材料科學與工程領域中PBL教學模式的道法術

郭小平+曹占義

摘要：為了提升材料科學與工程領域學生創新能力培養效率，將PBL教學模式引入課內外教學過程，并從道法術三個層面上定義了該領域中PBL教學模式中的核心理念。經過三年在汽車新材料課程教學實踐中的不斷完善，形成了學生自主學習和教師輔助教學兩個積極性的和諧統一局面，有力提升了學生創新能力和工程實踐能力。

關鍵詞：PBL教學模式；課堂教學；自主學習；汽車新材料

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）03-0189-02

一、引言

基于問題的學習（Problem-based Learning，PBL）模式創立于上世紀60年代的國外醫藥學院，之后便不斷擴展領域和地域，形成了各學科普遍采用的教學模式。目前，PBL已經成為各級各類學校研究性學習中的一種積極、有效的教與學的策略與手段。但PBL的有效使用，需要師生從傳統的教學模式中轉換出來，教師和學生要具備與之相適應的觀念和行為以及恰當的評估方式。本文從道法術三個層面上定義了該領域中PBL教學模式中的核心理念，并報告了采用PBL教學方式進行汽車新材料課程教學的實踐體會。

二、材料領域PBL教學的道法術

1.材料科學領域中PBL教學之道。此處我們所稱之“道”是中國古代哲學的重要范疇，界定在老子哲學所指宇宙的本原和普遍規律范疇之內。我們認為：學習過程既是知識積累的過程，也是世界觀形成和行為規范的過程。從這個意義上說，我們非常有必要建立和向受教育者傳達一個明晰教學思想之道，知識對象之道（即教學內容背后所包含的終極本質規律）。PBL作為研究性學習的有效模式之一，具有研究性學習的基本特征，即：學生在教師指導下，從學習和社會生活中選擇研究專題，主動地獲取知識、應用知識、解決問題的學習獲得。由此可以看出，PBL教學之道是學生主動自愿，興趣和使命使然的自主學習過程。這一過程承擔著追尋學習的真正意義，喚回在傳統學習文化的泛濫中悄然隱退的學習者的自我尊嚴和意愿。從PBL教學之道出發，我們直接就可以看到，材料科學與工程領域PBL教學是志同道合者共同完成的一個過程。這個過程中，學生是主動者，他們想要并且著手開始主動學習；教師和教學管理者是學生的輔助。教師為PBL學習準備了前人已經涉及的問題案例，準備了該領域內解決問題初步思路，以及試驗技能和研究裝備等軟硬件條件。當然，作為獨立個體的某位教師只能提供和自己閱歷和知識結構相適應的軟硬件條件。我們不能要求，當然客觀上也做不到，一位教師應對所有學生的PBL教學需求。教學管理者或班級導師的責任是準確理解學生的需求，并將他引薦到適合他的導師面前。我們選擇汽車新材料課程作為首批嘗試課程，首要原因在于新材料領域中存在非常多的未知數，具備初步知識的學生可以給出個性化的材料選擇，這些選擇的優劣判斷評估需要進行辯論、綜合分析，不同條件下可能得出完全不同的結論。學生研究起來很有挑戰性，容易形成活躍的教學過程，真正起到鍛煉和培養學生的目的。其次，我們地處長春這樣一個汽車城之中，汽車材料領域是我們專業最鄰近、實習實驗條件最好的領域。學生在已經完成的教學環節中積累了大量的感性知識，具有一觸即發的能力積淀。

2.材料科學領域中PBL教學之法。此處我們所稱之“法”是指規則、方法和途徑。為了保證PBL教學過程的高效有序進行，必須制定相應的教學之法。此法統領學生、教師和管理部門，此法嚴格規定了從選課開始，到課堂教學、課題選定、課內外學習活動、學習效果評估和成績認定全過程中每個教學角色的目標、任務和行為準則，形成了規范的教學管理文件。材料科學與工程之法就是能量規則、經濟性規則和社會性規則。能量規則是自然科學原則，包括熱力學、動力學的所有定律，反映材料自發演變規則；經濟性規則包括材料生產、運行和消亡全過程中的經濟成本，反映管理過程對材料的選擇準則；社會性規則包括環境保護、自然資源利用和社會公德的遵循，反映人類社會對材料認可標準。上述規則中，能量規則主要是科學問題，經濟性規則主要是工程問題，社會性規則是工程問題在社會問題中的表現形式。（1）汽車新材料課程學生選課和選題。金屬材料工程專業4年級的學生可以選汽車新材料課。選課學生在第一次上課時簽到確認參與PBL教學過程，并在任課教師和導師的預選領域中選定研究問題。獨立承擔或參與一個小組的研究性學習活動，并制訂和實施完成全部計劃。承諾參與的任課教師和導師就預定研究問題進行課題教學討論、課外調研等活動，完成角色規定任務。（2）汽車新材料課程教師工作職責。為PBL學習準備了問題案例，并指導學生選擇。為選課學生講授該領域內的基礎知識、試驗技能，并引導學生完成研究性學習過程。指導選課學生聯系必要的調研場所，申請研究實驗裝備等軟硬件條件。評估每個學生的學習效果，進行督促檢查和成績評定。（3）汽車新材料課程教務管理工作職責。從學生入學開始，就陸續向學生宣傳課程情況和前后續課程關系，指導學生選課和選擇指導教師；完成教學過程監控和學籍、成績管理。

3.材料科學領域中PBL教學之術。此處我們所稱之“術”是PBL教學過程的實施技巧，是規則之下可以靈活變通的部分。包括喚起學生興趣的鼓動之術；幫助學生克服懈怠情緒的激勵之術；幫助學生獲得信息的交往調研之術和獲得實驗數據的研究之術；等等。（1）就業市場需求導向下的問題設計。作為PBL教學的最基礎資料，案例問題的來源有導師的預設和學生的發現。在課程教學開始階段，以任課教師的預先設置項目占主導。每年的教學中都會遇到一些學生的簽約工作和PBL教學內容相似或相近的情況，這些同學都主動成為了教學過程的積極份子和小組骨干。還有些同學已經被確定為免試研究生，未來的研究領域也大致確定，我們會指導他們自己尋找科學熱點問題，進行系統的資料整理和試驗研究，學生的收獲也非常大。對于不在上述兩類、沒有直接目標的同學，我們向學生宣傳PBL課程教學和能力形成的關系，指導學生發現自我，設計未來職業和選擇PBL學習研究課題中的問題。（2）提綱挈領的導師課堂授課模式。作為PBL教學的教師，必須改革課堂教學方法和教學內容。在課程開始要高度概括，講清目的意義，課程進行中要結合學生工作情況反饋，調整指導內容，保證教好學生的基本技能，為受教育者的學習過程保駕護航。從這個意義上說，導師的課堂教學必須做到課內外結合，理論和實踐結合。（3）靈活多樣的小組協作學習模式。PBL教學的題目大小不同，難易程度差別很大。我們沒必要刻意追求各課題之間的工作量平衡，就把問題的原始狀態交給學生，讓他們組織不同的小組，優勢互補、能力協調。實踐表明，此時每個同學的積極性都高，大家都不計較工作量的多少。

三、結論

從上述分析中可以看出，“道”為核心，“法”為主體，“術”為外圍支撐。重要程度由前到后遞減，廣泛程度由前到后擴大。從科學研究工作，或者提出問題和解決問題的順序來說，必然是首先提出問題，然后開始尋找解決問題的途徑和辦法，最后才能動手解決問題。從人的認識形成規律出發，教學順序與上述重要程度順序正好相反，是從“術”到“法”，最后到“道”。從“術”到“道”的教學過程完成情況決定于教和學兩方面的配合。越接近于“道”，越接近真理，越需要學習者的主動性。即：成敗決定于學的程度，教是作為學的支撐體系出現在這個教學系統工程中的。這也是材料教學適宜采用PBL的主要原因。從PBL教學規律和科研能力訓練的角度來說，本科階段的任務是學習常識和本學科基本知識，掌握動手做實驗的能力；碩士階段是學習研究思路和本學科新興知識，掌握實驗設計能力；博士階段是建立自己的研究思路，培養和提高發現問題、提出問題的能力。我們在汽車新材料課程的教學工作中，面對的是四年級的學生，其中優秀者可以要求他們做出碩士生的成績，特別優秀者可以激發他們的博士水平愿景。大部分中等水平的學生也能夠完成基本能力訓練，畢業后直接到企業工作，投入到社會當中。

參考文獻：

[1]馬繼剛.高校研究性學習的理論與實踐[M].成都：四川大學出版社，2009.

[2]洪榮昭.PBL教學策略[J].技術及職業教育雙月刊，2002，（61）：10-12.endprint