PBL 教學(xué)模式在水力學(xué)綜合性實驗教學(xué)中的應(yīng)用探討

張新燕，呂宏興

(西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，楊凌 712100)

水力學(xué)是研究液體平衡和機械運動規(guī)律及其實際應(yīng)用的一門學(xué)科，是力學(xué)的一個重要分支，也是許多工程技術(shù)領(lǐng)域重要的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科。當(dāng)前，如何更有效地培養(yǎng)具有較強實踐和科研能力的應(yīng)用型人才，是社會發(fā)展的需要。教育部文件指出:綜合性實驗的內(nèi)容涉及本課程綜合知識或與本課程相關(guān)的課程知識，是對學(xué)生進行實驗技能和方法的綜合訓(xùn)練。綜合性實驗的開設(shè)適應(yīng)了培養(yǎng)高層次應(yīng)用型人才的目標(biāo)。因此水力學(xué)作為一門技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科，尤其是水利類各專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，如何通過綜合性實驗的開設(shè)和訓(xùn)練，提高學(xué)生的實踐能力，創(chuàng)新能力，綜合運用學(xué)科知識，獨立分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)出適應(yīng)社會發(fā)展需求的實踐創(chuàng)新型人才，是急需人們進行研究和探討的重要課題。但是目前在各高校水力學(xué)實驗教學(xué)中，人們對于如何更有效地發(fā)揮綜合性實驗在培養(yǎng)社會需求人才中的作用，還缺乏有效的教學(xué)模式和方法，因此探討綜合性實驗新型教學(xué)模式，發(fā)揮其在教學(xué)中的作用，具有一定的實踐意義。

一、PBL教學(xué)模式

PBL(Problem Based Learning)教學(xué)模式是以問題為導(dǎo)向，學(xué)生為中心的教學(xué)方法，符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論及其教學(xué)原則，對培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)的能力，發(fā)展學(xué)生高級認知思維能力和解決問題的能力具有積極作用。該方法最早應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育，由美國的神經(jīng)病學(xué)教授 Barrows首創(chuàng)［1］，定義PBL既是一種課程又是一種學(xué)習(xí)方式。即圍繞某一問題，在教師的協(xié)助下，學(xué)習(xí)者通過查閱文獻資料、自主學(xué)習(xí)、相互討論的形式，應(yīng)用所學(xué)相關(guān)理論知識，設(shè)計出解決方案，獨立自主解決問題，并從中獲取知識。此方法強調(diào)學(xué)生的主觀能動性，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和獨立解決問題的能力，并通過問題的解決來獲取知識，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性［2－6］，將其運用于水力學(xué)綜合性實驗教學(xué)中，將會最大程度發(fā)揮綜合性實驗的培養(yǎng)目標(biāo)，是工程教育有效的教學(xué)手段。目前，國內(nèi)將PBL教學(xué)模式已成功應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、電學(xué)、計算機、網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)［3－7］，但應(yīng)用于水力學(xué)綜合性實驗教學(xué)的還未見報道。因此，針對PBL教學(xué)模式應(yīng)用于水力學(xué)綜合性實驗教學(xué)進行了探討，以期為水力學(xué)綜合性實驗教學(xué)研究提供參考。

二、PBL教學(xué)模式應(yīng)用探討

PBL教學(xué)模式應(yīng)用于水力學(xué)綜合性實驗教學(xué)中，具體實施過程如下:

1.設(shè)計問題

根據(jù)PBL教學(xué)模式特點，圍繞水力學(xué)課程內(nèi)容選擇某一知識點，首先設(shè)計提出問題，明確問題的目的和要求，需要解決的內(nèi)容等。所提問題應(yīng)是圍繞某一學(xué)習(xí)知識點，通過學(xué)生自己努力可以得到解決的。具體實施時，圍繞明渠水流的內(nèi)容設(shè)計了水面曲線綜合性實驗項目。明渠水流是工程水力學(xué)的兩大內(nèi)容之一，水面曲線研究是明渠水流中的重要部分，針對該內(nèi)容提出問題，“明渠水流中的水面曲線形式和特征有哪些?是在什么條件下產(chǎn)生的?”該問題綜合了明渠水流相關(guān)的渠道斷面形式、底坡類型、流態(tài)、水躍和水跌現(xiàn)象等重要概念和內(nèi)容。圍繞該問題的解決，學(xué)生將掌握明渠水流水深沿程變化基本規(guī)律。

2.學(xué)生分組

問題提出后，將實驗學(xué)生分成若干個實驗小組，每個小組由4—5人組成，推選一人為組長，負責(zé)對小組內(nèi)各成員進行任務(wù)分派和工作協(xié)調(diào)，對組員意見和資料進行整理匯總。

3.分析解決問題，制定實驗方案

各組成員根據(jù)問題，圍繞明渠水流的水面曲線內(nèi)容，分工協(xié)作，通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館、各類參考書等查閱相關(guān)資料，結(jié)合課堂學(xué)習(xí)知識和小組討論方式尋找解決問題的方案。在這個過程中學(xué)生逐漸掌握了水面曲線的概念、變化規(guī)律及其影響因素。在此基礎(chǔ)上，制定出實驗方案，包括實驗設(shè)備、裝置、材料和測試內(nèi)容等。

4.確定實驗方案

將制定的解決方案匯總后，在教師協(xié)助下進行討論，分析其可行性和可操作性，確立最終的實驗方案。在討論過程中，以學(xué)生為中心，教師引導(dǎo)輔助，保證問題解決方法正確，不出現(xiàn)較大偏離，確保學(xué)生設(shè)計方案的可行性和可操作性。

5.進行實驗，得出結(jié)論

各小組根據(jù)自己設(shè)計的實驗方案在實驗室內(nèi)進行具體操作。實施過程以學(xué)生為主體，學(xué)生有問題可以咨詢教師，自己動手，團結(jié)協(xié)作按照設(shè)計方案進行實驗，觀察水流現(xiàn)象，測定相關(guān)數(shù)據(jù)，并進行分析整理，得出結(jié)論。

6.總結(jié)、評價

各小組將實驗結(jié)果匯總，完成實驗報告，上交給教師。由教師對各實驗小組的實驗報告進行批閱，并將評閱意見反饋給各小組。各小組成員根據(jù)批閱內(nèi)容進行修改、補充、完善。最后由教師根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)和成果評定成績。

至此，明渠水流水面曲線綜合性實驗完成。在整個實驗過程中，教師通過提出問題使實驗內(nèi)容具體化、條理化，學(xué)生根據(jù)問題通過查閱文獻資料、自主學(xué)習(xí)、分工協(xié)作、分析討論等手段制定出解決問題的實驗方案，然后根據(jù)設(shè)計方案在實驗室內(nèi)進行操作，測定數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析整理，得出結(jié)論(問題答案)。在整個實驗過程中，都以學(xué)生為主導(dǎo)，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性和自主學(xué)習(xí)能力以及實際操作的動手能力和創(chuàng)新科研能力，充分利用所學(xué)知識，掌握了明渠水流的水流特征、水力分析方法和水力計算技能，從而有效地提高了學(xué)生的實踐能力、綜合應(yīng)用能力和研究創(chuàng)新能力。

三、PBL教學(xué)模式應(yīng)用于水力學(xué)綜合性實驗的效果

PBL教學(xué)法圍繞提出的問題，通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨立設(shè)計方案來解決問題，整個過程以學(xué)生為主體，教師協(xié)助輔導(dǎo)，對調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性、提高學(xué)生獨立創(chuàng)新能力、綜合應(yīng)用能力等效果顯著，是用于綜合性實驗教學(xué)的有效手段和方法。

(一)改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，順應(yīng)時代發(fā)展要求

在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，學(xué)生僅是被動的接受，處于被動學(xué)習(xí)的狀況，教師占主導(dǎo)地位，學(xué)生按照教師的指導(dǎo)進行操作，只知其然，而不知其所以然，經(jīng)常不能把學(xué)習(xí)的理論和實踐相聯(lián)系，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性也受到極大限制，綜合性實驗沒有起到應(yīng)有的作用，效果差，不利于人才的培養(yǎng)。而教學(xué)應(yīng)遵循的正確原則是:知識不應(yīng)當(dāng)由教師簡單地灌輸給學(xué)生，而應(yīng)當(dāng)由學(xué)生自己積極地探索而獲得。PBL教學(xué)法是以學(xué)生為主體，通過依靠學(xué)生自己來尋找解決問題的途徑，打破了過去在實驗課中，由教師詳細講解實驗內(nèi)容和操作步驟，學(xué)生只是按照老師說的一步一步做就行了，不需要動腦筋思考，大多時候?qū)ζ鋵嶒炘硎且恢虢?，至于為什么這么做?如果不這么做又會出現(xiàn)什么結(jié)果等都不十分明白，更談不上對知識的綜合運用了。而通過PBL教學(xué)模式的應(yīng)用，革新了傳統(tǒng)的教學(xué)方法，由教師主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主導(dǎo)，圍繞某一問題依靠學(xué)生自己查資料，設(shè)計方案，解決問題，整個過程都是獨立完成，教師僅起輔助指導(dǎo)作用。學(xué)生在尋求解決問題的過程中，不僅鍛煉了自學(xué)能力，獨立工作能力，團結(jié)協(xié)作能力，綜合運用知識能力，以及理論聯(lián)系實踐的能力，而且有效地開發(fā)了學(xué)生的潛力和創(chuàng)造力，適應(yīng)了當(dāng)今社會對高層次創(chuàng)新應(yīng)用型人才的需要，效果明顯。

(二)調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)

PBL教學(xué)中學(xué)生變被動學(xué)習(xí)為主動探討，整個過程均以學(xué)生為主體，圍繞提出的問題，幾個人組成實驗小組，小組成員相互合作，通過自主學(xué)習(xí)，綜合運用所學(xué)課程理論知識，找到解決問題的方法，設(shè)計實驗，發(fā)揮了學(xué)生的潛能和創(chuàng)造力，提高了學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動了學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生獨立解決實際工程問題的能力和綜合運用知識的能力，有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

(三)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和團結(jié)協(xié)作能力

在教學(xué)過程中，PBL教學(xué)模式強調(diào)基于某一設(shè)定問題進行，該問題所涉及的知識范圍和內(nèi)容都比較繁復(fù)，一個學(xué)生很難完成，需要自行根據(jù)問題難度和深度組成實驗小組進行，小組成員需要分工合作，團結(jié)協(xié)作，共同努力才能順利完成。同時，小組成員需要根據(jù)組長分配去搜集查閱相關(guān)的信息、資料，并將收集到資料與組內(nèi)其他成員分享，進行交流、討論，積極主動進行問題探討，同時能夠接受教師指導(dǎo)，協(xié)助其他成員的工作，共同努力去找出解決問題的對策和方案。在實驗準(zhǔn)備和操作過程中，要積極主動合作、協(xié)作完成實驗內(nèi)容，取得好的實驗結(jié)果。通過訓(xùn)練，極大地提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動手操作能力和團結(jié)協(xié)作能力。

結(jié)合《水力學(xué)》課程，于2011年上學(xué)期對09級水利水電工程專業(yè)的學(xué)生實施了水力學(xué)綜合性實驗的PBL教學(xué)實踐。教學(xué)任務(wù)完成后，對學(xué)生進行了調(diào)查，以了解學(xué)生對此教學(xué)模式的評價及其教學(xué)效果。調(diào)查結(jié)果顯示:130名學(xué)生中有105名贊成(占80%)，表示PBL教學(xué)模式發(fā)揮了個人的主動性，能產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，并且對個人實踐能力的鍛煉和團隊協(xié)作能力的提高都有一定的作用。

四、存在問題

綜合性實驗項目綜合了水力學(xué)課程的多方面知識，并是對學(xué)生實驗技能和方法的綜合訓(xùn)練，對于培養(yǎng)高級工程應(yīng)用創(chuàng)新型人才是一種效果顯著的方式。PBL教學(xué)模式的應(yīng)用激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，提高了學(xué)習(xí)的興趣，有助于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和知識綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，適用于綜合性實驗教學(xué)。但在教學(xué)過程中也出現(xiàn)了一些問題:(1)由于PBL教學(xué)模式強調(diào)以問題為前提，學(xué)生圍繞問題分組、查資料、找方案，最后通過實驗完成，需要較長時間，不像傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式教師介紹20—30分鐘，學(xué)生在兩個學(xué)時內(nèi)就可完成實驗。在目前學(xué)時數(shù)縮短的情況下，PBL教學(xué)模式如何順利開展實施還需要進一步探討;(2)一個本科實驗班為30人，4—5人一個小組，將有6—8組，一組配一名教師，需要較多的實驗教師，目前師資力量明顯不足;(3)教師接受并能較好掌握新的教學(xué)模式，改變原來的以其為主導(dǎo)，手把手教的模式為以學(xué)生為主導(dǎo)，教師引導(dǎo)輔助，明顯感覺經(jīng)驗不足，還需要加強學(xué)習(xí)、培訓(xùn)，積累經(jīng)驗。

五、結(jié)語

通過這次PBL教學(xué)模式應(yīng)用于水力學(xué)綜合性實驗教學(xué)的嘗試，可以看到該教學(xué)法應(yīng)用于水力學(xué)綜合性實驗教學(xué)具有可行性和一定的優(yōu)勢，不論是對學(xué)生還是對課程本身來說都能夠發(fā)揮綜合性實驗在水力學(xué)課程學(xué)習(xí)中的作用。但還存在一些問題需要進一步解決、完善。預(yù)計不久的將來，PBL教學(xué)模式作為應(yīng)用于工程教育中的一種新型教學(xué)模式，將會得到越來越廣泛的推廣應(yīng)用。

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