PBL教學法在工科專業(yè)課中的應用實踐

張力雋+趙金輝+李火銀+付衛(wèi)東

摘要：PBL教學法對有一定知識基礎和自學能力的學生更適用。工科專業(yè)課面對高校高年級學生開設，具有進行PBL教學的客觀需求和條件。本文以熱能專業(yè)為例，針對工科專業(yè)課中普遍存在的設計類知識進行PBL教學的應用實踐，結果顯示采用PBL教學法對課堂組織、學習效果產(chǎn)生正面影響，同時其實施也存在困難和問題。

關鍵詞：基于問題的學習，工科，專業(yè)課，設計

【分類號】G643

PBL（Problem-based learning）基于問題的學習是一種基于建構主義理論的教學方法，該方法的核心是以問題為基礎、學生為主體、教師為導向。PBL教學模式最早由美國神經(jīng)病學教授Barrows于1969年提出，應用于醫(yī)學教育，學生通過解決病人的問題來達到學習醫(yī)學知識的目的。隨后各國學者先后對這種教學方法進行了研究、試驗，并進行發(fā)展，應用范圍也逐漸由醫(yī)學、藥學等專業(yè)發(fā)展到建筑、法律、管理等專業(yè)[1]，國內(nèi)也有學者在數(shù)學、英語等基礎教育以及計算機、建筑等高等教育進行了應用研究。

PBL教學方法在調(diào)動學生的學習積極性，提高學習興趣方面有非常明顯的優(yōu)越性。David Bamford等人認為PBL教學方法不僅使學生獲得知識，而且可以提高學生的交際能力、團隊協(xié)作能力、解決問題的能力、獨立學習能力并讓學生學會分享信息、尊重他人[2]。

一、在工科專業(yè)課中引入PBL教學方法的可行性

目前我國工科專業(yè)知識教育以講授和多媒體教學為主，結合一定學時的實驗和實習教學。其中講授和演示方法傳承時間長，資源豐富，操作要求低，投資少，是高校課堂教學的主要手段。也正是因為其經(jīng)濟性，資源廣泛易獲取，學生接觸的時間最長，使得學生在課堂上表現(xiàn)的積極性不高。基于這種情況，在工科教育的課堂上加入一些新的方法，提高課堂的挑戰(zhàn)性，增加學生的興趣是非常有益而且必要的。

在我國高等醫(yī)學教育中進行PBL教學應用的過程中，車春莉等人發(fā)現(xiàn)在臨床醫(yī)學教育中采用PBL教學法比在基礎醫(yī)學教育中起到了更好的效果[3]，因為臨床醫(yī)學面對的學生思想較成熟，具有獨立學習和工作的意識，并且有一定專業(yè)知識和社會知識，另外受畢業(yè)和就業(yè)壓力的影響，使學生學習主動性更強。在高校中高年級采用PBL教學法更容易被接受。因此PBL教學方法對工科專業(yè)課有適用性。

專業(yè)課在學生學習了公共課和專業(yè)基礎課的基礎上開設，學生對專業(yè)有初步的認識，并且適應了大學的學習方式，基本具備必要的理論知識和一定的自學能力。學生對自己的專業(yè)知識學習有一定的預期，但學習熱情會隨著專業(yè)課程的開展有下降的趨勢。因此，筆者認為該階段的學生既有進行PBL教學需要的客觀條件，又有客觀需求，也就是說學生有了知識和能力的儲備，使得學生能夠勝任相應的工作，而同時學習熱情一定程度的衰退也需要一些新方法來調(diào)節(jié)。

二、PBL教學方法的設計

1. 醫(yī)學專業(yè)的PBL模塊

Distlehorst和Barrows在醫(yī)學專業(yè)采用PBL模塊進行教學[4]，該模塊包括兩份資料：一份以字母排序的清單（the Master Action List），上面羅列每個病人都可能用到的歷史問題、體檢過程、化驗、診斷過程等，另一份（the Patient Encounter）是對病人情況的模擬資料，包括病人最初的表現(xiàn)、體檢結果、化驗單等與清單對應的資料。學生按小組選取一個案例后判斷需要采取那些行動，然后從清單中找出最接近的條目，查看相應的病人資料，最后做出診斷。Distlehorst等人認為小組學習的效果要比個人學習好。

采用PBL教學模式是個以小組為單位，學生自主學習的過程。教師提供給學生必要的背景資料，鼓勵學生相互討論，并對學生進行適當?shù)囊龑А?/p>

2. PBL教學法實施的層面

由于專業(yè)之間的差異，很難將醫(yī)學專業(yè)的PBL教學方法直接照搬到工科教學。杜翔云等把PBL課程改革分為三個層面[5]：單門課程層面、交叉課程層面、院校層面，認為在不同層面、不同環(huán)境推行PBL時，課程改革需要采取不同的策略。在工科課程中，對單門課程層面的課程改革，國內(nèi)教育工作者也做了嘗試[6，7]。教師根據(jù)一門課程中的某個章節(jié)內(nèi)容設置一個題目，按照PBL教學方法的程式完成。

筆者認為各工科專業(yè)的特點、教學目標存在一定的共性，因此找出一種在大部分工科專業(yè)中普遍適應的PBL教學方法存在可能。比如大部分工科專業(yè)學生畢業(yè)后可以從事一些設計或開發(fā)的工作，高校都希望能培養(yǎng)出符合社會需求的學生，并且都會設置相關的課程、課程設計、畢業(yè)設計等，可以說進行了比較全面的教育。盡管如此完成學業(yè)的學生并不都擅長設計。在工科專業(yè)中對與設計相關的內(nèi)容采用PBL教學法，具體可以依據(jù)單門課程、同一專業(yè)的相關課程、交叉學科等不同層面循序漸進的方式進行實施。

3. PBL教學法在熱能專業(yè)課中的試驗

為了得到在工科專業(yè)課中引入PBL教學方法的經(jīng)驗，筆者首先在熱能動力的專業(yè)課中進行試驗。比如制冷劑流量調(diào)節(jié)是制冷裝置自動調(diào)節(jié)中必不可少的部分，也是一個制冷系統(tǒng)設計中必需的部分，這部分內(nèi)容在不同課程中有不同程度涉及。按照講授和多媒體教學的方法，一般由教師進行講授原理、分類、各種類型的特點、應用條件、計算選型的方法和步驟，然后講一個例題。學生在這個過程表示聽課效果良好，并且知道了計算的方法和步驟。但是在畢業(yè)設計中學生對制冷劑流量調(diào)節(jié)的選擇仍然可能存在困難。實際上學生完全可以在專業(yè)基礎課程中的工程熱力學和傳熱學知識基礎上理解其中的知識點并進行計算。

同樣的內(nèi)容，采用PBL教學方法進行教學，教師不對這部分內(nèi)容進行講解，而是設置3～4個題目，每個題目涉及一種調(diào)節(jié)類型，設置相關的參數(shù)，推薦學生可以借助的參考書，并告知學生進行設計時需要用到的設計手冊，以及可能用到的國家規(guī)范，除此之外，學生還需要一些產(chǎn)品的樣本，需要自己去找。除了老師推薦的資料，學生可以自行根據(jù)需要和習慣借助其它任何資料來源，可以借助圖書館、網(wǎng)絡搜索平臺、網(wǎng)上圖書館、電子書籍等等任何渠道來獲得所需的知識、方法和內(nèi)容。并且鼓勵學生分享自己的資料來源。

要求學生能夠提出問題解決的詳細過程，最終的結果應該是直接指定采用的設備，設備的參數(shù)盡量詳細。同時要求學生明白不選其它形式的原因，也應該了解其它類型的特點，以便討論時能夠理解其它組的題目。

對題目的內(nèi)容和要求學生可以提出自己的疑問和想法，課堂上進行討論。然后學生按自己的意愿分小組，以小組為單位抽取其中一個題目，用一周或一周半的時間自行組織完成題目。小組指派一名代表陳述自己本組的解決過程和結果，然后進行討論。同組成員可以補充，班級所有成員都可以對其中可以改善的部分提出自己的觀點。教師鼓勵大家發(fā)表自己的觀點，組織學生的討論，鼓勵和表揚好的想法和做法。

三、采用PBL教學法的影響效果

從課堂組織的角度來看，采用PBL教學法對提高學生興趣，活躍課堂氣氛有明顯效果，學生對課程的參與程度大大提高。一方面學生對新的教學方法充滿新鮮感，另一方面，學生通過解決“實際問題”強化了學習過程，并提升了專業(yè)情感和專業(yè)自信。

在討論的過程中，學生的注意力集中程度提高，聽取別人的分享，并盡力組織語言，條理思路。學生通過組織語言，相互交流，資源共享來促進學習，提升協(xié)作，加強表達和總結能力。

從學習效果來看，采用PBL教學方法可以促進學生的學習。學生對課程的學習起到很好的效果，通過解決問題為目的的學習，增加了對學習內(nèi)容的理解，討論過程加深對課程內(nèi)容的記憶。

四、實施中存在的困難和問題

1.PBL教學法的實施對教師提出更高的要求。首先需要投入更多的時間。教師要熟悉所講授課程的內(nèi)容，并了解相關課程的內(nèi)容。題目的設置需要更多的時間和精力，除了對題目的范圍、條件、難易程度進行把控，還需要對相關資料進行查找和熟悉，以保證在學生討論時能夠進行適當?shù)囊龑АＡ硗饨處熞獣A聽，抓住學生陳述的點，作出適當?shù)谋憩F(xiàn)，需要提高自身教學素質(zhì)和素養(yǎng)。

2.學生需要投入更多的時間和精力。學生需要在課下抽時間查找資料，對資料進行學習，課上進行討論。對自己查找的資料和討論時別人的想法，自己的發(fā)言提綱，討論時產(chǎn)生的新想法，進行記錄和總結修正。在學生課程比較多的情況下，會增加學生負擔而降低學習效果。因此需要給學生留適當?shù)臅r間，但時間太長又容易消磨學生的積極性，題目難度和工作量應適當。

3.學習效果受學生重視程度影響。在不同的課程中實施學生的參與度有明顯區(qū)別，在需要考試的專業(yè)課中學生的準備和參與度明顯高于在不考試的選修課程中。如何有效激勵學生需要進行更多的試驗。

4.存在依賴網(wǎng)絡搜索平臺的現(xiàn)象。通過電腦、手機網(wǎng)絡查找問題的答案是極方便、快捷的方式，時間、資源成本非常低。各種網(wǎng)絡為人們生活提供了極大的便利，人們對網(wǎng)絡的依賴程度也不斷升高。學生通過各種網(wǎng)絡查找資料時也都希望能夠快速得到“答案”，手機是學生查找資料的最愛。而事實上從手機資源中很難得到與課程相符的有用信息。另一方面網(wǎng)絡資源信息之廣泛、豐富也給指導教師帶來了挑戰(zhàn)。

5.筆者對工科課程中應用性比較強的內(nèi)容中有關設計的部分進行了與PBL教學法的結合。課程中還存在理論性比較強的內(nèi)容，反應學科發(fā)展方向，比較先進但是還沒有固定的手冊或規(guī)范可以依據(jù)的內(nèi)容，以及涉及系統(tǒng)和設備診斷等等各種類型的內(nèi)容，這些內(nèi)容是否都可以結合PBL教學方法，如何結合是需要進一步思考和實踐的內(nèi)容。

五、結論

工科專業(yè)課中普遍存在實用的或能夠解決某方面實際問題的的內(nèi)容。而學生在學習了相關的課程后卻并不一定能很好的解決相應的實際問題。筆者以課程中的設計問題為例，進行PBL教學的探索，旨在讓學生通過模擬實際問題的方式進行自主學習。試驗結果表示PBL教學方法對活躍課堂氣氛，提升學習效果，增強學生的專業(yè)情感起到很好的作用。同時實施中也存在一些困難和問題，需要教師和學生共同克服和進一步探索。

參考文獻：

[1] David Bamford，Katri Karjalainen，Ernest Jenavs. An evaluation of problem-based assessment in teaching operations management[J]. International Journal of Operations&Production Management. 2012（32）.

[2] Diana F Wood. ABC of learning and teaching in medicine[J]. Clinical review，2003（326）.

[3] 車春莉，郭慶峰. PBL教學模式在中國高等醫(yī)學教育中應用的思考[J]. 中國高等醫(yī)學教育，2010（1）.

[4] Linda H. Distlehorst， Howard S. Barrows， M.D.. A new tool for problem-based， self-directed learning[J]. Journal of Medical Education，1982（57）.

[5] 杜翔云等. PBL：大學課程的改革與創(chuàng)新[J]. 高等工程教育研究，2009（3）.

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[7] 朱秀委，盧路瑤等. 基于網(wǎng)絡的PBL教學模式初步研究——以EDA課程教學為例[J]. 考試周刊，2015（23）.