PBL教學(xué)模式下的光電專業(yè)導(dǎo)論課程教學(xué)探索與實踐

張谷令　陳笑　鄒斌

摘 要 采用基于問題的學(xué)習(xí)（PBL）的教學(xué)模式，改革完善光電信息科學(xué)與工程專業(yè)大一新生的專業(yè)導(dǎo)論課程形式和內(nèi)容，使用美科科技（北京）有限公司的mCookie創(chuàng)新套件進行課程教學(xué)設(shè)計和實施。遵循創(chuàng)設(shè)問題情境、轉(zhuǎn)化光電問題、問題解決、成果展示、問題反思等PBL五步教學(xué)模式，對本專業(yè)導(dǎo)論課程進行建設(shè)?？紤]新時代大學(xué)生的認知特點，滿足工程教育認證的要求，努力培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)認同感和精益求精的工匠精神。

關(guān)鍵詞 PBL 光電信息科學(xué)與工程專業(yè) 大一學(xué)生 專業(yè)導(dǎo)論

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.01.027

Abstract We were devoted to reform and improve the form and content of professional introduction course for freshmen majoring in optoelectronic information science and engineering by utilizing Problem Based Learning （PBL） teaching mode in classroom education. The course teaching design and implementation were carried out by using the mCookie products of MICRO Science and Technology （Beijing） Co.， Ltd. Following the PBL five-step teaching mode of creating problem situation， transforming photoelectric problem， problem solving， achievement display and problem reflection， the course of introductions and guidance for undergraduate majors was finished. Considering the cognitive characteristics of college students in the new era， we should meet the requirements of engineering education certification， and strive to cultivate students' professional identity and craftsmanship spirit.

Keywords Problem Based Learning （PBL） teaching mode; optoelectronic information science and engineer; freshman; introductions and guidance for undergraduate majors

基于問題的學(xué)習(xí)（Problem Based Learning，縮寫為PBL）是在工科高等教育中廣泛采用的一種教學(xué)策略。[1] 中央民族大學(xué)于2013年開始建設(shè)光電信息科學(xué)與工程本科專業(yè)（以下簡稱光電專業(yè)）。作為針對大一新生開設(shè)的光電專業(yè)導(dǎo)論課，在課程引領(lǐng)和示范帶動課程建設(shè)方面具有無可替代的先天優(yōu)勢。在本導(dǎo)論課中，我們除了概括介紹光電專業(yè)的歷史發(fā)展、學(xué)科優(yōu)勢、技術(shù)方向、前沿課題、就業(yè)深造等常規(guī)內(nèi)容外，還著重將PBL教學(xué)模式引入本專業(yè)導(dǎo)論課中。引入美科科技（北京）有限公司的mCookie創(chuàng)新套件，充分挖掘線上資源，以真實的工程實際問題為教學(xué)情景，通過學(xué)生合作與分工，逐步掌握蘊含的工程思想，讓大一新生初步獲得解決實際光電工程問題的經(jīng)驗，感受合作學(xué)習(xí)的快樂，體會精益求精的大國工匠精神內(nèi)涵。

1 光電專業(yè)課程PBL教學(xué)模式的建構(gòu)

針對PBL人們提出了不少經(jīng)典的教學(xué)模式，Barrows以醫(yī)學(xué)教學(xué)過程為例，構(gòu)建了組織學(xué)習(xí)小組、提出醫(yī)學(xué)實際問題、問題解決、成果展示等Barrows教學(xué)模式。[2]Robert針對學(xué)習(xí)環(huán)境的情況，構(gòu)建了Robert七步教學(xué)模式。[3] 布里奇斯和梅林杰認為“問題解決”是PBL教學(xué)模式的重點內(nèi)容，教學(xué)計劃和學(xué)生學(xué)習(xí)都需要圍繞“問題解決”展開。[4]

利用學(xué)生已有的認知背景，有效調(diào)動學(xué)生的知識儲備，我們探索提出適合光電專業(yè)教學(xué)特點的PBL教學(xué)模式，主要包括創(chuàng)設(shè)問題情境、轉(zhuǎn)化光電問題、問題解決、成果展示和問題反思等五過程，如圖1所示。

在進行PBL教學(xué)過程中，首先需要進行問題情境的創(chuàng)設(shè)。為體現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)的要求和滿足工程教育認證的需要，這些問題情境要有一定的實際工程背景，并且盡可能是光電類學(xué)生較為熟悉的內(nèi)容，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，積極思考。

光電問題是從前述問題情境中抽取出來的專業(yè)問題或問題鏈，這些問題是在課堂上能基本予以解決的問題。轉(zhuǎn)化的光電問題需要清晰明了，具有可探究性和便于學(xué)生探索等特點。

通過問題解決后，學(xué)生還需要在課堂上進行問題解決的成果展示，高質(zhì)量的成果展示是檢驗學(xué)生問題解決程度的有效手段，同齡人之間的成果展示也是促進專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量整體提升的常用方法。

2 PBL教學(xué)模式下光電專業(yè)導(dǎo)論課程的教學(xué)實踐

2.1 課前分析

在“小車搭建與自動避障”課堂教學(xué)前要先進行課前分析，主要應(yīng)包括設(shè)定教學(xué)目標(biāo)、規(guī)范教學(xué)內(nèi)容、確定重難點并對學(xué)生的學(xué)情進行分析。

2.2 課堂實施

在課程實施過程中，我們倡導(dǎo)學(xué)生自由組隊，提出小車搭建與實現(xiàn)自動避障的工程問題情境。通過教師簡明講解Scratch2-JMD軟件基本知識和美科mCookie創(chuàng)新套件基本功能，將該工程問題情境轉(zhuǎn)化為學(xué)生可以理解并愿意嘗試的光電專業(yè)問題。通過灰度傳感來判斷小障礙物的方位，結(jié)合小車行進的控制，綜合運用變量修正等手段實現(xiàn)小車的自動避障光電工程設(shè)計要求。

學(xué)生分組（3-4人）進行mCookie創(chuàng)新套件軟件開發(fā)和硬件調(diào)試，通過產(chǎn)品手冊和已有的線上資源，嘗試設(shè)計和完成工程方案。根據(jù)調(diào)試反饋修改軟硬件設(shè)計并再次測試，如此不斷地進行工程優(yōu)化和性能迭代。

各組學(xué)生完成小車搭建和自動避障基本功能后，可以主動到教室講臺進行作品展示，講解本組問題解決的思路和方案，特別著重介紹遇到的各種實際問題以及本組成員是如何解決的。

總之，在課堂實施環(huán)節(jié)中我們利用PBL教學(xué)模式，較好地將“問題”貫穿其中，教師角色由主導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者，以實際問題為引領(lǐng)，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，并從中感受光電科技的魅力與活力。在課程教學(xué)實踐過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)思結(jié)合、知行合一，創(chuàng)造條件培養(yǎng)學(xué)生勇于進取的創(chuàng)新精神，踐行專業(yè)導(dǎo)論課程思政的育人要求。

2.3 教學(xué)評價

在課堂小車制作和避障功能調(diào)試的過程中，教師團隊更多的是扮演引導(dǎo)者的角色。當(dāng)學(xué)生碰到難題時，給學(xué)生答疑解惑，引導(dǎo)學(xué)生通過查閱工程手冊和在線資源解決問題。當(dāng)個別研究小組氣氛過度活躍或死氣沉沉沒有動力時，教師及時提醒和多加鼓勵，把學(xué)生引導(dǎo)回課堂教學(xué)中。

教學(xué)中采用過程評價和結(jié)果評價相結(jié)合的辦法進行。教師團隊通過側(cè)面觀察每個小組的學(xué)習(xí)進展和具體討論情況進行過程評價，通過學(xué)生課堂成果展示效果和課后學(xué)習(xí)報告質(zhì)量給出結(jié)果評價。

此外，教師團隊還對部分學(xué)生進行了一對一訪談，了解本次課教學(xué)目標(biāo)的達成情況。從訪談結(jié)果看，學(xué)生的光電工程思想得到了初步培養(yǎng)，通過課程實施大一學(xué)生對即將從事的專業(yè)學(xué)習(xí)從一無所知到了解和熟悉，對專業(yè)的認知從一知半解到感受到光電理論的鮮活和可感知。

*通訊作者：鄒斌

參考文獻

[1] 葉樹江，袁海燕.適應(yīng)認證要求推進工程教育問題學(xué)習(xí)（PBL）教學(xué)模式實施[J].黑龍江高教研究，2016（2）：171-173.

[2] 劉儒德.問題式學(xué)習(xí)：一條集中體現(xiàn)建構(gòu)主義思想的教學(xué)改革思路[J].教育理論與實踐，2001（05）：53-56.

[3] [美]Robert Delisle著.問題導(dǎo)向?qū)W習(xí)在課堂教學(xué)中的運用[M].方彤，譯.北京：中國輕工業(yè)出版社，2004：45-60.

[4] 埃德溫.M.布里奇斯，菲利普.海林杰著.以問題為本的學(xué)習(xí)在領(lǐng)導(dǎo)發(fā)展中的運用[M].馮大鳴主譯.上海教育出版社，2002：29-58.