工科專業(yè)應(yīng)用型課程的課堂教學(xué)研究

曾廣根，武莉莉，黎 兵，李 衛(wèi)，張靜全，馮良桓

（四川大學(xué) 材料學(xué)院，四川 成都 610064）

工科專業(yè)應(yīng)用型課程的課堂教學(xué)研究

曾廣根，武莉莉，黎 兵，李 衛(wèi)，張靜全，馮良桓

（四川大學(xué) 材料學(xué)院，四川 成都 610064）

本文結(jié)合筆者近年來承擔(dān)的專業(yè)課程教學(xué)活動(dòng)，在工科高年級(jí)學(xué)生群體中實(shí)施基于問題學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，通過教師與學(xué)生角色的轉(zhuǎn)換，強(qiáng)調(diào)在教學(xué)中以學(xué)生為中心，并對(duì)教學(xué)樹立高度的責(zé)任感；通過設(shè)計(jì)與課程及專業(yè)背景相關(guān)的各種問題，引導(dǎo)學(xué)生自主尋找問題的答案，形成主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣；通過將問題的解決與教師的科研結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生再次學(xué)習(xí)與思考，增加學(xué)科專業(yè)的認(rèn)同感，進(jìn)而探索適合工科專業(yè)應(yīng)用型課程教學(xué)與科研實(shí)踐的新模式。

PBL；工科專業(yè)課；教學(xué)研究

一、前言

以學(xué)生為中心，引導(dǎo)其主動(dòng)學(xué)習(xí)為目的的工科專業(yè)課程教學(xué)改革與實(shí)踐探索的研究，其本質(zhì)在于提倡基于問題學(xué)習(xí)（Problem-Based Learning簡(jiǎn)稱PBL）的教學(xué)模式，并將問題的解決融入到教師科研平臺(tái)當(dāng)中，其核心思想是學(xué)生必須對(duì)自己的學(xué)習(xí)任務(wù)懷有高度的責(zé)任心，必須發(fā)揮最大的自主性。PBL在構(gòu)建主義教育改革中，一直是西方學(xué)者奉行的一條基本改革思路。

目前關(guān)于PBL在教學(xué)中的應(yīng)用，側(cè)重的是理論上的研究和對(duì)某個(gè)專業(yè)及某個(gè)學(xué)科的影響，及其在一些具體課程上的實(shí)施。本文結(jié)合筆者近年來承擔(dān)的專業(yè)課程教學(xué)活動(dòng)，在高年級(jí)學(xué)生群體中實(shí)施PBL，強(qiáng)調(diào)在教學(xué)中以學(xué)生為中心，給學(xué)生設(shè)計(jì)具體的、緊扣專業(yè)培養(yǎng)要求的、開放式的題目去分析，鼓勵(lì)學(xué)生組成自己的學(xué)習(xí)小組、專題討論小組等，讓學(xué)生互相評(píng)價(jià)各自的作業(yè)，相互解釋難點(diǎn)，給不同組員提供互相交流各自興趣和經(jīng)歷的機(jī)會(huì)，去尋找與自己的專業(yè)知識(shí)背景和見解不同的同學(xué)進(jìn)行討論。采用模擬、角色扮演或?qū)嶒?yàn)的方式匯報(bào)結(jié)果，學(xué)生成績(jī)的獲得沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)以每個(gè)學(xué)生的各自表現(xiàn)為準(zhǔn)，與其他同學(xué)的成績(jī)無關(guān)，這樣確保學(xué)生在學(xué)習(xí)成績(jī)上不存在相互的競(jìng)爭(zhēng)。對(duì)學(xué)生的作業(yè)、課堂發(fā)言等給予及時(shí)反饋，促進(jìn)學(xué)生再次學(xué)習(xí)與思考。同時(shí)引導(dǎo)感興趣的學(xué)生進(jìn)入教師所在課題組，對(duì)相關(guān)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行整合，在教師的支持和引導(dǎo)下，主動(dòng)完成各項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，教師與學(xué)生進(jìn)行充分的溝通，一起分享經(jīng)歷及價(jià)值觀，結(jié)合學(xué)生就業(yè)給出自己的意見，帶領(lǐng)學(xué)生參加學(xué)術(shù)會(huì)議或其他活動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合科研平臺(tái)，將課堂知識(shí)再次呈現(xiàn)，并將課堂上的疑問通過實(shí)驗(yàn)或討論加以解決與驗(yàn)證。通過問題的設(shè)計(jì)與解決，探索PBL學(xué)習(xí)方式在高年級(jí)工科專業(yè)課中的應(yīng)用模式，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。

二、教學(xué)實(shí)施

（一）接受問題

這是整個(gè)PBL教學(xué)活動(dòng)的開始部分。為此，筆者專門就分組情況在學(xué)生中進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果如圖一所示。根據(jù)圖一的結(jié)果，筆者按照學(xué)生興趣愛好或?qū)W習(xí)習(xí)慣進(jìn)行分組，這樣能確保組員之間互相了解或認(rèn)識(shí)，為合作學(xué)習(xí)創(chuàng)造一個(gè)良好的人際氛圍，同時(shí)分組以3～5人為宜。

圖一 分組情況調(diào)查

（二）問題的設(shè)計(jì)

本過程是實(shí)施PBL教學(xué)活動(dòng)的關(guān)鍵，也是引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)問題時(shí)由教師主導(dǎo)，但在布置問題時(shí)，教師應(yīng)該由主導(dǎo)者變?yōu)榇龠M(jìn)者，應(yīng)和學(xué)生交流溝通，形成共同的理解，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)解決問題的積極性。比如在《現(xiàn)代材料分析技術(shù)》課程中，筆者結(jié)合課堂的教學(xué)，在講到原子吸收分光光度法測(cè)量材料時(shí)，有意設(shè)計(jì)出土壤成分檢測(cè)這方面的問題，讓學(xué)生進(jìn)行解答。在《薄膜物理與技術(shù)》課程中，在講授教材上的各種鍍膜設(shè)備的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生未來就業(yè)的需要，設(shè)計(jì)基于半導(dǎo)體行業(yè)的大規(guī)模薄膜沉積技術(shù)的問題。這些問題的提出，均立足于當(dāng)前或未來的應(yīng)用，具有非常實(shí)用的價(jià)值。另外在設(shè)計(jì)問題時(shí)，筆者會(huì)充分考慮其實(shí)用性和可行性，比如在《現(xiàn)代材料分析技術(shù)》課程學(xué)習(xí)上，當(dāng)教材中出現(xiàn)了光譜儀的概念時(shí)，通過儀器結(jié)構(gòu)講解，在學(xué)生都領(lǐng)會(huì)到光譜儀原理的基礎(chǔ)上，筆者會(huì)要求學(xué)生用日常的一些生活用品，比如牙膏盒、光盤、不干膠等，自己制作一個(gè)簡(jiǎn)單的光譜儀，并將其應(yīng)用于生活中各種光源的觀察。這樣的問題設(shè)計(jì)，極大地激發(fā)了學(xué)生的積極性，同時(shí)也將書本上的知識(shí)和實(shí)際的應(yīng)用很好地結(jié)合起來。

（三）解決問題

這部分是PBL教學(xué)活動(dòng)的核心環(huán)節(jié)，筆者對(duì)學(xué)生解決問題的資料來源進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖二所示。

圖二 資料來源統(tǒng)計(jì)

從圖二可以看出，接近一半的學(xué)生（49.4%）在解決問題時(shí)，首先從教材上尋找答案，一部分學(xué)生（20.48%）傾向于相互討論獲得答案，還有一部分學(xué)生（16.87%）從課堂筆記中尋找答案，只有9.64%的學(xué)生能夠通過查閱文獻(xiàn)，獲得相應(yīng)問題的解決。

由此可見，在這個(gè)過程中，學(xué)生能夠切實(shí)投入主動(dòng)學(xué)習(xí)，并對(duì)學(xué)習(xí)形成高度的責(zé)任感。組員之間能進(jìn)行較好的分工與合作，對(duì)資料進(jìn)行收集與整理；由于面向的是高年級(jí)學(xué)生，諸如《薄膜物理與技術(shù)》、《納米材料與技術(shù)》、《半導(dǎo)體物理》以及《現(xiàn)代材料分析技術(shù)》等課程，與筆者所從事的科研工作關(guān)聯(lián)度很大，在設(shè)計(jì)問題時(shí)，往往能夠緊扣研究的項(xiàng)目，比如真空鍍膜工藝方面的問題。所以在解決這方面的問題時(shí)，幾乎所有的學(xué)生都希望能夠進(jìn)入教師所在的研究平臺(tái)，進(jìn)行課程實(shí)踐?？紤]到科研平臺(tái)實(shí)際的容納量，筆者首先會(huì)邀請(qǐng)兩個(gè)小組的成員到所在的課題組，結(jié)合課堂教學(xué)和科研情況，將課堂設(shè)計(jì)的問題進(jìn)行解決。在這個(gè)過程中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主角，教師只在安全和設(shè)備操作上進(jìn)行規(guī)范，通過解決問題的訓(xùn)練，切實(shí)鍛煉了學(xué)生的社交能力，滿足交往的需要。通過兩個(gè)小組的現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)識(shí)和實(shí)際操作，再將教師設(shè)計(jì)的問題進(jìn)行分析，其獲得的信息和資料超過了純粹的文獻(xiàn)查閱方式。在接下來匯報(bào)的過程中，能夠有效調(diào)動(dòng)其他學(xué)生參與科研的積極性。

通過筆者的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在解決問題的過程中，大部分學(xué)生在主動(dòng)學(xué)習(xí)和主動(dòng)查閱資料上不夠積極，尤其是在文獻(xiàn)收集方面投入不夠。鑒于這種情況，筆者在課堂上，盡量結(jié)合學(xué)科發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)，提綱挈領(lǐng)地有意引入一些知識(shí)點(diǎn)，作為課后作業(yè)讓學(xué)生去完成，而這些問題的解決，必須通過文獻(xiàn)的收集與分析才能獲得答案，無形中培養(yǎng)了學(xué)生查閱文獻(xiàn)、消化資料的能力。

（四）討論匯報(bào)

討論匯報(bào)是整個(gè)學(xué)習(xí)的高潮，在這個(gè)過程，按照不同小組獲取知識(shí)、消化知識(shí)的方式不同，倡導(dǎo)學(xué)生采用多種形式報(bào)告。以《納米材料與技術(shù)》課程學(xué)習(xí)為例，筆者為學(xué)生設(shè)計(jì)的其中一個(gè)問題就是：原子力顯微鏡在納米材料發(fā)展中的應(yīng)用。該問題分別由兩組學(xué)生進(jìn)行匯報(bào)，由于之前小組間互相進(jìn)行了交流，匯報(bào)的形式各具特色。A小組采用PPT講解的方式，側(cè)重點(diǎn)在原子力顯微鏡的原理和儀器部分，在講解的過程中，小組成員用鉛筆作為探針，在一塊凹凸不平的木板上模擬測(cè)量過程，通過鉛筆位置的變化，作出木板表面的形貌圖；B小組同樣采用PPT進(jìn)行講解，但側(cè)重點(diǎn)在應(yīng)用方面，他們利用磁鐵吸引小鐵球的方式，形象地再現(xiàn)了原子力顯微鏡對(duì)原子的精確加工過程。這樣的匯報(bào)方式生動(dòng)而有趣，通過他們的講解，其他學(xué)生對(duì)于原子力顯微鏡測(cè)量的方法有了深刻的認(rèn)識(shí)。

（五）點(diǎn)評(píng)講解

該環(huán)節(jié)體現(xiàn)了教師在PBL教學(xué)活動(dòng)中最關(guān)鍵的作用。在學(xué)生的討論匯報(bào)基礎(chǔ)上，教師幫助學(xué)生理清設(shè)計(jì)問題的目標(biāo)和課程教學(xué)的目標(biāo)之間的關(guān)系，對(duì)收集資料的能力和方法進(jìn)行指導(dǎo)，比如在涉及各種鍍膜設(shè)備的問題上，有些制備設(shè)備同時(shí)集成了很多在線測(cè)試裝置，通過教師的點(diǎn)評(píng)講解，學(xué)生可以將《薄膜物理與技術(shù)》與《現(xiàn)代材料分析技術(shù)》進(jìn)行結(jié)合分析，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的融合和問題解決能力的提升。通過點(diǎn)評(píng)講解，學(xué)生進(jìn)行反思活動(dòng)，可以培養(yǎng)學(xué)生批判性和創(chuàng)造性思維，能夠?qū)⒃诮鉀Q問題過程中獲得的資料進(jìn)行升華，提煉出有益的知識(shí)，找到課堂中的問題和其他課程的相同之處和不同的地方，可以明確問題的解決與否，是否需要重新進(jìn)行問題的解決，即重新收集資料，梳理資料，解決問題，比如在點(diǎn)評(píng)學(xué)生關(guān)于紅外測(cè)試技術(shù)的作業(yè)時(shí)，通過將拉曼光譜和紫外分光的測(cè)試技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，讓學(xué)生反思不同能量的光作用在同一物體上產(chǎn)生的異同。學(xué)生通過再次查找文獻(xiàn)，第二次的作業(yè)明顯體現(xiàn)了三種光譜測(cè)試方法的異同及其在測(cè)試中的聯(lián)合使用狀況。

三、小結(jié)

通過引入基于問題學(xué)習(xí)的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)任務(wù)，尤其是在頗具專業(yè)特色的應(yīng)用型課程學(xué)習(xí)方面，樹立高度的責(zé)任心，全心全意投入問題解決當(dāng)中，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造思維和創(chuàng)新意識(shí)，探索課堂教學(xué)和人才培養(yǎng)的新模式；同時(shí)將學(xué)校良好的科學(xué)研究平臺(tái)與專業(yè)應(yīng)用課程學(xué)習(xí)相結(jié)合，在教學(xué)研究與實(shí)踐方面，有效地將教師科學(xué)研究成果及行業(yè)前沿研究動(dòng)態(tài)應(yīng)用于課程建設(shè)當(dāng)中，注重學(xué)生知識(shí)的沉淀和拓展，注重學(xué)生潛能的挖掘，提升學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)應(yīng)用能力，促進(jìn)具有創(chuàng)新思維、創(chuàng)造能力的學(xué)生將課程學(xué)習(xí)與課程實(shí)踐相結(jié)合，進(jìn)行消化吸收再創(chuàng)新，探索課程實(shí)踐、課堂實(shí)驗(yàn)及科學(xué)研究的新模式。

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G642.0

A

1674-9324（2014）42-0208-03

本項(xiàng)工作受到四川大學(xué)新世紀(jì)教改工程項(xiàng)目（六期）（SCUY069）資助。

曾廣根（1977-），男，四川新都人，博士，講師，研究方向：四川大學(xué)材料學(xué)院從事教學(xué)科研工作。