，可分為選定項目、方案設計與評價、制定計劃、作品制作、成果交流、活動評價六個基本步驟。PBL在工科專業課程的實施過程及教師與學生的具體分工如圖1所示，在基于PBL的學習模式中，教師從知識的傳授者轉變為引導者，起到協調理論知識和實踐知識、指導和監督學生學習、鼓勵和反思教學過程等方面的作用。學生不再是被動的接受者，而是一個實踐共同體中的積極參與者、實踐者。學生在老師構建的項目實踐的參與和交互中，逐漸掌握專業技能，實現自我導向的學習。

（一）選定項目

在PBL實施中，項目的選定至關重要，項目設計應遵循以下原則：（1）項目來源于現實生活；（2）項目所涉及的問題應該涵蓋所要求的專業課核心內容；（3）項目難度應該與學生能力相符，過于簡單的項目，不能很好挖掘學生的潛力，太難的課題，又會打擊學生的積極性。Graaff等（2003）就根據學生自治程度的不同定義了三種不同類型的項目[4]：一是，任務項目（task project），項目由指導教師給定，教師通常設置好幾個項目，讓學生選擇，學生按照指導教師的要求開展項目，學生可以在完成項目的同時培養興趣，掌握知識的目的。二是，學科項目（discipline project），指導教師定義項目的學科領域，制定所要使用的各種方法，但具體的項目和具體方法的設計由學生來確定。三是，問題項目（problem project），即項目及其使用的方法完全由學生自主選擇，教師一方面認可學生的自主性，但也要求學生達到課程目標。以上三種項目擬定方式，教師可以根據學生的特點來分別采用，鼓勵部分有創新意識的學生發揮創新精神，進行大膽的自主選題。學生采取自行組團。

（二）方案設計與評價

學生根據項目主題，查找資料，深入探究，確定核心問題，提出問題解決策略，設計出切實可行的方案。教師對學生的設計方案從可行性、與專業課程內容結合程度、解決問題的難易程度等進行分析、評價，指導學生完善方案。

（三）制定計劃

學生對項目方案進行工作分解，確定各組員具體工作，根據教師要求的時間節點，撰寫詳細計劃書，確定項目進展計劃和時間流程安排。

（四）作品制作

作品制作過程中，小組成員之間要進行廣泛的交流和討論、進行知識分享與相互促進，逐漸形成自我引導的學習方式，學生運用自主探究所獲得的知識和技能完成作品的制作。教師隨時監督跟蹤學生的制作進展，確保項目開展進度，引導學生提出問題，培養學生解決問題的能力。

（五）成果交流

教師安排各學習小組進行成果匯報，各項目組不僅要進行實物演示，教師還應該引導學生運用各種展示工具對項目研究成果及研究過程進行全方面展現，如論文、圖表、圖像、動畫、視頻等，交流項目開發經驗和體會，分享他們在項目學習過程中所獲得的經驗知識和掌握的技能，可以使學生獲得成功的體驗，增強自信心和滿足感，促進學生學習活動的進行。通過學生之間的討論與交流，有利于學生對新知識的建構，使學生對研究成果更加清晰、更加科學，使所學知識在交流的基礎上得以升華。

（六）活動評價

PBL的成果評價包括定量評價和定性評價、對個人的評價和對小組的評價、自我評價和他人評價。評價的內容包括課題的選擇、學生在小組學習中的表現、作品完成情況、成果展示等方面。評價主體包括教師、自己和他人。教師可采用調查問卷的形式，檢查PBL活動開展是否到位，并認真評估學生從經驗中學到的知識和技能，對教學過程中反映出的問題及經驗進行總結與反思，以期為下一次PBL教學做好準備。

四、PBL實施探討

筆者在所教授的《單片機原理及接口技術》、《專業綜合實踐》等專業課程上皆不同程度的使用了PBL教學模式，從實施結果看需要注意以下幾點。

第一，以團隊合作的形式開展學習，容易出現成員分工不同，出力不均，少數成員不配合，自身不努力，分配的任務無法完成，只能由他人代勞，從而出現“搭便車”的現象。初步考慮采用在實施過程中間開展一次組內互評，并采取請出機制，如果團隊的其他所有成員同意某同學應該退出該團隊，則該生將直接終止PBL學習，不能通過課程考核。

第二，由于采用了與傳統講授方式完全不同的教學模式，教師只起引導作用，新知識的學習完全依賴于學生自己，從學習的效果看，有一部分同學已經依賴慣老師，自學不到位，新知識掌握的不夠牢固，學習效果達不到預期等問題。從已有現象分析，還是組內交流不到位導致的，有些同學不善于溝通，不懂也不問，不去想方設法弄明白。

第三，成果交流環節流于形式，交流不夠深入，很多同學對他人的作品缺乏思考與判斷，不能較深入地發現問題和提出問題，對新知識的吸收與消化不夠。學生間交流溝通不積極不主動，需要教師引導下，才能挖掘出作品的核心問題。

五、結論

基于PBL的學習充分調動了學生的積極性和主動性，有利于學生自主學習能力、創新能力、協作能力的培養，PBL能顯著提升學生解決問題的能力，加強學生的專業素養。如何更好地與傳統教學相結合，在工科專業課程教學過程中取得更加顯著的成果，還需要廣大教師和教研人員的通力合作。

參考文獻：

[1]朱楓.國內項目教學法的研究[J].教育理論與實踐，2010，（9）：54-56.

[2]殷永帥.PBL教學模式在教育技術學專業實踐類課程中的應用研究[D].山東師范大學，2014.

[3]高志軍，陶玉鳳.基于項目的學習（PBL）模式在教學中的應用[J].電化教育研究，2009，（12）：94-97.

[4]de Graaff，E.Kolmos，A.Characteristics of problem—based learning[J].International Journal of Engineefing Education，2003，19（5）：657-662.

Exploration and Application of Engineering Course Teaching Based on PBL

PENG Fang，LIU Bao-jun，LI Ping

（University of Electronic Science and Technology of China，Zhongshan Institute，

Zhongshan，Guangdong 528402，China）

Abstract：Traditional engineering major courses teaching has neglected the cultivation of the students' independent inquiry and practice innovation ability. Project-based Learning is a student-centered，project-based research learning model. This paper analyzes the application mode of PBL in engineering major courses，and puts forward the concrete implementation plan and procedure of PBL in engineering major courses，as well as the attentions of the implementation process. The practical results show that PBL can significantly improve students' ability of autonomous learning，collaboration ability，innovation ability，practical ability and problem solving ability.

Key words：PBL；engineering；major courses；teaching