基于PBML的機(jī)械類專業(yè)課新型教學(xué)模式探討

[摘 要] 結(jié)合機(jī)械類專業(yè)課程特點(diǎn)，提出一種全新的PBML教學(xué)模式，融合基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和基于模塊化教學(xué)兩種教學(xué)模式，取長(zhǎng)補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容模塊化、學(xué)習(xí)過程項(xiàng)目化，其本質(zhì)是一種探究性、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式。將傳統(tǒng)教學(xué)中以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以教材為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴绊?xiàng)目”為中心，以章節(jié)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴澳K”為中心，以知識(shí)講解為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)踐運(yùn)用為中心。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)模式；機(jī)械類專業(yè)課；PBML

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1005-4634（2013）01-0066-03

0 引言

瑞士洛桑國(guó)際管理開發(fā)研究院調(diào)查研究表明中國(guó)工程科技人員總數(shù)排名世界第一，但是合格工程師的指標(biāo)世界排名第36位，這與我國(guó)高校在工程類人才培養(yǎng)的教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)中所存在的問題有著直接的聯(lián)系[1]。因此，改革與創(chuàng)新教學(xué)模式、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)已成為21世紀(jì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要工作。

在國(guó)外，關(guān)于探究性的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式最早可以追溯到19世紀(jì)末20世紀(jì)初美國(guó)興起的實(shí)用主義教育思想。實(shí)用主義教育思想在批判傳統(tǒng)學(xué)校教育的基礎(chǔ)上提出了“從做中學(xué)”的基本原則。在實(shí)用主義教育思想提出的前后，許多心理學(xué)家和教育學(xué)家也都在積極的探索各種教學(xué)方法，如發(fā)現(xiàn)法、啟發(fā)式教學(xué)法以及自主學(xué)習(xí)法等。上述這些研究都闡述了要使學(xué)生成為主體，引導(dǎo)學(xué)生探究和發(fā)現(xiàn)知識(shí)、培養(yǎng)能力，應(yīng)采用項(xiàng)目（或任務(wù)、問題、情境）式的教學(xué)方法。而模塊化教學(xué)法則是20世紀(jì)70年代初由國(guó)際勞工組織研究開發(fā)出來的以現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)為主、以技能培訓(xùn)為核心的一種教學(xué)模式，它一出臺(tái)就在許多國(guó)家特別是發(fā)展中國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用。近年來國(guó)內(nèi)一些有識(shí)之士已經(jīng)看到傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，并著重對(duì)課堂教學(xué)方法進(jìn)行改革嘗試，把國(guó)內(nèi)外較為盛行的“項(xiàng)目教學(xué)法”、“模塊化教學(xué)法”分別引進(jìn)了工科教育。在培養(yǎng)學(xué)生思維能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高其分析、解決問題的能力上取得了一定的成效。李勝?gòu)?qiáng)等人利用自我效能理論，通過調(diào)查問卷形式證實(shí)以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的教學(xué)方法可提高工科學(xué)生的工程實(shí)踐能力[2]。尹凱和夏紅梅等人則分別在臨床醫(yī)學(xué)類和機(jī)械類課程開展基于項(xiàng)目的教學(xué)改革[3-5]。鹿玲等人提出以零件工藝項(xiàng)目化為教學(xué)主線，改革傳統(tǒng)機(jī)械制造工藝學(xué)課程[6]。馬軍等人在CAD/CAM教學(xué)中采用基于模塊化教學(xué)[7]。王田等人對(duì)比模塊化教學(xué)效果，得出模塊化教學(xué)法更有利于提高高等醫(yī)學(xué)院校計(jì)算機(jī)課程的教學(xué)成效[8]。但“項(xiàng)目教學(xué)法”、“模塊化教學(xué)法”的單獨(dú)應(yīng)用亦有其局限性[9]，尤其在機(jī)械類專業(yè)課程教學(xué)上更顯得有所不足，往往會(huì)造成理論與實(shí)踐相脫節(jié)，從而產(chǎn)生教學(xué)上的種種弊端。楊叔子院士指出教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法的改革是高等教育教學(xué)改革的核心[10]。鑒于以上原因以及機(jī)械類專業(yè)課程在工科應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的地位、作用與受益學(xué)生數(shù)和現(xiàn)狀分析，為適應(yīng)目前應(yīng)用型人才特別是“卓越人才”培養(yǎng)的目標(biāo)，對(duì)該類課程的教學(xué)體系和教學(xué)方法的改革勢(shì)在必行。

1 PBML教學(xué)模式建構(gòu)與實(shí)施過程

基于項(xiàng)目的模塊化學(xué)習(xí)（Project Based Modular Learning，PBML）是將學(xué)生導(dǎo)入一個(gè)仿真或真實(shí)的情景，在引導(dǎo)、啟發(fā)、鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行協(xié)作完成教學(xué)項(xiàng)目的過程中掌握知識(shí)和能力。PBML是一種全新的教學(xué)模式，結(jié)合機(jī)械類專業(yè)課程特點(diǎn)，融合基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和基于模塊化教學(xué)兩種學(xué)與教的模式，取長(zhǎng)補(bǔ)短，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容模塊化、學(xué)習(xí)過程項(xiàng)目化，其本質(zhì)是一種探究性、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式。將傳統(tǒng)教學(xué)中的以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，由以教材為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴绊?xiàng)目”為中心，以章節(jié)為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴澳K”為中心，由以知識(shí)講解為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)踐運(yùn)用為中心。PBML的新型教學(xué)模式的建構(gòu)如圖1所示。

1.1 PBML教學(xué)模式建構(gòu)

PBML教學(xué)體系的主線和核心是建立教學(xué)模塊庫和綜合性項(xiàng)目。在教學(xué)內(nèi)容編排上突出綜合化和基礎(chǔ)化。教學(xué)內(nèi)容的模塊編排，既要注意系統(tǒng)性、連貫性，更要注重綜合性的整體和整體性的優(yōu)化。教師根據(jù)教學(xué)大綱目標(biāo)和學(xué)生接受教育的能力，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整教學(xué)內(nèi)容模塊，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)條件適當(dāng)增加一些內(nèi)容模塊，以突出學(xué)生的個(gè)性發(fā)展。采用模塊化分割理論教學(xué)內(nèi)容需要指導(dǎo)老師在吃透選定教材的基礎(chǔ)上，以促進(jìn)學(xué)生建立合理的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為目的，把教材的內(nèi)容按一定的知識(shí)模塊重新編排。編排的原則之一是既要切合學(xué)生的認(rèn)知過程，由易到難、由淺入深，又要保證知識(shí)的連貫性、系統(tǒng)性，以形成特定的知識(shí)體系；原則之二是教師在傳授一定結(jié)構(gòu)教材的同時(shí)，教會(huì)學(xué)生獨(dú)立發(fā)展知識(shí)結(jié)構(gòu)，按自己的興趣與需求對(duì)學(xué)習(xí)材料進(jìn)行加工組織。這樣，經(jīng)過自己獨(dú)立組織的知識(shí)結(jié)構(gòu)，由于思維活動(dòng)的積極參與，將有利于促進(jìn)知識(shí)遷移；原則之三是編排的教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)整體優(yōu)化的特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容模塊之間的交叉、滲透和銜接，避免重復(fù)，以較少的學(xué)時(shí)使學(xué)生獲取更多的知識(shí)信息。

PBML中模塊的建立過程猶如計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)過程。為此，首先必須仔細(xì)研究教材，確定按什么方式將課程分成適當(dāng)?shù)哪KM1，M2，…，Mn（一般按照章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行分解）。每一模塊體系都有一個(gè)主導(dǎo)思想，是該模塊體系知識(shí)總體內(nèi)在聯(lián)系的共同的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)也是為學(xué)生再學(xué)習(xí)、再認(rèn)識(shí)提供合理支撐點(diǎn)的科學(xué)知識(shí)。每個(gè)模塊是完整獨(dú)立的個(gè)體，有自己明確的觀點(diǎn)、概念、規(guī)律、目標(biāo)和方式，然后模塊之間又緊密相連，前者是后者的基礎(chǔ)，整個(gè)模塊體系又統(tǒng)一于一個(gè)共同的主導(dǎo)思想（如教學(xué)大綱）中。模塊和主導(dǎo)思想如同血與肉的關(guān)系，主導(dǎo)思想保證了模塊教學(xué)過程的發(fā)展，在PBML教學(xué)中起到知識(shí)的整合作用并圍繞主導(dǎo)思想產(chǎn)生個(gè)別構(gòu)成因素的聯(lián)系。

針對(duì)項(xiàng)目任務(wù)和內(nèi)容設(shè)計(jì)，項(xiàng)目任務(wù)應(yīng)能激發(fā)學(xué)生的興趣，項(xiàng)目的選取應(yīng)結(jié)合機(jī)械類相應(yīng)專業(yè)課程，難易程度與學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)水平應(yīng)相當(dāng)，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。項(xiàng)目?jī)?nèi)容應(yīng)涵蓋課程的主要教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)度安排上具有系統(tǒng)性、層次性和科學(xué)性。一個(gè)大型項(xiàng)目可以結(jié)合知識(shí)模塊化，分解成為相應(yīng)的多個(gè)子項(xiàng)目形式P1，P2，…，Pn。采用項(xiàng)目和任務(wù)引領(lǐng)教學(xué)路線，從具體的工作環(huán)節(jié)或知識(shí)運(yùn)用出發(fā)，由具體的、局部的知識(shí)逐步擴(kuò)展到全面的、比較抽象的知識(shí)，通過一個(gè)任務(wù)的剖析和完成，把模塊內(nèi)的教學(xué)與實(shí)踐的知識(shí)及運(yùn)用緊密聯(lián)系起來。

1.2 PBML教學(xué)模式的課堂實(shí)施方法

1）劃分小組。依據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成績(jī)、知識(shí)結(jié)構(gòu)、認(rèn)知能力、認(rèn)知方式等劃分小組，小組人數(shù)以6～8人為宜，并推選組長(zhǎng)。一般采用互補(bǔ)方式，如成績(jī)好的學(xué)生與成績(jī)差的學(xué)生相搭配，既有利于差生的轉(zhuǎn)化，又有利于促進(jìn)優(yōu)等生的靈活變通，即所謂“教學(xué)相長(zhǎng)”；不同知識(shí)結(jié)構(gòu)的學(xué)生相搭配，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互借鑒；不同認(rèn)知方式的學(xué)生相搭配，在發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)的情況下相互學(xué)習(xí)，使認(rèn)知風(fēng)格“相互強(qiáng)化”。

2）確定模塊內(nèi)容。教師要認(rèn)真研究“新課標(biāo)”，分析教材，確定教學(xué)的目標(biāo)、內(nèi)容、重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)，劃分教學(xué)模塊，要考慮學(xué)生的心理特征和興趣愛好，以便確定相應(yīng)的模塊內(nèi)容。

3）布置項(xiàng)目任務(wù)。一節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容，需要通過完成一項(xiàng)或幾項(xiàng)具體的任務(wù)融合到教學(xué)過程中。一項(xiàng)好的任務(wù)是完成教學(xué)目的的關(guān)鍵，要把知識(shí)與技能、過程與方法等目標(biāo)融入任務(wù)中，使任務(wù)有利于學(xué)生個(gè)性的發(fā)展。確定要完成的任務(wù)后，教師要向?qū)W生具體詳細(xì)地講清任務(wù)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

4）學(xué)生實(shí)施。教師作為教學(xué)組織者，要掌握教學(xué)的指揮、調(diào)度，要指導(dǎo)學(xué)生了解怎么做，幫學(xué)生想辦法、找出路，特別是對(duì)有困難的學(xué)生要給予必要的指導(dǎo)，使每個(gè)學(xué)生都能順利完成任務(wù)。這一階段，教師作為學(xué)生“導(dǎo)航者”，要使學(xué)生在親切友好、和諧平等的氣氛中進(jìn)行知識(shí)、技能的學(xué)習(xí)。

5）評(píng)價(jià)結(jié)果。學(xué)生完成任務(wù)之后，教師要進(jìn)行討論、總結(jié)、評(píng)比，使教學(xué)內(nèi)容得到進(jìn)一步的強(qiáng)化。各小組學(xué)生代表要依次對(duì)完成的任務(wù)發(fā)表見解，其他小組提問或發(fā)表自己的看法，由老師或小組負(fù)責(zé)人進(jìn)行總結(jié)，最后由老師評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)包括學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度、運(yùn)用知識(shí)解決新問題的能力以及學(xué)生在活動(dòng)中的表現(xiàn)等，注意多褒獎(jiǎng)、少貶低，以激發(fā)學(xué)生進(jìn)行下一輪學(xué)習(xí)的興趣。

1.3 PBML教學(xué)模式實(shí)踐

結(jié)合目前主持的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，設(shè)定“旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)”子項(xiàng)目。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能主要是模擬軸承和齒輪的故障模式，要求結(jié)構(gòu)盡量緊湊。以此子項(xiàng)目為核心，分成若干子模塊，如“M1模塊——基于3D軟件試驗(yàn)臺(tái)造型（P1）”、“M2模塊——關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與分析（P2）”、“M3模塊——模型運(yùn)動(dòng)仿真和圖形處理（P3）”。在M1模塊中采用Pro/E軟件設(shè)計(jì)出試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示，在M2模塊中采用ANSYS軟件分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在M3模塊中采用Pro/E軟件中的Mechanism Design Extension模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并最終輸出2D圖紙。上述的M1、M2、M3模塊實(shí)際上對(duì)應(yīng)了《機(jī)械CAD/CAM技術(shù)》課程中CAD的幾何造型、工程分析、仿真模擬和圖形處理四個(gè)基本組成。從實(shí)際項(xiàng)目中深刻理解CAD的含義：以計(jì)算機(jī)為工具，通過人機(jī)交互，處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完成整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的綜合性技術(shù)。同時(shí)在學(xué)習(xí)過程中，略去了學(xué)生已經(jīng)普遍掌握的計(jì)算機(jī)軟硬件和網(wǎng)絡(luò)等知識(shí)內(nèi)容。試驗(yàn)臺(tái)最終設(shè)計(jì)的模型如圖2、3所示，設(shè)計(jì)完成之后進(jìn)而轉(zhuǎn)入M4模塊——計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）（P4）和M5模塊——計(jì)算機(jī)加工模擬（CAM）（P5）。在M4模塊中完成對(duì)關(guān)鍵加工部件的毛坯設(shè)計(jì)、工藝路線、工序設(shè)計(jì)和工藝文件等任務(wù)，而在M5模塊中則需要完成形面定義、刀具選擇、加工參數(shù)定義、刀軌計(jì)算和加工模擬等任務(wù)。通過具體實(shí)施項(xiàng)目實(shí)例，圍繞5個(gè)模塊內(nèi)容將CAD/CAPP/CAM內(nèi)容進(jìn)行集成，并結(jié)合多種大型軟件重點(diǎn)講述3C所涉及的幾何建模、工程分析、工程繪圖、工藝規(guī)劃、數(shù)控編程、模擬仿真和數(shù)據(jù)處理等知識(shí)點(diǎn)，理論與軟件學(xué)習(xí)并行，學(xué)生的積極性也大大提高，教學(xué)效果良好。

2 PBML新型教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)

1）在機(jī)械類專業(yè)課的教學(xué)過程中率先提出PBML式教學(xué)模式。打破了傳統(tǒng)的基礎(chǔ)理論-專業(yè)理論-專業(yè)技能分段式教學(xué)模式，而是以能力訓(xùn)練模塊為基礎(chǔ)，在模塊化分解課程知識(shí)基礎(chǔ)上，采用實(shí)踐-理論-實(shí)踐不斷循環(huán)的教學(xué)方法，讓學(xué)生從宏觀角度掌握所學(xué)專業(yè)知識(shí)，從實(shí)踐中去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并在老師的引導(dǎo)下解決問題，充分體現(xiàn)了學(xué)習(xí)過程中學(xué)生的主體地位。

2）注重對(duì)學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。PBML教學(xué)模式依據(jù)學(xué)生心理的變化尋求適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，設(shè)計(jì)課程教學(xué)方案，培養(yǎng)其思考問題、分析問題的能

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力。它站在“學(xué)”的角度，提出在課程教學(xué)模式改革中，以學(xué)生為主體，遵循心理學(xué)認(rèn)知規(guī)律，將適宜的教、學(xué)形式有機(jī)結(jié)合。

3）促進(jìn)教師提高自身專業(yè)水平。PBML教學(xué)模式要求教師有豐富的專業(yè)知識(shí)和多個(gè)軟件的應(yīng)用能力，對(duì)教師來說也是一種積極的促進(jìn)作用。因此，PBML教學(xué)法在培育學(xué)生能力的同時(shí)也促進(jìn)教師提高其自身的教學(xué)能力，包括知識(shí)儲(chǔ)備、應(yīng)變能力等等。

3 結(jié)束語

PBML是一種融合基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和基于模塊化教學(xué)的全新教學(xué)模式。它采用模塊化分割理論教學(xué)內(nèi)容，采用項(xiàng)目和任務(wù)引領(lǐng)教學(xué)路線，以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容模塊化、學(xué)習(xí)過程項(xiàng)目化，其本質(zhì)是一種探究性、任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)模式，實(shí)踐效果良好。這種新型教學(xué)模式從學(xué)生學(xué)習(xí)方式上來講，應(yīng)當(dāng)是一種開發(fā)性（或稱為運(yùn)用性）的教學(xué)；從教學(xué)方法上來講，應(yīng)當(dāng)是一種帶有啟發(fā)性質(zhì)的教學(xué)；從教學(xué)目的上來講，應(yīng)當(dāng)是一種培養(yǎng)工科學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)；從教學(xué)結(jié)果來講，應(yīng)當(dāng)是一種使學(xué)生具備獨(dú)立運(yùn)用各種相關(guān)專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程設(shè)計(jì)、制造問題能力的教學(xué)。PBML教學(xué)從具體的工作環(huán)節(jié)或知識(shí)運(yùn)用出發(fā)，由具體的、局部的知識(shí)逐步擴(kuò)展到全面的、比較抽象的知識(shí)，通過一個(gè)任務(wù)的剖析和完成，把模塊內(nèi)的教學(xué)與實(shí)踐的知識(shí)及運(yùn)用緊密聯(lián)系起來。

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