工科專業應用型課程的課堂教學研究

曾廣根，武莉莉，黎 兵，李 衛，張靜全，馮良桓

（四川大學 材料學院，四川 成都 610064）

工科專業應用型課程的課堂教學研究

曾廣根，武莉莉，黎 兵，李 衛，張靜全，馮良桓

（四川大學 材料學院，四川 成都 610064）

本文結合筆者近年來承擔的專業課程教學活動，在工科高年級學生群體中實施基于問題學習的教學模式，通過教師與學生角色的轉換，強調在教學中以學生為中心，并對教學樹立高度的責任感；通過設計與課程及專業背景相關的各種問題，引導學生自主尋找問題的答案，形成主動學習的習慣；通過將問題的解決與教師的科研結合，促進學生再次學習與思考，增加學科專業的認同感，進而探索適合工科專業應用型課程教學與科研實踐的新模式。

PBL；工科專業課；教學研究

一、前言

以學生為中心，引導其主動學習為目的的工科專業課程教學改革與實踐探索的研究，其本質在于提倡基于問題學習（Problem-Based Learning簡稱PBL）的教學模式，并將問題的解決融入到教師科研平臺當中，其核心思想是學生必須對自己的學習任務懷有高度的責任心，必須發揮最大的自主性。PBL在構建主義教育改革中，一直是西方學者奉行的一條基本改革思路。

目前關于PBL在教學中的應用，側重的是理論上的研究和對某個專業及某個學科的影響，及其在一些具體課程上的實施。本文結合筆者近年來承擔的專業課程教學活動，在高年級學生群體中實施PBL，強調在教學中以學生為中心，給學生設計具體的、緊扣專業培養要求的、開放式的題目去分析，鼓勵學生組成自己的學習小組、專題討論小組等，讓學生互相評價各自的作業，相互解釋難點，給不同組員提供互相交流各自興趣和經歷的機會，去尋找與自己的專業知識背景和見解不同的同學進行討論。采用模擬、角色扮演或實驗的方式匯報結果，學生成績的獲得沒有統一的標準，評分標準以每個學生的各自表現為準，與其他同學的成績無關，這樣確保學生在學習成績上不存在相互的競爭。對學生的作業、課堂發言等給予及時反饋，促進學生再次學習與思考。同時引導感興趣的學生進入教師所在課題組，對相關學科知識進行整合，在教師的支持和引導下，主動完成各項學習任務。在實踐環節，教師與學生進行充分的溝通，一起分享經歷及價值觀，結合學生就業給出自己的意見，帶領學生參加學術會議或其他活動。在此基礎上，結合科研平臺，將課堂知識再次呈現，并將課堂上的疑問通過實驗或討論加以解決與驗證。通過問題的設計與解決，探索PBL學習方式在高年級工科專業課中的應用模式，引導學生主動學習。

二、教學實施

（一）接受問題

這是整個PBL教學活動的開始部分。為此，筆者專門就分組情況在學生中進行了調查，結果如圖一所示。根據圖一的結果，筆者按照學生興趣愛好或學習習慣進行分組，這樣能確保組員之間互相了解或認識，為合作學習創造一個良好的人際氛圍，同時分組以3～5人為宜。

圖一 分組情況調查

（二）問題的設計

本過程是實施PBL教學活動的關鍵，也是引領學生進行實踐的基礎，在設計問題時由教師主導，但在布置問題時，教師應該由主導者變為促進者，應和學生交流溝通，形成共同的理解，激發學生主動解決問題的積極性。比如在《現代材料分析技術》課程中，筆者結合課堂的教學，在講到原子吸收分光光度法測量材料時，有意設計出土壤成分檢測這方面的問題，讓學生進行解答。在《薄膜物理與技術》課程中，在講授教材上的各種鍍膜設備的基礎上，結合學生未來就業的需要，設計基于半導體行業的大規模薄膜沉積技術的問題。這些問題的提出，均立足于當前或未來的應用，具有非常實用的價值。另外在設計問題時，筆者會充分考慮其實用性和可行性，比如在《現代材料分析技術》課程學習上，當教材中出現了光譜儀的概念時，通過儀器結構講解，在學生都領會到光譜儀原理的基礎上，筆者會要求學生用日常的一些生活用品，比如牙膏盒、光盤、不干膠等，自己制作一個簡單的光譜儀，并將其應用于生活中各種光源的觀察。這樣的問題設計，極大地激發了學生的積極性，同時也將書本上的知識和實際的應用很好地結合起來。

（三）解決問題

這部分是PBL教學活動的核心環節，筆者對學生解決問題的資料來源進行了統計，結果如圖二所示。

圖二 資料來源統計

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

由此可見，在這個過程中，學生能夠切實投入主動學習，并對學習形成高度的責任感。組員之間能進行較好的分工與合作，對資料進行收集與整理；由于面向的是高年級學生，諸如《薄膜物理與技術》、《納米材料與技術》、《半導體物理》以及《現代材料分析技術》等課程，與筆者所從事的科研工作關聯度很大，在設計問題時，往往能夠緊扣研究的項目，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，幾乎所有的學生都希望能夠進入教師所在的研究平臺，進行課程實踐。考慮到科研平臺實際的容納量，筆者首先會邀請兩個小組的成員到所在的課題組，結合課堂教學和科研情況，將課堂設計的問題進行解決。在這個過程中，學生是學習的主角，教師只在安全和設備操作上進行規范，通過解決問題的訓練，切實鍛煉了學生的社交能力，滿足交往的需要。通過兩個小組的現場認識和實際操作，再將教師設計的問題進行分析，其獲得的信息和資料超過了純粹的文獻查閱方式。在接下來匯報的過程中，能夠有效調動其他學生參與科研的積極性。

通過筆者的調查發現，在解決問題的過程中，大部分學生在主動學習和主動查閱資料上不夠積極，尤其是在文獻收集方面投入不夠。鑒于這種情況，筆者在課堂上，盡量結合學科發展前沿動態，提綱挈領地有意引入一些知識點，作為課后作業讓學生去完成，而這些問題的解決，必須通過文獻的收集與分析才能獲得答案，無形中培養了學生查閱文獻、消化資料的能力。

（四）討論匯報

討論匯報是整個學習的高潮，在這個過程，按照不同小組獲取知識、消化知識的方式不同，倡導學生采用多種形式報告。以《納米材料與技術》課程學習為例，筆者為學生設計的其中一個問題就是：原子力顯微鏡在納米材料發展中的應用。該問題分別由兩組學生進行匯報，由于之前小組間互相進行了交流，匯報的形式各具特色。A小組采用PPT講解的方式，側重點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進行講解，但側重點在應用方面，他們利用磁鐵吸引小鐵球的方式，形象地再現了原子力顯微鏡對原子的精確加工過程。這樣的匯報方式生動而有趣，通過他們的講解，其他學生對于原子力顯微鏡測量的方法有了深刻的認識。

（五）點評講解

該環節體現了教師在PBL教學活動中最關鍵的作用。在學生的討論匯報基礎上，教師幫助學生理清設計問題的目標和課程教學的目標之間的關系，對收集資料的能力和方法進行指導，比如在涉及各種鍍膜設備的問題上，有些制備設備同時集成了很多在線測試裝置，通過教師的點評講解，學生可以將《薄膜物理與技術》與《現代材料分析技術》進行結合分析，增強學生對專業知識的融合和問題解決能力的提升。通過點評講解，學生進行反思活動，可以培養學生批判性和創造性思維，能夠將在解決問題過程中獲得的資料進行升華，提煉出有益的知識，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，比如在點評學生關于紅外測試技術的作業時，通過將拉曼光譜和紫外分光的測試技術進行對比，讓學生反思不同能量的光作用在同一物體上產生的異同。學生通過再次查找文獻，第二次的作業明顯體現了三種光譜測試方法的異同及其在測試中的聯合使用狀況。

三、小結

通過引入基于問題學習的教學方法，引導學生對自己的學習任務，尤其是在頗具專業特色的應用型課程學習方面，樹立高度的責任心，全心全意投入問題解決當中，培養學生學習的自主性，激發學生的創造思維和創新意識，探索課堂教學和人才培養的新模式；同時將學校良好的科學研究平臺與專業應用課程學習相結合，在教學研究與實踐方面，有效地將教師科學研究成果及行業前沿研究動態應用于課程建設當中，注重學生知識的沉淀和拓展，注重學生潛能的挖掘，提升學生專業素養和專業應用能力，促進具有創新思維、創造能力的學生將課程學習與課程實踐相結合，進行消化吸收再創新，探索課程實踐、課堂實驗及科學研究的新模式。

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G642.0

A

1674-9324（2014）42-0208-03

本項工作受到四川大學新世紀教改工程項目（六期）（SCUY069）資助。

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