基于PBL的工科專業(yè)課程教學(xué)探索與應(yīng)用

彭芳 劉保軍 黎萍

摘要：傳統(tǒng)的工科專業(yè)課程教學(xué)，忽視了學(xué)生自主探究及創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，基于項目的學(xué)習(xí)（Project Based Learning）是以學(xué)生為中心、以項目為基礎(chǔ)的探究型學(xué)習(xí)模式。本文分析了PBL在工科專業(yè)課的應(yīng)用模式，并結(jié)合實踐給出了PBL在工科專業(yè)課程的具體實施方案和步驟，以及實施過程的注意事項。實踐結(jié)果表明，PBL能顯著提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、協(xié)作能力、創(chuàng)新能力、實踐能力和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：PBL；工科；專業(yè)課程；教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）12-0178-03

工科專業(yè)課具有實踐性、應(yīng)用性強的顯著特點，以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主的普通本科院校，在工科專業(yè)課程教學(xué)上應(yīng)該與實際應(yīng)用相結(jié)合，培養(yǎng)動手能力強、有創(chuàng)新意識的工程人才。傳統(tǒng)的講授教學(xué)以掌握專業(yè)課程基礎(chǔ)理論為導(dǎo)向，以深入探究專業(yè)核心知識點為主，知識點之間缺乏系統(tǒng)銜接，同時也忽視了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，教學(xué)理論與應(yīng)用實踐相脫節(jié)。要改變這種現(xiàn)狀，就必須探索能引發(fā)學(xué)生自主思維的新型教學(xué)模式，而基于PBL的學(xué)習(xí)就是其中很有效的一種。

一、PBL學(xué)習(xí)模式與特征

（一）PBL學(xué)習(xí)模式

PBL是以學(xué)生為主體、以問題為起點、以項目工作為重要環(huán)節(jié)，將知識獲取與知識應(yīng)用相結(jié)合的探究型學(xué)習(xí)模式[1]。是一種通過讓學(xué)生開展一段時期的調(diào)研、探究，致力于用創(chuàng)新的方法或方案，解決一個復(fù)雜的問題、困難或者挑戰(zhàn)，從而在這些真實的經(jīng)歷和體驗中習(xí)得新知識和獲得新技能的教學(xué)方法。PBL強調(diào)為學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)有意義的項目情境，提倡學(xué)習(xí)者以小組合作的形式完成適當(dāng)項目的設(shè)計與制作，從而學(xué)習(xí)和鞏固隱含于項目背后的理論知識，提高他們解決實際問題的能力、自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)以及終身學(xué)習(xí)的能力[2]。這里的項目泛指與真實需要有關(guān)的項目設(shè)計、產(chǎn)品研發(fā)、現(xiàn)象調(diào)查、問題解決，它們很可能是學(xué)生在未來專業(yè)領(lǐng)域遭遇的問題。學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體圍繞項目涉及問題開展主動學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)，通過積極探索“真實世界”的挑戰(zhàn)和問題，學(xué)生以期獲得更深層次的知識。與傳統(tǒng)的以教師為主導(dǎo)的課堂活動不同，學(xué)生通常必須在項目課程中組織自己的工作和管理自己的時間，而教師則扮演促進(jìn)者的角色，與學(xué)生合作，構(gòu)建有價值的問題，構(gòu)建有意義的任務(wù)，指導(dǎo)知識開發(fā)和社會技能，并仔細(xì)評估學(xué)生從經(jīng)驗中學(xué)到了什么。這種真實世界的問題往往能夠抓住學(xué)生的興趣，引發(fā)學(xué)生認(rèn)真的思考，從而讓學(xué)生成為項目的研究者和自己學(xué)習(xí)的評估者。Thomas Markham（2011）指出“PBL是一種知行合一的教學(xué)方法”，這與約翰·杜威最初提倡“做中學(xué)”的學(xué)習(xí)理念相一致。教學(xué)不再是直接地將知識灌輸給學(xué)生，而是要讓學(xué)生在活動中直接地獲取經(jīng)驗和知識。學(xué)生通過教師的有效指導(dǎo)在探究中逐步構(gòu)建起自己的知識結(jié)構(gòu)，從而讓學(xué)生在實踐中建構(gòu)基礎(chǔ)性的科學(xué)知識，在實踐中去探究解決問題的方法，實現(xiàn)“做”中“學(xué)”。

（二）PBL的內(nèi)涵與特征

PBL的關(guān)鍵要點是自主性學(xué)習(xí)、協(xié)作性學(xué)習(xí)、項目設(shè)計、問題解決等，強調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實踐能力的培養(yǎng)。實踐表明，基于項目的學(xué)習(xí)具有多種特征：（1）以項目為驅(qū)動力。項目是學(xué)習(xí)活動的起點，項目的執(zhí)行需要通過一系列相互關(guān)聯(lián)的任務(wù)才能達(dá)到項目目標(biāo)；項目是期望的結(jié)果或產(chǎn)品，項目需要使用各種資源來完成，包括人力、設(shè)備、原材料和工具；項目有具體的時間和周期；以項目來組織和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生能動性達(dá)到項目預(yù)期目標(biāo)。（2）多種學(xué)科知識的交叉。解決項目所提出的問題需要運用多門學(xué)科的知識，在作品的制作過程中，學(xué)生需要將多門學(xué)科知識綜合起來理解和學(xué)習(xí)。（3）自主探究與合作學(xué)習(xí)相結(jié)合。學(xué)生在自主探究的前提下，以小組合作的形式進(jìn)行學(xué)習(xí)。PBL可以讓學(xué)生進(jìn)行批判性思維，提高合作、交流能力和創(chuàng)造力。（4）學(xué)習(xí)是對現(xiàn)實生活進(jìn)行探究。建立項目與現(xiàn)實生活的聯(lián)系，通過探究學(xué)生獲得學(xué)科知識的核心概念和原理，從而掌握一定的技能。（5）學(xué)習(xí)收獲豐富。基于項目的學(xué)習(xí)需要學(xué)生學(xué)習(xí)書本知識的同時參與實踐活動，既吸收前人的文化傳承，又大膽探索創(chuàng)新。這就使得學(xué)生的收獲不但是多方面的，而且是富有個性的，學(xué)生正是在一個個項目的學(xué)習(xí)中得到了發(fā)展[3]。（6）評價方式多樣。PBL不但要求對學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評價，同時也強調(diào)對學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評價。結(jié)合問卷調(diào)查、訪談等各種手段，教師需要進(jìn)行定量評價和定性評價，同時開展個人評價、團隊評價、自我評價和他人評價等各種評價相結(jié)合的評價方式。

二、PBL應(yīng)用模式

考察國內(nèi)外高校工科專業(yè)教學(xué)過程中的PBL應(yīng)用模式，大致可分為三種：單元應(yīng)用模式、課程應(yīng)用模式和綜合應(yīng)用模式。（1）單元應(yīng)用模式為PBL的初級應(yīng)用模式，以課程單元章節(jié)學(xué)習(xí)為目標(biāo)，確定為達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)所需要解決的核心問題，設(shè)計一個合適的PBL項目，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生采取自主協(xié)作方式完成專業(yè)理論知識的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生在理解問題、解決問題的基礎(chǔ)上更好地掌握知識，提高學(xué)習(xí)效率。（2）課程應(yīng)用模式為PBL的中級應(yīng)用模式，應(yīng)用于整門課程，通過引入一個較大規(guī)模的PBL項目，幫助學(xué)生探索真實情境和課程知識之間的結(jié)合點，當(dāng)學(xué)生在解決問題的情境中獲得并應(yīng)用新知識時，現(xiàn)實世界的問題會抓住學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)真思考。教師采用以PBL教學(xué)法為主，講授教學(xué)和其他先進(jìn)教學(xué)方式相結(jié)合的方式，與學(xué)生一起探討有價值的問題，構(gòu)建有意義的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生最終完成相應(yīng)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)。（3）綜合應(yīng)用模式為PBL的高級應(yīng)用模式，應(yīng)用于總整課程（Capstone Course）等綜合性教學(xué)課程或活動中，教學(xué)法貫穿于所有相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，由于涉及問題較為復(fù)雜，往往集成了幾門專業(yè)課程甚至是不同學(xué)科的知識，用于解決復(fù)雜程度較高的工程性問題，學(xué)習(xí)成果是具有一定市場價值的創(chuàng)新產(chǎn)品。通過該PBL模式的應(yīng)用，能夠幫助學(xué)生構(gòu)建專業(yè)知識體系，探究專業(yè)知識的應(yīng)用技巧，提升專業(yè)技能。

三、PBL在工科專業(yè)課程的實施方法

根據(jù)工科專業(yè)課程的特點，結(jié)合前述的PBL應(yīng)用模式，在具體實施過程中，可分為選定項目、方案設(shè)計與評價、制定計劃、作品制作、成果交流、活動評價六個基本步驟。PBL在工科專業(yè)課程的實施過程及教師與學(xué)生的具體分工如圖1所示，在基于PBL的學(xué)習(xí)模式中，教師從知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者，起到協(xié)調(diào)理論知識和實踐知識、指導(dǎo)和監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)、鼓勵和反思教學(xué)過程等方面的作用。學(xué)生不再是被動的接受者，而是一個實踐共同體中的積極參與者、實踐者。學(xué)生在老師構(gòu)建的項目實踐的參與和交互中，逐漸掌握專業(yè)技能，實現(xiàn)自我導(dǎo)向的學(xué)習(xí)。

（一）選定項目

在PBL實施中，項目的選定至關(guān)重要，項目設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：（1）項目來源于現(xiàn)實生活；（2）項目所涉及的問題應(yīng)該涵蓋所要求的專業(yè)課核心內(nèi)容；（3）項目難度應(yīng)該與學(xué)生能力相符，過于簡單的項目，不能很好挖掘?qū)W生的潛力，太難的課題，又會打擊學(xué)生的積極性。Graaff等（2003）就根據(jù)學(xué)生自治程度的不同定義了三種不同類型的項目[4]：一是，任務(wù)項目（task project），項目由指導(dǎo)教師給定，教師通常設(shè)置好幾個項目，讓學(xué)生選擇，學(xué)生按照指導(dǎo)教師的要求開展項目，學(xué)生可以在完成項目的同時培養(yǎng)興趣，掌握知識的目的。二是，學(xué)科項目（discipline project），指導(dǎo)教師定義項目的學(xué)科領(lǐng)域，制定所要使用的各種方法，但具體的項目和具體方法的設(shè)計由學(xué)生來確定。三是，問題項目（problem project），即項目及其使用的方法完全由學(xué)生自主選擇，教師一方面認(rèn)可學(xué)生的自主性，但也要求學(xué)生達(dá)到課程目標(biāo)。以上三種項目擬定方式，教師可以根據(jù)學(xué)生的特點來分別采用，鼓勵部分有創(chuàng)新意識的學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新精神，進(jìn)行大膽的自主選題。學(xué)生采取自行組團。

（二）方案設(shè)計與評價

學(xué)生根據(jù)項目主題，查找資料，深入探究，確定核心問題，提出問題解決策略，設(shè)計出切實可行的方案。教師對學(xué)生的設(shè)計方案從可行性、與專業(yè)課程內(nèi)容結(jié)合程度、解決問題的難易程度等進(jìn)行分析、評價，指導(dǎo)學(xué)生完善方案。

（三）制定計劃

學(xué)生對項目方案進(jìn)行工作分解，確定各組員具體工作，根據(jù)教師要求的時間節(jié)點，撰寫詳細(xì)計劃書，確定項目進(jìn)展計劃和時間流程安排。

（四）作品制作

作品制作過程中，小組成員之間要進(jìn)行廣泛的交流和討論、進(jìn)行知識分享與相互促進(jìn)，逐漸形成自我引導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生運用自主探究所獲得的知識和技能完成作品的制作。教師隨時監(jiān)督跟蹤學(xué)生的制作進(jìn)展，確保項目開展進(jìn)度，引導(dǎo)學(xué)生提出問題，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。

（五）成果交流

教師安排各學(xué)習(xí)小組進(jìn)行成果匯報，各項目組不僅要進(jìn)行實物演示，教師還應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生運用各種展示工具對項目研究成果及研究過程進(jìn)行全方面展現(xiàn)，如論文、圖表、圖像、動畫、視頻等，交流項目開發(fā)經(jīng)驗和體會，分享他們在項目學(xué)習(xí)過程中所獲得的經(jīng)驗知識和掌握的技能，可以使學(xué)生獲得成功的體驗，增強自信心和滿足感，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)活動的進(jìn)行。通過學(xué)生之間的討論與交流，有利于學(xué)生對新知識的建構(gòu)，使學(xué)生對研究成果更加清晰、更加科學(xué)，使所學(xué)知識在交流的基礎(chǔ)上得以升華。

（六）活動評價

PBL的成果評價包括定量評價和定性評價、對個人的評價和對小組的評價、自我評價和他人評價。評價的內(nèi)容包括課題的選擇、學(xué)生在小組學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)、作品完成情況、成果展示等方面。評價主體包括教師、自己和他人。教師可采用調(diào)查問卷的形式，檢查PBL活動開展是否到位，并認(rèn)真評估學(xué)生從經(jīng)驗中學(xué)到的知識和技能，對教學(xué)過程中反映出的問題及經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)與反思，以期為下一次PBL教學(xué)做好準(zhǔn)備。

四、PBL實施探討

筆者在所教授的《單片機原理及接口技術(shù)》、《專業(yè)綜合實踐》等專業(yè)課程上皆不同程度的使用了PBL教學(xué)模式，從實施結(jié)果看需要注意以下幾點。

第一，以團隊合作的形式開展學(xué)習(xí)，容易出現(xiàn)成員分工不同，出力不均，少數(shù)成員不配合，自身不努力，分配的任務(wù)無法完成，只能由他人代勞，從而出現(xiàn)“搭便車”的現(xiàn)象。初步考慮采用在實施過程中間開展一次組內(nèi)互評，并采取請出機制，如果團隊的其他所有成員同意某同學(xué)應(yīng)該退出該團隊，則該生將直接終止PBL學(xué)習(xí)，不能通過課程考核。

第二，由于采用了與傳統(tǒng)講授方式完全不同的教學(xué)模式，教師只起引導(dǎo)作用，新知識的學(xué)習(xí)完全依賴于學(xué)生自己，從學(xué)習(xí)的效果看，有一部分同學(xué)已經(jīng)依賴慣老師，自學(xué)不到位，新知識掌握的不夠牢固，學(xué)習(xí)效果達(dá)不到預(yù)期等問題。從已有現(xiàn)象分析，還是組內(nèi)交流不到位導(dǎo)致的，有些同學(xué)不善于溝通，不懂也不問，不去想方設(shè)法弄明白。

第三，成果交流環(huán)節(jié)流于形式，交流不夠深入，很多同學(xué)對他人的作品缺乏思考與判斷，不能較深入地發(fā)現(xiàn)問題和提出問題，對新知識的吸收與消化不夠。學(xué)生間交流溝通不積極不主動，需要教師引導(dǎo)下，才能挖掘出作品的核心問題。

五、結(jié)論

基于PBL的學(xué)習(xí)充分調(diào)動了學(xué)生的積極性和主動性，有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、協(xié)作能力的培養(yǎng)，PBL能顯著提升學(xué)生解決問題的能力，加強學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。如何更好地與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，在工科專業(yè)課程教學(xué)過程中取得更加顯著的成果，還需要廣大教師和教研人員的通力合作。

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Exploration and Application of Engineering Course Teaching Based on PBL

PENG Fang，LIU Bao-jun，LI Ping

（University of Electronic Science and Technology of China，Zhongshan Institute，

Zhongshan，Guangdong 528402，China）

Abstract：Traditional engineering major courses teaching has neglected the cultivation of the students' independent inquiry and practice innovation ability. Project-based Learning is a student-centered，project-based research learning model. This paper analyzes the application mode of PBL in engineering major courses，and puts forward the concrete implementation plan and procedure of PBL in engineering major courses，as well as the attentions of the implementation process. The practical results show that PBL can significantly improve students' ability of autonomous learning，collaboration ability，innovation ability，practical ability and problem solving ability.

Key words：PBL；engineering；major courses；teaching