基于項目式學習的船舶測試與診斷課程教學實踐研究

劉樹勇 柴凱 陳萍 張帥 李婧

摘? 要：針對課堂教學重知識傳授，輕學生能力培養(yǎng)的問題，采用基于項目式學習翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，提出相應的教學設(shè)計思路及活動框架。課前設(shè)置多樣化的線上學習任務，學生完成任務清單、評價和自我矯正等活動，開展自主式個性化差異化學習;依托智慧教學工具分析學情，適時調(diào)整課堂教學內(nèi)容和教學策略;以項目為牽引，學生經(jīng)歷認知沖突、深層次互動、反思如何解決問題、增加元認知以及掌握知識的應用與遷移等，有效提升教學效果，促進課程學習目標達成。

關(guān)鍵詞：項目式學習;翻轉(zhuǎn)課堂;教學改革;教學實踐;軍事人才

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）31-0054-04

Abstract： In view of the problem that classroom teaching emphasizes knowledge imparts and ignores students' ability cultivation， the flipped classroom teaching model based on project-based learning is adopted to put forward the corresponding teaching design ideas and activity framework. A variety of online learning tasks are set before class. Students complete tasks list， evaluation， self-correction and other activities to carry out independent personalized and differentiated learning. Relying on intelligent teaching tools to analyze learning situation， timely adjust classroom teaching content and teaching strategies. Guided by the project， students experience cognitive conflict， deep interaction， reflection on how to solve problems. The study increases metacognition and grasp the application and transfer of knowledge， which effectively improves the teaching effect and promotes the achievement of the course learning objectives.

Keywords： project-based learning （PBL）; flipped classroom; teaching reform; teaching practice; military talent

船舶機械設(shè)備測試與診斷課程作為機電管理人才培養(yǎng)的主干課程之一，其目的是要培養(yǎng)學生在掌握測試基本理論和方法的基礎(chǔ)上，能夠應用振動監(jiān)測、油液監(jiān)測、紅外監(jiān)測等方法，在設(shè)備持續(xù)運行且基本不拆卸的情況下，獲取設(shè)備的運行狀態(tài)，并能夠診斷設(shè)備故障的部位、性質(zhì)和嚴重程度。該課程涉及理論力學、材料力學、振動機理、機械電子、計算機技術(shù)以及信號分析處理等學科知識，具有典型的學科交叉性特點。在傳統(tǒng)教學中，為使學生掌握這些監(jiān)測診斷知識，通過老師講授為主，學生做作業(yè)、做實驗進行理解消化掌握。在規(guī)定的時間內(nèi)，大多數(shù)學生能夠緊跟老師節(jié)奏，完成課程學習，甚至獲得了不錯的考試成績。然而，隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，近年來新技術(shù)、新設(shè)備在船上大量使用，新故障時常出現(xiàn)，傳統(tǒng)教學并沒有考慮如何應對新故障的發(fā)生，包括如何監(jiān)測、診斷、分析以及給出科學整治方案;二是隨著船舶遠航等任務的增加，設(shè)備使用的強度急劇增加，船舶出現(xiàn)的故障數(shù)量陡增，故障種類也不勝枚舉，教學內(nèi)容與崗位需求出現(xiàn)了差距。為此，迫切需要采用基于項目式學習的翻轉(zhuǎn)課堂教學方法，開發(fā)遠洋航行、無人值守、水下巡查等不同工程應用背景下的監(jiān)測診斷項目，激發(fā)學生學習興趣，吸引學生廣泛參與，促進學生能夠通過自主個性化學習、查閱資料、國內(nèi)外文獻閱讀、同伴互學和師生深層次討論交流等多樣化學習途徑，增強機械設(shè)備監(jiān)測診斷能力，適應新任務下監(jiān)測崗位對人才的更高需求。

項目式學習（Project-Based Learning，簡稱PBL）是教師提供高復雜性、高真實性的項目，讓學生通過項目實施來尋找問題、規(guī)劃方案、收集資料、解決問題、進行決策和完成研究過程，并最終呈現(xiàn)產(chǎn)品的學習方式[1]。教師以“項目”為教學載體，將課程知識體系視為一個可分解為階段任務的項目整體，通過探究式、體驗式等不同學習模式，將課程核心概念和原理通過系列目標植入項目推進過程。而學生則受高度精煉的問題驅(qū)動，通過項目規(guī)劃、實地調(diào)研、文獻查閱和資料收集等一系列過程，采取“做中學”的方式對既有認知不斷更新并促成新的知識建構(gòu)[2]。當前國內(nèi)外對PBL教學方法的相關(guān)研究眾多，大都關(guān)注“教學的應用”，其次是“模式”“問題與對策”和“理論基礎(chǔ)”等研究。例如，丹麥洛斯基勒大學和奧爾堡大學率先在工程教育領(lǐng)域?qū)嵤┮皂椖繛榛A(chǔ)的PBL教學模式，項目包含復雜工程問題的課程任務，學生圍繞課程項目選擇相應的理論、方法和工具，以團隊協(xié)作的形式進行探究式學習[3];盧海麗等[4]結(jié)合教學實踐提出了智能時代項目式學習的模式和實施過程，并通過Python的項目式學習案例展示了該模式在高等教育領(lǐng)域的應用;譚江月等[5]在PBL模式的實施過程中引入Padlet網(wǎng)絡在線協(xié)作平臺，并建立了“項目績效”分層考核體系;顧劍鋒[6]提出利用PBL模擬不同工作環(huán)境、在單元教學中設(shè)置項目、分組合作，然后匯報并展示成果等具體措施，以提升高職英語課堂效率與學生學習能力。PBL教學模式強調(diào)學生在學習過程中的主體地位，能有效培養(yǎng)學生自主學習能力和團隊協(xié)作精神，這與“以學生為中心”教育理念相吻合。

因此，本文將針對船舶機械設(shè)備測試與診斷課程課堂教學重知識傳授、輕學生能力培養(yǎng)的問題，采用基于項目式學習翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，提出相應的教學設(shè)計思路及活動框架。本文研究成果有助于提高學生的學習主動性、能動性和創(chuàng)造性，打破現(xiàn)實課堂中時間和空間的限制，提升學生的學習體驗度以及教與學的有效性，對于推進高等教育教學改革，培養(yǎng)高素質(zhì)、專業(yè)化新型軍事人才具有重要意義。

一? 基于PBL的教學設(shè)計路線圖

PBL的基本流程或操作程序分為選定項目、制訂計劃、活動探究、產(chǎn)品制作、成果交流和活動評價六個步驟[7]。具體流程如圖1所示。

為了有效地完成基于PBL的教學活動，系統(tǒng)設(shè)計了船舶機械設(shè)備測試與診斷課程在各個階段的任務，從而幫助學生清晰找到學習途徑，直到目標達成。

（一）? 課前階段

盡管基于PBL的教學目的是大力提升學生的能力，但知識部分的學習也是不可或缺的。個性化、多樣化的學習方式是確保學生有效學習的保障。實踐表明，通過在線資源的學習，學生可以反復學習或者重點學習在線課程的內(nèi)容，滿足了個性化學習需求;同時，在線課程課后的一些挑戰(zhàn)性難題，也能夠滿足不同層次的同學學習需求，實現(xiàn)了在線課程的內(nèi)涵，即個性化自主學習，基本模式如圖2所示。

需要注意的是需要采取一些策略防止在線學習走過場。第一，學習活動的多樣化。在線課程的學習活動不能過于單一，要包含選擇題，適當?shù)膯柎痤}，信號處理過程中的編程或者補充缺失程序語句等，讓學習者不會覺得視覺疲勞;讓不同層次的學生都能找到適合自己的題目、任務。第二，學習過程的規(guī)范化。學習要有評估，不能夠只完成任務，不實現(xiàn)評估和自我矯正;將測試結(jié)果一并計入過程成績評估，同時又允許學生多次嘗試答題，有利于個性化自主學習。第三，學習時間的制度化。在課程教學計劃中，課內(nèi)留出特定的時間讓學生線上學習，有基本的時間保證。第四，學習流程的職業(yè)化。學習內(nèi)容關(guān)聯(lián)學生未來的崗位需求，涉及知識點、業(yè)務流程能激發(fā)學習熱情。

（二）? 課中階段

課堂授課階段主要采取翻轉(zhuǎn)課堂的模式，也是線上線下有機銜接階段。線下教學活動過程的特點是：基于問題導向的精準化教學，主要解決作業(yè)難題及線上智能教學工具統(tǒng)計的共性問題、項目實施中遇到的棘手問題等，通過任務驅(qū)動解決問題。其主要形式是參與式互動教學，師生各自的任務明確，學生負責展示和討論，教師是組織者和引導者，負責點評和答疑。

教師通過引入問題，觀察各學習小組的反應，隨著認知沖突的加劇，實時介入并提供一些“彈藥”。課堂貌似混沌狀態(tài)，實則是一種符合自然規(guī)律的深度耦合狀態(tài)，即課堂多自由度非線性系統(tǒng)的內(nèi)共振，產(chǎn)生了非線性耦合，將產(chǎn)生非常豐富的“成果”。有的小組爭得面紅耳赤;有的旁征博引，用大數(shù)據(jù)說話;有的直接沖上黑板圖示化據(jù)理力爭。大風大雨過后，老師進一步引導學生反思問題的解決方法，增加元認知。引導學生將本單元模塊的知識如何引用到解決同類問題甚至新出現(xiàn)的問題中，實現(xiàn)知識的應用遷移，如圖3所示。

（三）? PBL項目式學習任務

教學過程中，學生是主體，老師起引導作用。老師的任務仍然需要講授，但打破了傳統(tǒng)的“眉毛胡子一把抓”“重復性講授低階內(nèi)容”，這里要求的是一種具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的精準互動[8]。

學生需要積極參與把當前遇到的疑惑及時解開，并迎接下一個挑戰(zhàn)。老師構(gòu)建了一個充滿未知元素的學習環(huán)境，點燃了學生學習的熱情，在每一個PBL項目里，教學小組設(shè)置了多種可能遇到的情況，學生在接收到推送的信息后，要迅速做出反饋，包括向外界提出需求，軟件的支持、硬件的支持、自發(fā)組織攻關(guān)小組、同伴協(xié)作學習等等，具體如圖4所示。項目的內(nèi)容具有牽引作用，其是一種通過現(xiàn)有知識來解決未來問題的實戰(zhàn)化模擬，更是一種知識的遷移，從而使得培養(yǎng)的學生更具有自主學習能力和創(chuàng)新能力。

在項目式學習過程中，學生會積極收集信息、獲取知識、探討方案，以此來解決具有現(xiàn)實意義的問題，因此，在項目式學習過程中，不僅僅要求學生能夠應用所學的學科知識，還要懂得如何在工程實際中，將這些知識學以致用。通過學中用、用中學，實現(xiàn)學用合理。學生學習新知識的過程，也是運用知識解決問題的過程。學生運用知識及解決問題的過程也是學習新知識的過程，其本質(zhì)是做中學和深度學習。

在這個過程中，學習的目標是學生能掌握知識和概念，具有運用知識的能力，培養(yǎng)獲得成功的技能，教師的作用是一個設(shè)計者、支持者、引導者或激勵者。

二? 實踐案例

在船舶測試與診斷課程中，設(shè)備監(jiān)測診斷的方法有振動監(jiān)測、油液分析、紅外監(jiān)測等。第1單元教學模塊中，主要學習振動監(jiān)測診斷方法的應用。設(shè)備監(jiān)測部門在日常檢查中，發(fā)現(xiàn)新修ABCD四艘船中，A船的空壓機組振動劇烈，“只要一開機，全船都知道?！奔葒乐赜绊懘蠹业墓ぷ鳝h(huán)境，又具有潛在的巨大隱患。究竟是什么原因呢？怎么處理這個問題呢？將項目布置給6個學習小組，每組4人，時間2周完成。實際操作如圖5所示。

6個學習小組根據(jù)課前學習，課后搜集資料分析，課中討論，有3組分析認為機組振動大的原因是系統(tǒng)產(chǎn)生了共振。因此，首先需要通過測試脈沖振動響應，證實這個判斷，其次，想辦法消除共振。有2組認為，是機組安裝問題，出現(xiàn)了松動或者不對中，需要測試振動，分析頻譜特征，重新檢查安裝情況，并加固安裝就可以了。有1組認為可能是機器本身有故障，要檢查機組的各種性能指標，如氣缸的溫度、壓力等，并和其他機組進行比較。

看到學生通過項目式學習，能夠得到這些專業(yè)的解答，是非常有成效的。因為每一個結(jié)論背后，都蘊含了課前對理論的深度學習和思考。例如，第1組提出了“通過測試脈沖振動響應”來判斷是否共振。其中，就包括其建立系統(tǒng)數(shù)學模型，得到一個二階振動系統(tǒng)，通過沖擊作用，產(chǎn)生有阻尼單自由度振動響應，從而解算出系統(tǒng)的固有頻率。

通過項目化學習，體驗主動和堅持，學會團隊合作并在實踐探究中形成解決問題的能力。其次，將知識從零散理解到綜合理解，改變以往對知識的理解是碎片的、孤立的和零散的狀態(tài)，通過項目把知識與知識，知識與工程問題統(tǒng)一起來，有利于學生對知識的理解，以及跨領(lǐng)域的理解，從而對知識的整體認知和把握。

從脫離情境到情境認知。傳統(tǒng)課堂的學習脫離了工程實際應用的情境，這種學習變成了信息的加工;而項目化學習依托一件具體的事情，讓學生在實踐中參與學習，注重了情境認知，使得學習更有意義。項目化學習強調(diào)從被動機械到主動構(gòu)建轉(zhuǎn)變。學習不是一個被動過程，而應該是主動建構(gòu)。強調(diào)學生自己去發(fā)現(xiàn)，去解決，去創(chuàng)造，從而調(diào)動了學生學習的主動性。

三? 結(jié)束語

基于PBL的教學模式，是以能力提升為目標的教和學，符合人才培養(yǎng)目標中三位一體的目標要求，不僅能夠提升自身教師專業(yè)的發(fā)展，還能夠推動教育的改革與發(fā)展。在實施過程中，有三個重要特點。一是線上、線下有機結(jié)合。線上需要依托相關(guān)軟件，進行學習過程數(shù)據(jù)分析、通過教育智能實現(xiàn)教師智慧;通過新技術(shù)賦能教育發(fā)展;線下需要大力提倡同伴學習，協(xié)作學習。二是注重學生的應用遷移能力。迫切需要關(guān)注學生對崗位的適應能力，通過學生完成項目，培養(yǎng)他們自主發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力;通過課堂的各種展示、辯論、討論、同伴互幫互學，構(gòu)建自身的知識體系，并將知識內(nèi)化為能力;通過系統(tǒng)化訓練眼光更睿智，思維更敏捷，能夠在未來的工作中科學識變、精準應變、主動求變;能夠在危機中發(fā)現(xiàn)新機、在變局中開辟新局。三是對學習效果的科學評價。無論采用哪種形式進行教學，必須以學生的學習效果為中心。開展科學的教學評價是一種規(guī)范要求;老師除了構(gòu)建學習的環(huán)境氛圍，當好學生學習的腳手架;需要做好過程管理，評價學習效果，包括評價的內(nèi)容、評價的方法、評價的依據(jù)與標準。

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基金項目：海軍工程大學教育科研課題“基于認知負荷理論的艦艇裝備監(jiān)測診斷課程教學效果提升策略研究”（NUE2023ER51）

第一作者簡介：劉樹勇（1975-），男，漢族，湖南望城人，博士，教授，博士研究生導師。研究方向為艦船動力裝置監(jiān)測與診斷教學。

*通信作者：柴凱（1989-），男，漢族，湖南益陽人，博士，講師。研究方向為艦船動力裝置振動噪聲控制教學。