PBL教學法在仿生科學與工程新工科專業培養過程中的應用可行性探究

馬云海 張清珠 李默 任麗麗 孫霽宇

摘? 要 仿生科學與工程專業具有實踐性強、創新要求高、專業性強的特點，對培養工科學生的實踐能力和解決實際復雜工程問題能力有著十分重要的作用。為了適應新工科的發展需要，提高教學效率和質量，探討在“仿生科學與工程”新工科專業培養中引PBL教學法可行性。這種教學模式使優質的教學資源與傳統課程結合，結合討論的內化環節，能夠充分利用現有資源，提高學生的實踐能力和創新能力。

關鍵詞 仿生科學與工程;新工科;PBL教學法;創新能力

中圖分類號：G642.41? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）08-0080-03

1 前言

PBL（Problem-Based Learning）教學法是指問題式學習或者項目式學習的教學方法，是一套設計學習情境的教學方法，最早起源于20世紀50年代的醫學教育[1]。PBL教學法是基于現實世界的以學生為中心的小組討論式教學方法，通常4～6名學生配備一位導師，在小組討論中讓學生圍繞問題進行思維、推理、方案制訂和分析，導師只起導向作用，通常不直接回答學生的提問，維持小組向既定的教學目標進行。

2 PBL教學法的應用

PBL教學法最早興起于醫學領域，1969年，加拿大的麥克瑪斯特（McMaster）大學首先把PBL教學法引入醫學教育領域。自引入PBL教學法后，麥克瑪斯特的一系列教學改革措施便引起醫學教育界的廣泛興趣。20世紀70—90年代，PBL教學法在歐洲和北美獲得很快發展，美國的醫學院在不同程度上都采用完全的PBL教學或者是與傳統教學方式相結合的形式開展教學，同樣取得顯著成績，教學效果明顯[2]。

我國最早在1986年由上海第二醫科大學和西安醫科大學引進PBL教學法，自20世紀90年代以來，引進PBL教學法的院校逐漸增多，同時取得良好的教學效果[3]。

3 PBL教學法的優點與局限性

PBL教學法是基于現實世界的以學生為中心的教學方式，是在教師的引導下，“以學生為中心，以問題為基礎”，通過采用小組討論的形式，讓學生圍繞問題獨立收集資料、發現問題、解決問題，培養學生自主學習能力和創新能力的教學模式[4]。PBL教學法在于發揮問題對學習過程的指導作用。與案例分析的一個很大的不同點是，PBL教學法以問題為學習的起點，而案例分析是教師先講解教材，在學生掌握一定的知識的前提下做案例分析。

PBL教學法是基于對傳統教育以教師為主體的靜止的、被動接受知識的教育的批判而發展出的教學法。PBL教學法在實際教學過程中有助于培養學生解決工程實際問題的思維模式的形成，同時能夠有效提升學生的團隊協作精神，重在促使構建開放的學習環境、開放式思維，成為主動的學習者和高效的團隊合作者。PBL教學法有利于調動學生的積極性、主動性、創造性，培養學生變單向思維方式為多向思維方式，有利于學生獨立思考問題，理論聯系實際，靈活運用知識，加強人際交往能力和語言表達能力。PBL教學法是一種以學生為主體的開放動態教學法，在培養創造型、開拓型、實用型醫學人才過程中，有傳統教學法無可比擬的優點，值得在國內高等教育環節進行推廣。

但PBL教學法至今沒有在全國范圍內廣泛采用，這其中涉及諸多原因，例如：由于高校擴招，造成學生數量激增，無法做到小組教學;PBL教學法作為一種較為新興的教學法，對教師乃至教學管理部門都是一種挑戰;PBL教學法沒有現成的教材，這也是PBL教學法發展推廣中遇到的瓶頸;PBL教學法對于教學環境資源需求相對于傳統教學法更大，對于學生的學習能力要求更高[5]。

4 仿生科學與工程專業特點與優勢

經國務院學位委員會批準，吉林大學仿生科學與工程專業在2006年成為我國首個設置二級博士、碩士學位授權學科;2019年3月，教育部公布了2018年度普通高等學校本科專業備案和審批結果，吉林大學是國內第一家也是唯一一家通過教育部新增目錄外專業審批獲仿生科學與工程新工科專業的高校。從2019年起，吉林大學生物與農業工程學院具備了仿生科學與工程專業本科、碩士和博士完備的工程仿生人才培養體系，同時開始招收本科生，在仿生科學與工程新工科專業培養機制方面進行了長足探索。

PBL教學法恰恰適用于仿生科學與工程新工科專業的培養理念，雖然有諸多發展限制因素，但是依托吉林大學的平臺建設，仿生科學與工程專業雄厚的師資力量以及科研力量，使得PBL教學法在吉林大學仿生科學與工程新工科專業教學中具有很大的應用優勢。吉林大學是教育部直屬、中央直接管理的綜合性研究型全國重點大學，國家“雙一流”“211工程”“985工程”重點建設學校，教學資源極其豐富。仿生科學與工程專業目前擁有教授（研究員）26人、副教授（高級工程師）16人，其中博士生導師28人，包括中國科學院院士一人、“長江學者獎勵計劃”特聘教授兩人、“長江學者獎勵計劃”講座教授一人、國家杰出青年基金獲得者兩人、萬人計劃科技創新領軍人才一人、國家優秀青年科學基金獲得者一人。

仿生科學與工程新工科專業旨在培養社會與科技發展需要、德智體美勞和諧發展，具有創新精神、實踐能力和國際視野，具備自然科學、人文科學知識基礎和高度社會責任感，較系統地掌握仿生學、機械學、生物學基本理論及工程技能和技術知識，具備仿生相關裝備設計與制造、仿生材料開發、仿生學研究等方面能力的交叉復合型高素質人才。要培養“精設計、懂工藝、善實踐、眀管理、有視野、會創新”的仿生工程領域高素質、創新型、復合型人才，讓學生畢業后可以在國內外著名高校、科研院所的仿生、機械、材料、生物等科技前沿領域繼續深造，或在智能制造、仿生機器人、大健康、新能源、軍事國防等我國未來主要高技術產業從事科技研發或創新創業活動。

目前新工科建設雖然取得一些階段性成果，但是對于新工科的內涵與理念的認識有待提升，至今也并未形成可廣泛推廣的教學方法和手段，因為很多高校對于新工科的內涵和理念存在狹隘、片面和固化的理解。但這在仿生科學與工程新工科專業卻是優勢，仿生科學與工程專業是一門新興學科，是仿生學與工程學交叉學科，這也決定了仿生科學與工程新工科專業在培養模式上需要探尋適合自身發展的方式和方法。

5 PBL教學法在仿生科學與工程新工科專業培養過程中的具體應用及注意事項

依據培養方案及教學大綱明確教學目標、分解教學步驟? 任課教師制定課程PBL教學法詳細教學大綱，落實階段任務與匹配時間，以保證學生具有充分的時間利用既有資源，同時要杜絕學生消磨時間，還要給學生留有足夠的自主學習的時間，盡可能發揮學生的主觀能動性。在該環節，教師一定要明確定位、分解知識點，設定合理的教學分解步驟，而不是簡單的教科書羅列，一定要凸顯教學層次，這對一線教師的嚴苛考驗。目前，由于PBL教學法在各學科推廣深度不足，并沒有形成相關學科內成熟的基于PBL教學法的教材，因此要求教師在教學改革探索的同時積累相關素材和經驗，形成可推廣模式供學科教學推廣發展。

建立PBL教學法中圍繞培養方案和教學大綱知識點而展開的工程實例案例庫? PBL教學法是以問題為中心，以解決問題為導向的教學方法，所以在教學過程中需要引入工程實例，設置情景問題，引發學生思考。在這一點上，仿生科學與工程新工科專業優勢獨到，專業教師緊抓學術前沿，關注學科熱點，教學案例庫十分豐富，稍加加工整理，即可作為激發學生興趣的優良情景問題。將科研實際中積累的工程案例建立案例庫，設置相應難度等級，以備學生選用。該環節最好能做到案例分類、難度等級細化分級，讓不同程度的學生選擇適宜自己參與的臺階，一步一步循序漸進往上走。為吸引學生的關注度，要注重引入熱門問題和焦點問題，同時要杜絕求快、求新和標新立異，拒絕形式化和花架子，打牢基礎才能拓展開來。

學生深度參與PBL教學法的實施? 從一線教師的反饋中知道，學生學習的積極性相對較弱，學生的自學能力、消化知識的能力、動手能力等均呈現正態分布規律。在傳統的教學班授課過程中，少部分學生表現輕松，可以完全掌握教師教授內容并自行拓展學習，大部分學生基本能掌握教師教授內容，還有少部分學生表現出無法掌握課堂內容的情況，這就是教師通常給學生的分類：吃不飽、剛剛好和消化不了。這種情況一度讓授課教師很頭疼，怎樣才能面面俱到地兼顧所有學生？一度開始推廣小班授課，可是同樣的問題依然存在，只是由大塊分解成若干小塊，不是所有學生都能深度參與其中。

而在PBL教學法中將學生分成4～6人的小組，分組過程中要注意小組內學生的學習能力，杜絕搭車行為。將學習能力相近的學生設置在同一學習小組，針對不同小組的情況設置情景問題，促使每一個學生都能夠深度參與學習過程，激發學生的學習熱情和參與度，引領學生產生“我想學”的態度，繼而實現教學的良性循環。在這個過程中要保證學生能夠端正態度，認真收集對應問題相關資料，借助圖書館和網絡資源，對獲取信息經過閱讀、篩選和思考等環節，經過小組討論，達成共識、形成方案，同時要落實到書面形式，在小組間進行交流匯報，之后組間提出意見由教師點評，最后形成總結和評價。在總結評價中應包含小組內自我評價、組間互評和教師評價三部分，同時應該明確落實每一位組員所掌握的知識點、技能、參與度和貢獻率。在這個過程中要適度保護組員的學習積極性，讓學生認識到自己的進步，這是一件十分快樂的事。

PBL教學法相對于傳統教學模式，對于教師的定位發生變化，需要教師從傳統的知識的傳播者轉變為知識平臺和問題的搭建者，教師要發揮引導作用，引導學生通關各種線上、線下渠道及各類資源收集相關信息，篩分有價值信息點，并在討論、分析和交流過程中重新梳理解決問題的方式方法;對每一位組員的參與要給予肯定，從而充分調動組員的參與熱情，推動整個小組向前進步。在必要的情況下，教師需要針對有需要的小組給予思路啟發，以此引領陷入困境的小組主動思考;同時要引導學生的發散性思維和開放性思維，杜絕所有問題標準答案的唯一性情況。

肯定傳統教學內容的同時加強新教學手段的引入? 很多學科和課程都面臨這樣的問題，在傳統的教學模式下，教材內容陳舊、脫離實際，學生毫無興趣而言。究其原因，多年來學生都是為了考大學而考大學，不是帶著問題力求解決疑惑而踏進“象牙塔”，所以在面對枯燥的公式推導等一系列問題的時候感覺迷茫，沒有學下去的目標和動力。這也是PBL教學法的重點所在，為學生撥開迷霧，指出方向。PBL教學法在實施過程中不應該是對原有教學內容的全盤否定，而是教學手段和模式的轉變，是適應新的社會挑戰情況下應運而生的產物。

6 結語

在豐富的教學、科研資源配置條件下，在雄厚的師資條件下，正是PBL教學法發揮優勢的場所，引入PBL教學法先進的教學方法與理念，對探索、建立新環境、新挑戰下適合仿生科學與工程新工科專業的培養體系有很大的幫助。

參考文獻

[1]慕景強.PBL教學法在我國可行性的研究[J].醫學教育，2003，12（6）：37-41.

[2]孫培青.中國教育史[M].上海：華東師范大學出版社，2000.

[3]付國秋.PBL教學法介評[J].現代交際，2019（21）：220，219.

[4]李春慧.基于PBL的大學英語素質拓展課程教學研究[J].知識經濟，2020（3）：107，109.

[5]姚俊輝，陳輝，張軍輝.談PBL教學法在學科競賽中的應用[J].教育現代化，2019（A5）：216-217.