有限PBL教學(xué)方法中問題導(dǎo)向閉環(huán)設(shè)計(jì)方法探索
——以“模擬電子技術(shù)”課程為例

霍本巖 蘇士美 李忠文 劉艷紅

（鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院 河南·鄭州 450001）

0 引言

為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐國(guó)家戰(zhàn)略、滿足產(chǎn)業(yè)需求和面向未來(lái)發(fā)展，面向“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略，2017年教育部積極推薦新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，以期加快培養(yǎng)具有自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考能力的創(chuàng)新型人才。傳統(tǒng)“填鴨式”“滿堂灌”式教學(xué)方法難以滿足新工科的要求，因此有必要探索新的教學(xué)方法，結(jié)合我國(guó)大學(xué)教學(xué)實(shí)際情況，借鑒先進(jìn)教學(xué)理念，形成符合我國(guó)工科教學(xué)現(xiàn)狀的教學(xué)理念和方法。問題導(dǎo)向教學(xué)方法（Problem-based Learning,PBL）是以學(xué)生為主體開展小組討論的教學(xué)方法，該方法重在發(fā)揮學(xué)生的探索性和主動(dòng)性，教師則從傳統(tǒng)教學(xué)的中心地位轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者和組織者；該方法能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)思考和解決問題的能力。鑒于上述優(yōu)勢(shì)，PBL教學(xué)方法受到了廣泛的關(guān)注，各大高校引進(jìn)PBL進(jìn)行教學(xué)改革試點(diǎn)。但受限于學(xué)生數(shù)量多、教學(xué)資源有限、教師水平不足等問題，在實(shí)際開展中存在教師對(duì)課堂掌控力度不夠、無(wú)法給予學(xué)生合理、及時(shí)的引導(dǎo)；學(xué)生組員水平和積極性不同導(dǎo)致小組配合度不夠、溝通不暢；PBL項(xiàng)目或者問題多樣性差，評(píng)價(jià)形式單一等問題。上述問題制約了PBL教學(xué)方法在實(shí)際教學(xué)中的普及和推廣。

本文以電氣信息類、控制類、生物醫(yī)學(xué)工程類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課—《模擬電子技術(shù)》為例，分析新工科對(duì)課程建設(shè)提出的要求和面臨的問題，探索問題導(dǎo)向教學(xué)方法（Problem-based Learning,PBL）在實(shí)際開展中受到的限制和制約，以《模擬電子技術(shù)》課堂為例，提出有限問題導(dǎo)向教學(xué)方法(Limited Problem-based Learning,LPBL)，結(jié)合學(xué)習(xí)通線上課堂和線下課堂，實(shí)現(xiàn)問題導(dǎo)向閉環(huán)、課堂形式閉環(huán)、課程內(nèi)容閉環(huán)、課群閉環(huán)的四個(gè)“閉環(huán)”，從而提出新的教學(xué)方法和手段，促進(jìn)“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)的改革和發(fā)展。

1 有限問題導(dǎo)向教學(xué)方法

結(jié)合鄭州大學(xué)在“模擬電子技術(shù)”課程開展的實(shí)際情況，對(duì)有限問題的局限性進(jìn)行改善，提出了有限問題導(dǎo)向教學(xué)方法，其主要特征在于弱化項(xiàng)目引導(dǎo)和小組討論的地位，強(qiáng)化學(xué)生獨(dú)立思考、知識(shí)交叉融合的能力，構(gòu)建學(xué)生知識(shí)的系統(tǒng)框架，通過上述改善使得LPBL方法能夠普及到中班，甚至大班教學(xué)，在現(xiàn)有師資和教育資源不變的前提下，改善和優(yōu)化教學(xué)效果。

LPBL教學(xué)方法從下述四個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化：（1）針對(duì)PBL教學(xué)方法對(duì)學(xué)生自律性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、學(xué)習(xí)能力、教師專業(yè)水平和綜合素養(yǎng)要求較高的不足，提出問題導(dǎo)向閉環(huán)的解決方法，通過問題設(shè)計(jì)和線上線下融合教學(xué)突破PBL的限制；（2）針對(duì)PBL小組討論無(wú)法針對(duì)人數(shù)較多的中班或者大班開展的不足，提出課堂形式閉環(huán)，融合線上線下教學(xué)，實(shí)現(xiàn)課下討論、課上講解，提高教學(xué)的效率；（3）針對(duì)“模擬電子技術(shù)”課程知識(shí)的特點(diǎn)，提出課程內(nèi)容閉環(huán)，加強(qiáng)課程前后知識(shí)的聯(lián)系，提高學(xué)習(xí)效果；（4）提出課群知識(shí)閉環(huán)，加強(qiáng)電類專業(yè)課群知識(shí)之間的聯(lián)系，構(gòu)建學(xué)生知識(shí)體系框架，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和效率。

本文以“模擬電子技術(shù)”課程為例，探索第一個(gè)方面“問題導(dǎo)向閉環(huán)”的設(shè)計(jì)，為其他課程的有限問題導(dǎo)向教學(xué)方法提供參考。

2 問題導(dǎo)向閉環(huán)設(shè)計(jì)方法探索

PBL教學(xué)法是一套設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)情境的教學(xué)方法，是以學(xué)生為中心的問題式學(xué)習(xí)或項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)方法。與傳統(tǒng)教學(xué)中以教師講授為主不同，PBL強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，其關(guān)鍵在于發(fā)揮問題對(duì)學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)作用。本文借鑒問題式教學(xué)理念，設(shè)計(jì)問題導(dǎo)向閉環(huán)教學(xué)方法，結(jié)合線上線下混合教學(xué)方式，將導(dǎo)向問題分為課前問題、課上問題、課后問題，通過問題引導(dǎo)學(xué)生思考，分別完成課程內(nèi)容導(dǎo)入、課程內(nèi)容討論和課程知識(shí)發(fā)散的功能。上述問題的時(shí)間和形式安排如下所示：

時(shí)間 形式 事件課前四天 線上 發(fā)布課前問題課前一天 線上 總結(jié)學(xué)生討論結(jié)果，準(zhǔn)備課堂總結(jié)課堂上 線下 對(duì)線上討論結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，引出課堂討論問題，進(jìn)行課堂討論課后 線上 發(fā)布課后問題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用，完成知識(shí)拓展和關(guān)聯(lián)課后兩天 線上 分析學(xué)生對(duì)課后問題的回答，進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)

下面分別對(duì)上述三個(gè)問題、五個(gè)階段進(jìn)行介紹。

2.1 課前問題設(shè)計(jì)及發(fā)布

課前問題設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在前置章節(jié)知識(shí)的基礎(chǔ)上合理設(shè)計(jì)問題引導(dǎo)學(xué)生思考，在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上主動(dòng)構(gòu)建新知識(shí)，通過分析、思考和討論發(fā)現(xiàn)新知識(shí)與已有知識(shí)的聯(lián)系，從而強(qiáng)化對(duì)新知識(shí)的認(rèn)知，并且對(duì)已有知識(shí)進(jìn)行鞏固。根據(jù)上述目標(biāo)，課前問題的設(shè)計(jì)應(yīng)首先梳理已有知識(shí)和新知識(shí)的聯(lián)系，找出聯(lián)系的關(guān)鍵點(diǎn)，在關(guān)鍵點(diǎn)處設(shè)立課前問題，實(shí)現(xiàn)已有知識(shí)和新知識(shí)的承接。以“模擬電子技術(shù)”運(yùn)算放大器這一章為例，分析課前問題的設(shè)計(jì)過程。運(yùn)算放大器是《電子技術(shù)基礎(chǔ)—模擬部分》（第六版）的第二章，但實(shí)際授課中放在第八章，反饋放大電路之后講解，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)掌握了二極管、三極管、反饋電路等概念和知識(shí)，對(duì)于運(yùn)算放大器的講解十分有利。運(yùn)算放大器的關(guān)鍵點(diǎn)在于“虛短、虛斷”的概念和電路分析基礎(chǔ)知識(shí)（基爾霍夫電壓/電流定律等），處于深度負(fù)反饋的集成放大電路具有輸入阻抗無(wú)窮大、增益無(wú)窮大的特點(diǎn)，“虛短、虛斷”的概念正由上述特點(diǎn)而來(lái)。那么，可設(shè)置課前問題“對(duì)于輸入電阻無(wú)窮大、開環(huán)增益無(wú)窮大的理想運(yùn)算，分析不同輸入時(shí)輸入電流、凈輸入電壓和輸出電壓的情況；引入負(fù)反饋后，輸入電流、凈輸入電壓和輸出電壓的情況”，通過分析對(duì)比輸入P和N端口的電壓、電路與輸出的電壓的關(guān)系建立“輸入P和N的電位相同、電流為零”的直觀感知，進(jìn)而為引入“虛短、虛斷”的概念奠定基礎(chǔ)。

2.2 課前問題線上總結(jié)

在學(xué)生完成線上討論之后，有必要對(duì)學(xué)生討論的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，之后在線下課堂上對(duì)討論中存在的優(yōu)點(diǎn)和不足進(jìn)行講解，構(gòu)成線上線下的閉環(huán)。具體方法為：統(tǒng)計(jì)學(xué)生對(duì)課前問題的答復(fù)，分析和總結(jié)存在的問題和不足，對(duì)學(xué)生的討論過程進(jìn)行線上點(diǎn)評(píng)。根據(jù)分析的結(jié)果，設(shè)計(jì)課上交流環(huán)節(jié)的內(nèi)容。例如，可將學(xué)生討論和思考的內(nèi)容總結(jié)為幾個(gè)方向，對(duì)每個(gè)方向的討論深度和問題進(jìn)行分析，在課堂上針對(duì)每個(gè)方向進(jìn)行講解和引導(dǎo)；在設(shè)計(jì)該部分內(nèi)容時(shí)需注意時(shí)間分配，需要合理安排課前問題總結(jié)和新課內(nèi)容講解的時(shí)間。

2.3 課堂總結(jié)及討論問題設(shè)計(jì)

該階段為課堂上與學(xué)生當(dāng)面交流的時(shí)間，需要合理分配課前問題總結(jié)和新內(nèi)容講解的時(shí)間。課前問題總結(jié)為第二部分的內(nèi)容，在此不再贅述?？偨Y(jié)課前問題后引入新概念，在新概念的基礎(chǔ)上擴(kuò)展新課內(nèi)容。新內(nèi)容的講解同樣采用問題引導(dǎo)的方式，受限于課堂時(shí)間，課上問題要跳躍性小、問題深度不大，使得學(xué)生能夠根據(jù)現(xiàn)有知識(shí)快速構(gòu)建新課的內(nèi)容。例如：對(duì)于運(yùn)算放大器這一章，在課前問題總結(jié)的基礎(chǔ)上給出“虛短、虛斷”的概念，之后提出課上問題“如何基于基爾霍夫電流定律設(shè)計(jì)加法、減法、積分、微分電路”，引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用“虛斷”和“虛短”概念設(shè)計(jì)不同的運(yùn)算電路。

2.4 課后問題設(shè)計(jì)

課后問題由線上發(fā)布，學(xué)生分組完成。其目的是鞏固學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握、強(qiáng)化對(duì)知識(shí)的靈活運(yùn)用能力，設(shè)計(jì)的原則是以本次課堂知識(shí)為主、兼顧以往知識(shí)，采用現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目的形式構(gòu)建問題。例如：對(duì)于運(yùn)算放大器一章，在掌握了加法、減法、積分、微分電路之后，綜合模擬集成電路一章的差分放大電路知識(shí)，設(shè)計(jì)如下問題：“設(shè)計(jì)一個(gè)多輸入多輸出倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)容監(jiān)控電路”。該問題需要學(xué)生思考：如何實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)輸入輸出的檢測(cè)、如何設(shè)計(jì)差分放大電路實(shí)現(xiàn)輸入輸出信號(hào)的放大、根據(jù)輸入輸出設(shè)計(jì)加法和減法電路、如何采用積分電路實(shí)現(xiàn)庫(kù)容的計(jì)算等子問題，可見該問題是一個(gè)綜合性的問題，有利于引導(dǎo)學(xué)生思考，加深對(duì)知識(shí)的理解，強(qiáng)化教學(xué)效果。

2.5 課后問題點(diǎn)評(píng)及總結(jié)

在學(xué)生完成課后問題后，教師對(duì)學(xué)生線上討論過程、最終成果等進(jìn)行分析和總結(jié)，并針對(duì)每個(gè)小組，給出具體的指導(dǎo)和講解。同時(shí)，需要教師對(duì)全部小組的結(jié)果進(jìn)行分類，在線下課堂上進(jìn)行總結(jié)，完成問題的閉環(huán)。

以上即為有限問題導(dǎo)向教學(xué)方法的問題閉環(huán)設(shè)計(jì)方法，在上述步驟中，以課前問題、課上問題、課后問題的設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵，問題設(shè)計(jì)的合理與否對(duì)教學(xué)效果具有決定性作用。為豐富教學(xué)的內(nèi)容，可從不同的側(cè)面設(shè)計(jì)問題。在實(shí)際教學(xué)中，教師可循序漸進(jìn)，首先每類問題設(shè)計(jì)一個(gè)題目，在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中根據(jù)教學(xué)效果和學(xué)生反饋，修改、增加題目，從而不斷豐富教學(xué)形式和課堂內(nèi)容。

綜上所述，本文給出問題導(dǎo)向方法設(shè)計(jì)的基本思想，以期為新工科教學(xué)提供一種新的方法。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)《模擬電子技術(shù)》課程的特點(diǎn)，借鑒PBL教學(xué)方法的教學(xué)理念，結(jié)合線上線下混合教育方法，提出了“四個(gè)閉環(huán)”，基于此構(gòu)建有限PBL教學(xué)方法。本文對(duì)“四個(gè)閉環(huán)”中的問題導(dǎo)向閉環(huán)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)講解，提出了基本的設(shè)計(jì)原則，并以《模擬電子技術(shù)》的運(yùn)算放大器一章為例給出了課前、課上、課后問題。本文提出的方法從課群和整個(gè)課程的高度開展課程設(shè)計(jì)和教學(xué)活動(dòng)，對(duì)模擬電子技術(shù)知識(shí)進(jìn)行重新梳理，構(gòu)建模擬電子技術(shù)知識(shí)框架，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、深入思考、靈活運(yùn)用知識(shí)等能力，推進(jìn)“新工科”建設(shè)。