工程學科PBL課程應用的個案研究

谷若佳，茅銳，彭瓊瓊，王笑農

(云南師范大學 教育學院，云南 昆明 650500)

近幾十年來，PBL教學模式獲得飛速的發展，已經從單一的醫學領域拓展到學科教學的各個領域[1-4]，2018年美國教育咨詢機構Teach Thought發布的《2018年美國教育趨勢》報告通過收集和分析大數據，認為PBL教學模式是未來項目教育管理的一種主流趨勢。近年來，國內的教育研究者已經捕捉到這一研究熱點，并開展了一系列的實證研究[5-7]，但是，國內PBL教學的研究更關注PBL的操作應用以及對國外教學研究方法的移植，缺乏對其教學理論的思辨，導致PBL的教學應用仍處于起步階段。

PBL(即Project-based learning，中文名為項目教學法)，系探究式學習(Inquiry learning)與問題導向學習(Problem-based learning)的延伸與拓展。“PBL”一詞始見于美國教育家Pilpatick撰寫的文章“The Project Method”，最早在麥克馬斯特大學醫學院(Mcmaster University)中被應用[8]。從近期研究來看，國內外通常將PBL作為體驗式學習的一種方式[9]，認為其是以一個項目為驅動，將項目作為學生學習的中心，再通過學生的學習行為來組織課堂教學的建構主義教學模式[10]。不過，與國外的教學傾向相區別，國內對PBL的具體界定更偏重以概念和原理為中心，借助項目的完成以幫助學生“做中學”，促進學生學科知識結構的形成[11-14]。相比于傳統的課堂教學，PBL不僅有助于學生建構知識，激發創造力[15]，而且對發展批判思維、提高問題的解決能力和其他綜合技能等(如溝通能力)有顯著的正向作用[16-17]。

一、PBL的環節與特征

打破傳統的以教師或教室為中心的學習模式，PBL教學法強調學生的主體性、主動性，以學生為中心，基于真實性情境，以自學和團體活動為主要學習方式，在問題解決中學到廣泛的知識?；谝陨戏治?，研究認為PBL教學環節有三部分，分別是問題選擇與任務提出、計劃實施與活動參與、成果交流與評價；PBL具有學習內容的情境性、學習活動的主體性和學習方式的互動性這三個特點。

PBL的主要環節為：(1)問題選擇與任務提出?；陧椖康膶W習，是以項目問題的解決為主要探究內容，基于項目提出問題并在研習的過程中產生具體可探究的任務尤為重要。選擇和探究問題首先要迎合學生興趣，其次要判定問題的價值性和可操作性。(2)計劃實施與活動參與。PBL的主旨是在具體的活動探索過程中學習知識，實施計劃和參與活動是整個流程中作為重要的部分。(3)成果交流與評價。實施探究過程、小組形成探究成果后，要在更廣泛的范圍內進行展示。PBL學習中，除了關注理論的增長和實踐能力的提高，另一個目標是提升學生的交流協作能力，在與同伴的互動和評價中增加和完善經驗。

PBL的特點為：(1)學習內容的情境性。基于項目的學習的主要內容是現實生活和真實情境中表現出來的各種復雜的、非預測性的、多學科知識交叉的問題[13]。在真實工作任務中，培養解決問題、思辨等高階能力素養。(2)學習活動的主體性。PBL教學模式強調整個過程中學生主動地建構知識，學生的興趣、需要對建構有著重要意義；此外，學生的主動性、主體性對PBL小組合作和自主探究的學習方式尤為重要。(3)學習方式的互動性。PBL中每一項活動都需要團隊協作才能完成。通過各成員在學習過程中的溝通交流、共同分享學習資料、操作、協作等方式構建起新的認知結構，完成學習任務；在互相觀摩評價，與同伴、教師的交際性活動中完善已有的知識經驗。

二、巴斯克大學工程信息學PBL實施案例分析

巴斯克大學是西班牙的一所公立大學，根據全球高校網(4ICU)的排名顯示，該校在西班牙國內位居第七，學校開設有?？啤⒈究?、碩士和博士專業，課程以工程學為主，如電子學、信息工程、工業組織工程、建筑學等。本文以巴斯克大學(University of the Basque Country)工業信息學課程中PBL的應用為例進行研究。

1. 項目背景介紹

工業信息學課程是該校三年級理學學士在工業電子和自動化工程(IEAE)項目中所必修的課程，占據6 ECTS(European Credit Transfer System，歐洲學分轉換系統)學分。

該專業學生首先進行為期兩年的基礎學習，開設如化學、電氣和機械工程等專業基礎課。第三年專注于學習工業電子和自動化課程，例如工業信息學課程。巴斯克大學對6ECTS工業信息學課程的學習做出如下設計，如圖1所示。

圖1 巴斯克大學6ECTS課程授課時間安排

該課程的基本學習目標是現代工業應用中信息學的知識，其中包括軟件設計和編程、嵌入式系統、計算機通信等；此外，學生也必須去達到雇主所要求的其他學習目標。

PBL是該課程中30個課時實驗室講授環節的主要教學方法，目標是設計機器人手臂的控制器來繪制特定的軌跡。在該環節中選擇PBL教學法的原因有三，首先是因為教學目標的綜合性，完成控制器的設計需要運用多學科的相關知識；其次是學生對該教學目標有濃厚的興趣；再次是教學目標的復雜性，設計控制器的難度較高，需要團隊分工合作才能完成?；谡n程教學目標的特點，PBL被認為是最適合的教學方式。

此外，PBL對促進學生成長也有不可忽視的作用。在PBL教學的過程中，學生們可以清楚的知曉學習需求，并且根據自己的需要積極主動地學習。主動學習除了能夠幫助學生獲得所需的技能，同時也可以提高學生團隊合作能力。PBL教學方法讓學生們更多地參與到教學過程中，培養了學生的創造性思維和解決問題的能力。

2. 項目實施具體流程

巴斯克大學的PBL實施過程基本符合上述三個環節，但在具體運用中，又將其分為以下五個步驟。

(1)項目選擇

指導老師先對學生提出一個探究性問題，例如：你可以創造一個會畫畫的機器人嗎？之后指導老師詳細介紹項目有關信息，并提出項目結束后需要完成的任務和目標。

(2)制定計劃

形成探究問題后，指導老師要求學生通過小組合作的方式確定完成任務的具體計劃，教師綜合考慮教學大綱、學生需求和學情反饋因素等小組協助修訂。完成制定后按照計劃實施活動探究。

(3)活動探究

探究過程共有兩個項目，占據2.7 ECTS(占6 ECTS的45%)，其中第一個項目包括設計和編程應用程序、學習使用編程工具和編寫文檔、介紹基本的機器人概念，并將這些概念應用于軟件中、以模塊方式解決問題。通過按時提交報告和交付成果來學習PBL動態活動形式以及學會團隊合作。

該過程由三個學生組成一個小組來完成，在規定的時間內學生必須高效地將項目分成任務塊，之后指導老師根據設置的時間節點(通常為一周)來指導學生的學習活動，在課程節點中需要描述任務并做簡要說明、指導老師給出指導意見、明確成績權重的百分比以及定位學習目標，并且在此期間學生需要做定期的團隊會議記錄和報告，最后通過Moodle平臺來收集學生的作業成果。

(4)制作作品

作業的制作部分是第二個項目，也是PBL活動的核心，包括編程一個機器人控制器。老師為學生提供配置，學生可以根據需要靈活改進。

(5)活動評價

在學期的最后一周，指導老師與學生進行交流并給予評價。期間要求學生們向指導老師作口頭報告，目的是為了評估他們接受、傳遞知識的能力。在PBL教學活動中進行口頭報告的原因一是學生必須通過獨立思考和合作完成任務、匯報任務;二是學生可以將自己的成果與其他人進行比較，得到反饋和評價;三是幫助學生提高知識傳遞技能。

3. 教學效果

巴斯克大學PBL教學采用了多元化評價指標，按所占比重的大小，主要報告以下兩個指標，一是學生的學習成績，二是學生對課程的滿意度。

在成績方面，PBL教學方法的運用使得該門課程獲得了可觀的教學效果，大部分學生都在這門課程中取得了不錯的成績，例如2015-2016學年成績最差，但學生的通過率仍然高達86.6%，很少有學生不合格或是因輟學中途放棄。

學生的滿意度通過兩份匿名問卷對學生進行調查。第一份問卷主要獲取關于課程工作量、復雜性和趣味性的信息。結果顯示，大多數學生每周花在學習上的時間為3-4個小時，該時間與指導老師的期望時間一致，這也證明了項目工作量分配的合理性。第二份問卷主要是關于教學方法的調查，總體而言，學生對這種教學方法的評價是積極的。學生們認為已經掌握了基本概念，并獲得了跨學科的技能；從指導老師的角度來看，PBL的教學方法有效地引導學生學習，學生感到滿意的同時提高了學習成績。

三、討論

PBL教學模式因其綜合性、實踐性等特點，被廣泛應用于我國工程學科的教學中，但仍未減緩國內工程學科傳統的實際應用與理論脫節等弊病。研究分析了巴斯克大學工程學科使用PBL方法教學的整個過程，得出對我國PBL教學的啟示，期以為PBL在我國工程學科的應用提供借鑒。

1. 實施PBL教學法要有前期基礎

理論基礎是進行PBL教學的前提，接受PBL教學的學生，必須具備前期知識學習的基礎；如果學生沒有理論的積淀，將難以開展創新性、創造性的實踐活動，難以完成PBL教學的任務。在巴斯克大學中，進行PBL教學之前，學生需要進行為期兩年的基礎課程的學習，這為學生打下扎實的理論基礎，在第三年開展PBL課程教學時，學生有能力分析問題、解決問題。

2. 注重形成性評價

PBL教學由緊扣目標的一系列活動銜接構成，學生完成相應的活動后應該獲得相應的學分，關注學生活動的過程而非結果。例如巴斯克大學工業信息學課程PBL的應用中，活動占據總學分的45%，完成活動后才能獲得相應的學分。此外，在教學中除了重視教學質量與學生成績，PBL的教學評價應該注重學生參與過程中的參與度與滿意度等因素，將重點放入學生的學習進程中。

3. 教學環節靈活可變

PBL的基本環節包括問題選擇與任務提出、計劃實施與活動參與、成果交流與評價，巴斯克大學的案例中將三個環節細化為項目選擇、制定計劃、活動探究、制作作品與活動評價五個步驟。在實際的教學環境中，由于設定了有限的教學課時而整個PBL教學活動時長不可控制，因此可以根據教學任務、學生需求與反饋等因素靈活調整教學進度，教學過程具備靈活性、可操作性的特點。