PBL教學(xué)法在仿生科學(xué)與工程新工科專業(yè)培養(yǎng)過程中的應(yīng)用可行性探究

馬云海 張清珠 李默 任麗麗 孫霽宇

摘? 要 仿生科學(xué)與工程專業(yè)具有實(shí)踐性強(qiáng)、創(chuàng)新要求高、專業(yè)性強(qiáng)的特點(diǎn)，對培養(yǎng)工科學(xué)生的實(shí)踐能力和解決實(shí)際復(fù)雜工程問題能力有著十分重要的作用。為了適應(yīng)新工科的發(fā)展需要，提高教學(xué)效率和質(zhì)量，探討在“仿生科學(xué)與工程”新工科專業(yè)培養(yǎng)中引PBL教學(xué)法可行性。這種教學(xué)模式使優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源與傳統(tǒng)課程結(jié)合，結(jié)合討論的內(nèi)化環(huán)節(jié)，能夠充分利用現(xiàn)有資源，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞 仿生科學(xué)與工程;新工科;PBL教學(xué)法;創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.41? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）08-0080-03

1 前言

PBL（Problem-Based Learning）教學(xué)法是指問題式學(xué)習(xí)或者項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，是一套設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)情境的教學(xué)方法，最早起源于20世紀(jì)50年代的醫(yī)學(xué)教育[1]。PBL教學(xué)法是基于現(xiàn)實(shí)世界的以學(xué)生為中心的小組討論式教學(xué)方法，通常4～6名學(xué)生配備一位導(dǎo)師，在小組討論中讓學(xué)生圍繞問題進(jìn)行思維、推理、方案制訂和分析，導(dǎo)師只起導(dǎo)向作用，通常不直接回答學(xué)生的提問，維持小組向既定的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行。

2 PBL教學(xué)法的應(yīng)用

PBL教學(xué)法最早興起于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，1969年，加拿大的麥克瑪斯特（McMaster）大學(xué)首先把PBL教學(xué)法引入醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域。自引入PBL教學(xué)法后，麥克瑪斯特的一系列教學(xué)改革措施便引起醫(yī)學(xué)教育界的廣泛興趣。20世紀(jì)70—90年代，PBL教學(xué)法在歐洲和北美獲得很快發(fā)展，美國的醫(yī)學(xué)院在不同程度上都采用完全的PBL教學(xué)或者是與傳統(tǒng)教學(xué)方式相結(jié)合的形式開展教學(xué)，同樣取得顯著成績，教學(xué)效果明顯[2]。

我國最早在1986年由上海第二醫(yī)科大學(xué)和西安醫(yī)科大學(xué)引進(jìn)PBL教學(xué)法，自20世紀(jì)90年代以來，引進(jìn)PBL教學(xué)法的院校逐漸增多，同時(shí)取得良好的教學(xué)效果[3]。

3 PBL教學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)與局限性

PBL教學(xué)法是基于現(xiàn)實(shí)世界的以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，是在教師的引導(dǎo)下，“以學(xué)生為中心，以問題為基礎(chǔ)”，通過采用小組討論的形式，讓學(xué)生圍繞問題獨(dú)立收集資料、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)模式[4]。PBL教學(xué)法在于發(fā)揮問題對學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)作用。與案例分析的一個(gè)很大的不同點(diǎn)是，PBL教學(xué)法以問題為學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，而案例分析是教師先講解教材，在學(xué)生掌握一定的知識的前提下做案例分析。

PBL教學(xué)法是基于對傳統(tǒng)教育以教師為主體的靜止的、被動(dòng)接受知識的教育的批判而發(fā)展出的教學(xué)法。PBL教學(xué)法在實(shí)際教學(xué)過程中有助于培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題的思維模式的形成，同時(shí)能夠有效提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，重在促使構(gòu)建開放的學(xué)習(xí)環(huán)境、開放式思維，成為主動(dòng)的學(xué)習(xí)者和高效的團(tuán)隊(duì)合作者。PBL教學(xué)法有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生變單向思維方式為多向思維方式，有利于學(xué)生獨(dú)立思考問題，理論聯(lián)系實(shí)際，靈活運(yùn)用知識，加強(qiáng)人際交往能力和語言表達(dá)能力。PBL教學(xué)法是一種以學(xué)生為主體的開放動(dòng)態(tài)教學(xué)法，在培養(yǎng)創(chuàng)造型、開拓型、實(shí)用型醫(yī)學(xué)人才過程中，有傳統(tǒng)教學(xué)法無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，值得在國內(nèi)高等教育環(huán)節(jié)進(jìn)行推廣。

但PBL教學(xué)法至今沒有在全國范圍內(nèi)廣泛采用，這其中涉及諸多原因，例如：由于高校擴(kuò)招，造成學(xué)生數(shù)量激增，無法做到小組教學(xué);PBL教學(xué)法作為一種較為新興的教學(xué)法，對教師乃至教學(xué)管理部門都是一種挑戰(zhàn);PBL教學(xué)法沒有現(xiàn)成的教材，這也是PBL教學(xué)法發(fā)展推廣中遇到的瓶頸;PBL教學(xué)法對于教學(xué)環(huán)境資源需求相對于傳統(tǒng)教學(xué)法更大，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)能力要求更高[5]。

4 仿生科學(xué)與工程專業(yè)特點(diǎn)與優(yōu)勢

經(jīng)國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)批準(zhǔn)，吉林大學(xué)仿生科學(xué)與工程專業(yè)在2006年成為我國首個(gè)設(shè)置二級博士、碩士學(xué)位授權(quán)學(xué)科;2019年3月，教育部公布了2018年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果，吉林大學(xué)是國內(nèi)第一家也是唯一一家通過教育部新增目錄外專業(yè)審批獲仿生科學(xué)與工程新工科專業(yè)的高校。從2019年起，吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院具備了仿生科學(xué)與工程專業(yè)本科、碩士和博士完備的工程仿生人才培養(yǎng)體系，同時(shí)開始招收本科生，在仿生科學(xué)與工程新工科專業(yè)培養(yǎng)機(jī)制方面進(jìn)行了長足探索。

PBL教學(xué)法恰恰適用于仿生科學(xué)與工程新工科專業(yè)的培養(yǎng)理念，雖然有諸多發(fā)展限制因素，但是依托吉林大學(xué)的平臺建設(shè)，仿生科學(xué)與工程專業(yè)雄厚的師資力量以及科研力量，使得PBL教學(xué)法在吉林大學(xué)仿生科學(xué)與工程新工科專業(yè)教學(xué)中具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢。吉林大學(xué)是教育部直屬、中央直接管理的綜合性研究型全國重點(diǎn)大學(xué)，國家“雙一流”“211工程”“985工程”重點(diǎn)建設(shè)學(xué)校，教學(xué)資源極其豐富。仿生科學(xué)與工程專業(yè)目前擁有教授（研究員）26人、副教授（高級工程師）16人，其中博士生導(dǎo)師28人，包括中國科學(xué)院院士一人、“長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”特聘教授兩人、“長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”講座教授一人、國家杰出青年基金獲得者兩人、萬人計(jì)劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才一人、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者一人。

仿生科學(xué)與工程新工科專業(yè)旨在培養(yǎng)社會(huì)與科技發(fā)展需要、德智體美勞和諧發(fā)展，具有創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和國際視野，具備自然科學(xué)、人文科學(xué)知識基礎(chǔ)和高度社會(huì)責(zé)任感，較系統(tǒng)地掌握仿生學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)基本理論及工程技能和技術(shù)知識，具備仿生相關(guān)裝備設(shè)計(jì)與制造、仿生材料開發(fā)、仿生學(xué)研究等方面能力的交叉復(fù)合型高素質(zhì)人才。要培養(yǎng)“精設(shè)計(jì)、懂工藝、善實(shí)踐、眀管理、有視野、會(huì)創(chuàng)新”的仿生工程領(lǐng)域高素質(zhì)、創(chuàng)新型、復(fù)合型人才，讓學(xué)生畢業(yè)后可以在國內(nèi)外著名高校、科研院所的仿生、機(jī)械、材料、生物等科技前沿領(lǐng)域繼續(xù)深造，或在智能制造、仿生機(jī)器人、大健康、新能源、軍事國防等我國未來主要高技術(shù)產(chǎn)業(yè)從事科技研發(fā)或創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)。

目前新工科建設(shè)雖然取得一些階段性成果，但是對于新工科的內(nèi)涵與理念的認(rèn)識有待提升，至今也并未形成可廣泛推廣的教學(xué)方法和手段，因?yàn)楹芏喔咝τ谛鹿た频膬?nèi)涵和理念存在狹隘、片面和固化的理解。但這在仿生科學(xué)與工程新工科專業(yè)卻是優(yōu)勢，仿生科學(xué)與工程專業(yè)是一門新興學(xué)科，是仿生學(xué)與工程學(xué)交叉學(xué)科，這也決定了仿生科學(xué)與工程新工科專業(yè)在培養(yǎng)模式上需要探尋適合自身發(fā)展的方式和方法。

5 PBL教學(xué)法在仿生科學(xué)與工程新工科專業(yè)培養(yǎng)過程中的具體應(yīng)用及注意事項(xiàng)

依據(jù)培養(yǎng)方案及教學(xué)大綱明確教學(xué)目標(biāo)、分解教學(xué)步驟? 任課教師制定課程PBL教學(xué)法詳細(xì)教學(xué)大綱，落實(shí)階段任務(wù)與匹配時(shí)間，以保證學(xué)生具有充分的時(shí)間利用既有資源，同時(shí)要杜絕學(xué)生消磨時(shí)間，還要給學(xué)生留有足夠的自主學(xué)習(xí)的時(shí)間，盡可能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。在該環(huán)節(jié)，教師一定要明確定位、分解知識點(diǎn)，設(shè)定合理的教學(xué)分解步驟，而不是簡單的教科書羅列，一定要凸顯教學(xué)層次，這對一線教師的嚴(yán)苛考驗(yàn)。目前，由于PBL教學(xué)法在各學(xué)科推廣深度不足，并沒有形成相關(guān)學(xué)科內(nèi)成熟的基于PBL教學(xué)法的教材，因此要求教師在教學(xué)改革探索的同時(shí)積累相關(guān)素材和經(jīng)驗(yàn)，形成可推廣模式供學(xué)科教學(xué)推廣發(fā)展。

建立PBL教學(xué)法中圍繞培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱知識點(diǎn)而展開的工程實(shí)例案例庫? PBL教學(xué)法是以問題為中心，以解決問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，所以在教學(xué)過程中需要引入工程實(shí)例，設(shè)置情景問題，引發(fā)學(xué)生思考。在這一點(diǎn)上，仿生科學(xué)與工程新工科專業(yè)優(yōu)勢獨(dú)到，專業(yè)教師緊抓學(xué)術(shù)前沿，關(guān)注學(xué)科熱點(diǎn)，教學(xué)案例庫十分豐富，稍加加工整理，即可作為激發(fā)學(xué)生興趣的優(yōu)良情景問題。將科研實(shí)際中積累的工程案例建立案例庫，設(shè)置相應(yīng)難度等級，以備學(xué)生選用。該環(huán)節(jié)最好能做到案例分類、難度等級細(xì)化分級，讓不同程度的學(xué)生選擇適宜自己參與的臺階，一步一步循序漸進(jìn)往上走。為吸引學(xué)生的關(guān)注度，要注重引入熱門問題和焦點(diǎn)問題，同時(shí)要杜絕求快、求新和標(biāo)新立異，拒絕形式化和花架子，打牢基礎(chǔ)才能拓展開來。

學(xué)生深度參與PBL教學(xué)法的實(shí)施? 從一線教師的反饋中知道，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性相對較弱，學(xué)生的自學(xué)能力、消化知識的能力、動(dòng)手能力等均呈現(xiàn)正態(tài)分布規(guī)律。在傳統(tǒng)的教學(xué)班授課過程中，少部分學(xué)生表現(xiàn)輕松，可以完全掌握教師教授內(nèi)容并自行拓展學(xué)習(xí)，大部分學(xué)生基本能掌握教師教授內(nèi)容，還有少部分學(xué)生表現(xiàn)出無法掌握課堂內(nèi)容的情況，這就是教師通常給學(xué)生的分類：吃不飽、剛剛好和消化不了。這種情況一度讓授課教師很頭疼，怎樣才能面面俱到地兼顧所有學(xué)生？一度開始推廣小班授課，可是同樣的問題依然存在，只是由大塊分解成若干小塊，不是所有學(xué)生都能深度參與其中。

而在PBL教學(xué)法中將學(xué)生分成4～6人的小組，分組過程中要注意小組內(nèi)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，杜絕搭車行為。將學(xué)習(xí)能力相近的學(xué)生設(shè)置在同一學(xué)習(xí)小組，針對不同小組的情況設(shè)置情景問題，促使每一個(gè)學(xué)生都能夠深度參與學(xué)習(xí)過程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和參與度，引領(lǐng)學(xué)生產(chǎn)生“我想學(xué)”的態(tài)度，繼而實(shí)現(xiàn)教學(xué)的良性循環(huán)。在這個(gè)過程中要保證學(xué)生能夠端正態(tài)度，認(rèn)真收集對應(yīng)問題相關(guān)資料，借助圖書館和網(wǎng)絡(luò)資源，對獲取信息經(jīng)過閱讀、篩選和思考等環(huán)節(jié)，經(jīng)過小組討論，達(dá)成共識、形成方案，同時(shí)要落實(shí)到書面形式，在小組間進(jìn)行交流匯報(bào)，之后組間提出意見由教師點(diǎn)評，最后形成總結(jié)和評價(jià)。在總結(jié)評價(jià)中應(yīng)包含小組內(nèi)自我評價(jià)、組間互評和教師評價(jià)三部分，同時(shí)應(yīng)該明確落實(shí)每一位組員所掌握的知識點(diǎn)、技能、參與度和貢獻(xiàn)率。在這個(gè)過程中要適度保護(hù)組員的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生認(rèn)識到自己的進(jìn)步，這是一件十分快樂的事。

PBL教學(xué)法相對于傳統(tǒng)教學(xué)模式，對于教師的定位發(fā)生變化，需要教師從傳統(tǒng)的知識的傳播者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R平臺和問題的搭建者，教師要發(fā)揮引導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生通關(guān)各種線上、線下渠道及各類資源收集相關(guān)信息，篩分有價(jià)值信息點(diǎn)，并在討論、分析和交流過程中重新梳理解決問題的方式方法;對每一位組員的參與要給予肯定，從而充分調(diào)動(dòng)組員的參與熱情，推動(dòng)整個(gè)小組向前進(jìn)步。在必要的情況下，教師需要針對有需要的小組給予思路啟發(fā)，以此引領(lǐng)陷入困境的小組主動(dòng)思考;同時(shí)要引導(dǎo)學(xué)生的發(fā)散性思維和開放性思維，杜絕所有問題標(biāo)準(zhǔn)答案的唯一性情況。

肯定傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)加強(qiáng)新教學(xué)手段的引入? 很多學(xué)科和課程都面臨這樣的問題，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，教材內(nèi)容陳舊、脫離實(shí)際，學(xué)生毫無興趣而言。究其原因，多年來學(xué)生都是為了考大學(xué)而考大學(xué)，不是帶著問題力求解決疑惑而踏進(jìn)“象牙塔”，所以在面對枯燥的公式推導(dǎo)等一系列問題的時(shí)候感覺迷茫，沒有學(xué)下去的目標(biāo)和動(dòng)力。這也是PBL教學(xué)法的重點(diǎn)所在，為學(xué)生撥開迷霧，指出方向。PBL教學(xué)法在實(shí)施過程中不應(yīng)該是對原有教學(xué)內(nèi)容的全盤否定，而是教學(xué)手段和模式的轉(zhuǎn)變，是適應(yīng)新的社會(huì)挑戰(zhàn)情況下應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物。

6 結(jié)語

在豐富的教學(xué)、科研資源配置條件下，在雄厚的師資條件下，正是PBL教學(xué)法發(fā)揮優(yōu)勢的場所，引入PBL教學(xué)法先進(jìn)的教學(xué)方法與理念，對探索、建立新環(huán)境、新挑戰(zhàn)下適合仿生科學(xué)與工程新工科專業(yè)的培養(yǎng)體系有很大的幫助。

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