PBL教學(xué)模式在新工科教學(xué)中的應(yīng)用研究

徐 靜

(西安外事學(xué)院工學(xué)院，陜西 西安 710077)

0 引言

隨著科學(xué)與工程技術(shù)的革命性創(chuàng)新及全球化發(fā)展的融合，對(duì)工程科技人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，根據(jù)國家戰(zhàn)略需求，2017年2月至6月，教育部陸續(xù)推出“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，構(gòu)成了新工科建設(shè)的“三部曲”建設(shè)與發(fā)展新工科已成為新時(shí)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的迫切需要[1]。

新工科專業(yè)是以智能制造、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)用于傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級(jí)改造，相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要更高的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，同時(shí)具備國際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)新工科人才。因此，新工科建設(shè)不僅在于創(chuàng)辦新專業(yè)、改造舊專業(yè)，更在于必須把培養(yǎng)人才的新能力作為新工科人才培養(yǎng)的重點(diǎn)目標(biāo)。課程是人才培養(yǎng)的最基本單元，以人才培養(yǎng)為核心的高校普遍面臨的突出問題是如何基于課程實(shí)現(xiàn)教學(xué)的綜合改革和持續(xù)改進(jìn)。

1 PBL教學(xué)理念

基于問題的學(xué)習(xí)(Problem-based Learning，PBL)最早由加拿大麥克馬斯特大學(xué)(Mc Master University)的Barrows教授提出[2]，是通過對(duì)問題的探究來組織學(xué)習(xí)內(nèi)容的教育理念。PBL教學(xué)是以問題為中心，以問題為驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生由問題引發(fā)思考，展開學(xué)習(xí)，在解決問題的過程中學(xué)會(huì)問題中隱含的知識(shí)，從而形成解決問題的能力，并獲得自我學(xué)習(xí)能力，從而構(gòu)建完整的知識(shí)體系。未來的課程教學(xué)正在朝多樣性、混合型形態(tài)發(fā)展，PBL 是一種構(gòu)建課程學(xué)習(xí)過程的方法，通過提出問題，從而為學(xué)習(xí)課程提供一種推動(dòng)力，促其在解決問題的過程中鍛煉自我學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的能力，培養(yǎng)整裝待發(fā)的可以直接上崗的職業(yè)人。PBL教學(xué)理念改變了傳統(tǒng)的由教師主導(dǎo)的課堂教學(xué)，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主思考，自主探究的學(xué)習(xí)過程，能夠培育學(xué)生的獨(dú)立研究意識(shí)，提高學(xué)生的自主性，同時(shí)開發(fā)和拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2 傳統(tǒng)教學(xué)模式與PBL教學(xué)模式的比較

2.1 教學(xué)目標(biāo)

傳統(tǒng)教學(xué)模式注重知識(shí)的灌輸，教師往往要求學(xué)生記住概念，掌握原理，完成課后測(cè)試題。與這種普遍存在的教學(xué)模式相比，PBL以學(xué)生發(fā)展為核心，注重讓學(xué)生掌握知識(shí)的同時(shí)，能夠發(fā)展能力，提升綜合素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的三維目標(biāo)。

2.2 教學(xué)方式

傳統(tǒng)教學(xué)方式大都采取“教師一言堂，學(xué)生被動(dòng)聽”的教學(xué)方式，大部分專業(yè)課程仍然是以教師主導(dǎo)，教師注重灌輸知識(shí)，學(xué)生是被動(dòng)接受，不能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。PBL采用以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下提出問題、分析問題、解決問題，從而實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。

2.3 教學(xué)策略

傳統(tǒng)教學(xué)模式以單一的形式將信息傳遞給全體學(xué)生，理論和實(shí)踐脫節(jié)，工程教育實(shí)踐不足，學(xué)生認(rèn)為對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)就是記憶，面對(duì)實(shí)際工作中的具體問題時(shí)一般束手無策，忽視實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。專業(yè)課程教學(xué)案例和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相對(duì)薄弱，缺乏團(tuán)隊(duì)交流合作的空間。采用 PBL的教學(xué)模式，教師根據(jù)學(xué)情分析，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的問題，并且可以根據(jù)學(xué)生的差異性來組成學(xué)習(xí)小組，設(shè)定學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生面對(duì)實(shí)際問題從中獲取并應(yīng)用知識(shí)，使每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能被大大地激發(fā)出來[3]。

2.4 教學(xué)資源

傳統(tǒng)教學(xué)模式學(xué)生缺乏自主性，教學(xué)資料未能深度融入傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，信息是單向輸入給學(xué)習(xí)者的。PBL 的教學(xué)模式可以超越時(shí)間和空間，為了分析、解決問題，學(xué)生會(huì)利用豐富的線上資源主動(dòng)尋求解決問題的辦法，使學(xué)生獲得的信息得到了空前的擴(kuò)展。

2.5 教學(xué)環(huán)境

傳統(tǒng)教學(xué)模式是以一個(gè)學(xué)生為主體的，學(xué)習(xí)者相互間是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。PBL 教學(xué)模式會(huì)采用分組學(xué)習(xí)的形式，學(xué)生是在相互合作和支持的環(huán)境中學(xué)習(xí)的。

2.6 教學(xué)評(píng)價(jià)

傳統(tǒng)教學(xué)模式評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果時(shí)采用的是完成特定的學(xué)習(xí)任務(wù)來評(píng)定成績(jī)，成績(jī)的高低由唯一的評(píng)價(jià)者教師來實(shí)施，也以這種評(píng)價(jià)來劃分學(xué)生等級(jí)[4]?；赑BL 教學(xué)模式的評(píng)價(jià)注重過程，不將結(jié)果作為唯一判定，而是看學(xué)生是否掌握了解決實(shí)際問題的能力，將自我評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)幾種方式相結(jié)合。

3 PBL教學(xué)模式分析

基于PBL的教學(xué)模式就是能引發(fā)學(xué)生自主思維的有效的新型教學(xué)模式。PBL以問題為起點(diǎn)、以學(xué)生為主體、以項(xiàng)目工作為任務(wù)，把知識(shí)的獲取和應(yīng)用緊密結(jié)合的探究式學(xué)習(xí)模式，通過學(xué)生獨(dú)立分析、自主探索與實(shí)踐、提出質(zhì)疑、從而創(chuàng)新等方式來實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，以適應(yīng)高級(jí)技術(shù)人才培養(yǎng)的需求。

3.1 PBL特點(diǎn)

PBL教學(xué)模式有問題性、主動(dòng)性、探究性、情境性、合作性的特點(diǎn)。PBL教學(xué)模式是一種主動(dòng)學(xué)習(xí)模式，徹底拋棄了理論講解、知識(shí)歸納、脫離實(shí)踐的教學(xué)觀念，將問題作為學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，學(xué)習(xí)者在教學(xué)過程中處于主動(dòng)地位，利用豐富必要的學(xué)習(xí)資料，合理建構(gòu)，從而獲得知識(shí)。

3.2 PBL在新工科教學(xué)中的應(yīng)用思路

在新工科建設(shè)背景下，針對(duì)新工科專業(yè)中的應(yīng)用型課程進(jìn)行研究，PBL在新工科教學(xué)中的應(yīng)用思路，以豐富的教學(xué)資源為基礎(chǔ)和支撐，將問題式學(xué)習(xí)的方法和課程設(shè)計(jì)相結(jié)合，促進(jìn)教師和學(xué)生角色的根本性轉(zhuǎn)變，從而提升課程教學(xué)質(zhì)量。

3.3 PBL教學(xué)模式實(shí)施步驟

引導(dǎo)學(xué)生怎樣開展主動(dòng)學(xué)習(xí)和提高學(xué)習(xí)能力是實(shí)現(xiàn)PBL的關(guān)鍵，PBL教學(xué)模式的實(shí)施主要分為5個(gè)步驟：(1)確定問題；(2)教師引導(dǎo)與輔助學(xué)生思考；(3)學(xué)生自我學(xué)習(xí)，分析問題尋找解決方案；(4)利用新學(xué)知識(shí)解決問題；(5)教學(xué)評(píng)價(jià)。

4 基于PBL教學(xué)法的課程實(shí)踐

“物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)”是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)一門技術(shù)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程。通過這門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)工程相關(guān)崗位所需的通信技術(shù)。PBL以學(xué)生為中心，把學(xué)生帶入有意義的任務(wù)過程中，使學(xué)生積極、主動(dòng)地學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)其解決實(shí)際問題的能力。PBL教學(xué)法的應(yīng)用分為3個(gè)層次：?jiǎn)卧獞?yīng)用、課程應(yīng)用、專業(yè)應(yīng)用[5]。作者以“物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)”課程為例，實(shí)踐了基于PBL的單元應(yīng)用模式，以解決具體問題為核心，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)完成學(xué)習(xí)任務(wù)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其能夠“學(xué)以致用”。

4.1 創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

問題設(shè)置是組織PBL教學(xué)的核心，問題一定要具備真實(shí)性和相關(guān)性。針對(duì)ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，首先創(chuàng)設(shè)一個(gè)需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，例如火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提出根據(jù) ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)和組建無線傳感網(wǎng)這樣的問題，使學(xué)生就如同置身于真實(shí)問題之中，模擬的真實(shí)情境能夠吸引并且保持學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生積極的解決問題。

4.2 分組學(xué)習(xí)，合作交流

在問題驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上，學(xué)生獲得組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生從系統(tǒng)應(yīng)用需求出發(fā)，組建項(xiàng)目組，利用ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)無線傳感網(wǎng)，解決實(shí)際問題。學(xué)生不斷反思已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識(shí)，通過將原有知識(shí)的不斷擴(kuò)充和重組改進(jìn)，達(dá)到學(xué)習(xí)新知識(shí)的目的，這樣的方式為學(xué)生間的合作創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，鍛煉了學(xué)生的溝通交流能力和協(xié)作學(xué)習(xí)能力。

4.3 教學(xué)評(píng)價(jià)

PBL教學(xué)模式的教學(xué)評(píng)價(jià)有兩個(gè)主體，分別是教師和學(xué)生，也經(jīng)歷兩個(gè)階段，學(xué)習(xí)階段和陳述階段。學(xué)習(xí)階段的教學(xué)評(píng)價(jià)主要參考學(xué)生在線參與學(xué)習(xí)、參與討論、完成測(cè)試及作業(yè)等。陳述階段的教學(xué)評(píng)價(jià)主要參考PPT制作、成果匯報(bào)因素。教師評(píng)價(jià)包括學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、批判性思維、學(xué)習(xí)協(xié)作和溝通交流能力，全面客觀地總結(jié)和反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。在PBL教學(xué)模式實(shí)施過程中，教師對(duì)于自身的綜合素質(zhì)也提出了更高的要求。學(xué)生從被動(dòng)完成任務(wù)到主動(dòng)發(fā)問的轉(zhuǎn)變，是教學(xué)效果的最好體現(xiàn)。

5 結(jié)語

新工科專業(yè)課程具有實(shí)踐性、應(yīng)用性強(qiáng)的顯著特點(diǎn)，在專業(yè)課程的教學(xué)上應(yīng)該與實(shí)際緊密結(jié)合，培養(yǎng)有創(chuàng)新意識(shí)，多方面能力強(qiáng)的工程人才。PBL這種“以學(xué)生為主體、以問題為主線、以教師為主導(dǎo)”的情境化探究式的學(xué)習(xí)模式正好與新工科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)相吻合。

基于 PBL的教學(xué)模式通過設(shè)計(jì)與工程實(shí)際結(jié)合的前沿問題，啟發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，擴(kuò)展了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的空間，培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐表明，基于PBL的教學(xué)模式符合新工科應(yīng)用型課程特點(diǎn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程素養(yǎng)，是新時(shí)代新工科專業(yè)課程教育教學(xué)改革的新思路和新方向。