科研項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的PBL 教學(xué)方法研究

張耀鴻

（國(guó)防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院 湖南·長(zhǎng)沙 410073）

0 引言

PBL 教學(xué)方法是在教師的指導(dǎo)下，以學(xué)生為主體，圍繞共同的問題，使用輔助工具，自主展開學(xué)習(xí)的研究型教學(xué)模式。該方法可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)用技能，在多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

PBL 教學(xué)方法一般包括問題定義、數(shù)據(jù)收集、合作研究、分析評(píng)估等環(huán)節(jié)。[1-2]問題定義由教師來(lái)完成，包括提出相關(guān)問題，設(shè)計(jì)問題情景，提供相關(guān)的學(xué)習(xí)資源。數(shù)據(jù)收集、合作研究由學(xué)生自主完成，在此過程中，教師起引導(dǎo)作用。分析評(píng)估環(huán)節(jié)根據(jù)學(xué)員提出的結(jié)論，由教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。PBL 教學(xué)方法與具體課程相結(jié)合，又有不同的實(shí)施方式。文獻(xiàn)[3]介紹了PBL 教學(xué)方法在機(jī)器人教學(xué)中的應(yīng)用研究，通過依托實(shí)驗(yàn)室教學(xué)環(huán)境，讓學(xué)生自主完成資料檢索、理論分析、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、匯報(bào)展示等工作，完成課程相關(guān)項(xiàng)目；文獻(xiàn)[4]介紹了PBL教學(xué)方法與思維導(dǎo)圖相結(jié)合，在“熱力學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)中進(jìn)行了應(yīng)用；文獻(xiàn)[5]研究了PBL教學(xué)設(shè)計(jì)的要素、各教學(xué)階段設(shè)計(jì)要點(diǎn)及關(guān)鍵問題。

PBL 教學(xué)是以問題為主導(dǎo)，實(shí)踐手段為支持的教學(xué)模式，其中問題設(shè)計(jì)和實(shí)踐手段是影響PBL 教學(xué)質(zhì)量的重要因素。對(duì)工程技術(shù)領(lǐng)域的很多課程而言，問題設(shè)計(jì)需要面向?qū)嶋H問題，又需要結(jié)合具體課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，分析和解決問題需要有定量化手段支持。

通過教學(xué)工作與科研項(xiàng)目的深度融合，實(shí)現(xiàn)科研成果對(duì)教學(xué)工作的有力支持，是提高PBL 教學(xué)效果的有效途徑。

1 科研項(xiàng)目對(duì)PBL 教學(xué)的作用分析

1.1 問題定義

問題定義位于PBL 教學(xué)工作的前端，往往是教師根據(jù)課程教學(xué)的需要，設(shè)計(jì)相關(guān)案例，設(shè)置背景條件。問題的難度必須適中，既能貼近課程教學(xué)目標(biāo)，反映實(shí)際問題的本質(zhì)特征，又能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。科研項(xiàng)目往往來(lái)源于實(shí)際問題，有著堅(jiān)實(shí)的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)，提供了問題定義的良好素材。

1.2 自主學(xué)習(xí)

對(duì)工程技術(shù)領(lǐng)域的課程而言，學(xué)生在查詢相關(guān)資料，收集相關(guān)素材后，往往需要進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、建模和仿真等工作，工作的開展依賴于相關(guān)的數(shù)據(jù)、模型、論文和工具等資源。科研項(xiàng)目成果往往提供了這些資源，從而對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供了有效的支持，使得學(xué)生把主要精力集中在問題的解決上。同時(shí)，科研項(xiàng)目的研究過程也對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)中的組織、分工和技術(shù)路線提供了指導(dǎo)，便于教師掌控學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，確保自主學(xué)習(xí)的有序開展。

1.3 總結(jié)評(píng)估

分析評(píng)估是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。科研項(xiàng)目為評(píng)估學(xué)生質(zhì)量提供了有效的驗(yàn)證手段。通過學(xué)生的研究結(jié)果與實(shí)際工程研究結(jié)論的對(duì)比，來(lái)判斷學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的掌握情況。

2 基于科研項(xiàng)目的PBL 教學(xué)過程

科研項(xiàng)目成果應(yīng)用于課程教學(xué)時(shí)，面臨一些問題：

2.1 知識(shí)結(jié)構(gòu)

科研項(xiàng)目的參與人員往往是研究生，具備學(xué)科領(lǐng)域的基本知識(shí)，科研項(xiàng)目研究成果往往具有一定的前瞻性，對(duì)本科教學(xué)，特別是低年級(jí)學(xué)生，實(shí)施起來(lái)具有一定的難度。

2.2 知識(shí)覆蓋面

科研項(xiàng)目成果往往是對(duì)某領(lǐng)域的深化和應(yīng)用研究，與具體課程的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容存在較大的偏差，難以形成對(duì)教學(xué)任務(wù)的有效支持。

圖1 基于科研項(xiàng)目的PBL 教學(xué)過程

2.3 能力水平

工程項(xiàng)目往往包括很多實(shí)踐分析的內(nèi)容，這就需要學(xué)生具備相應(yīng)的實(shí)踐技能。實(shí)踐技能的培養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，在教學(xué)中應(yīng)用項(xiàng)目研究成果時(shí)，也會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的困難。

因此，將科研項(xiàng)目應(yīng)用于PBL教學(xué)過程，并不是直接照搬，而是要服務(wù)于課程建設(shè)需要，需要對(duì)項(xiàng)目研究成果進(jìn)行梳理、整合、裁剪和改造。主要過程如圖1。

（1）課程知識(shí)點(diǎn)梳理。在深入分析課程教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，梳理學(xué)生需要掌握知識(shí)點(diǎn)和應(yīng)該達(dá)到的能力水平。

（2）科研項(xiàng)目選擇。根據(jù)教學(xué)需要選擇合適的科研項(xiàng)目，并進(jìn)行匹配度分析。匹配度分析包括知識(shí)匹配度、能力匹配度、資源匹配度、復(fù)雜匹配度等方面。知識(shí)匹配度描述科研項(xiàng)目研究成果覆蓋課程教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的情況；能力匹配度描述科研項(xiàng)目研究對(duì)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、分析問題、解決問題等技能的提高情況；資源匹配度描述科研項(xiàng)目為教學(xué)提供的數(shù)據(jù)、模型、算法等資源的支持程度；復(fù)雜匹配度描述在學(xué)生已有知識(shí)和能力的情況下，能夠自主完成教學(xué)任務(wù)的難度。匹配度較高的科研項(xiàng)目更適用于PBL 教學(xué)。

（3）問題定義。將科研項(xiàng)目中的具體問題轉(zhuǎn)化為PBL 教學(xué)中的教學(xué)問題。由于實(shí)際工程項(xiàng)目往往比較復(fù)雜，不適宜于相對(duì)較短的教學(xué)周期。因此，必須對(duì)科研項(xiàng)目的具體問題進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，保留其中的關(guān)鍵因素。

（4）合作研究。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，自主展開合作研究。包括查閱資料、方案設(shè)計(jì)、判斷分析、形成結(jié)論等環(huán)節(jié)。其中，科研項(xiàng)目提供了研究的重要資源，對(duì)合作研究提供了有力支持。但實(shí)際項(xiàng)目的研究成果往往較為復(fù)雜，需要學(xué)生預(yù)先掌握必要的知識(shí)和能力，有足夠的背景鋪墊，而這些往往不是課程教學(xué)的重點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致主次不分，影響課程教學(xué)質(zhì)量。因此，必須對(duì)研究成果進(jìn)行適應(yīng)性改造，對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行裁剪，屏蔽與課堂教學(xué)任務(wù)關(guān)聯(lián)較弱的細(xì)節(jié)，集中到課堂教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容上。同時(shí)，科研項(xiàng)目的具體科研內(nèi)容和組織形式也可以用于指導(dǎo)學(xué)生建立分組、分配組內(nèi)角色。

（5）總結(jié)評(píng)估。科研項(xiàng)目的研究結(jié)論有助于建立對(duì)PBL教學(xué)評(píng)估的評(píng)估準(zhǔn)則，使得評(píng)估結(jié)論更為客觀。

（6）過程管理。PBL 教學(xué)由于是學(xué)生自主合作研究模式，過程管理尤為重要，特別要防止部分學(xué)生只掛名而不參與研究的情況。在PBL 教學(xué)中，可以通過個(gè)人評(píng)估的手段，通過建立評(píng)估準(zhǔn)則，收集個(gè)人參與研究數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來(lái)進(jìn)行評(píng)估。[6]

3 課程應(yīng)用研究

“一體化聯(lián)合作戰(zhàn)導(dǎo)論”是我校的一門軍事基礎(chǔ)課程，需要學(xué)生掌握聯(lián)合作戰(zhàn)概念、作戰(zhàn)組織、作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)流程、作戰(zhàn)行動(dòng)和作戰(zhàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，理解現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的體系對(duì)抗的作戰(zhàn)理念。課程知識(shí)點(diǎn)較多，但每部分內(nèi)容的深度較淺。

為了更好地提高課程教學(xué)效果，我們選擇某防空作戰(zhàn)的科研項(xiàng)目，以其中的防空體系構(gòu)建作為研究問題，實(shí)施PBL教學(xué)。科研項(xiàng)目中已經(jīng)開發(fā)了組件化的建模仿真環(huán)境，該環(huán)境的特點(diǎn)是在組件化模型庫(kù)的支持下，用戶通過對(duì)模型的拼裝組合，快速構(gòu)建仿真工程，開展仿真分析。

在該科研項(xiàng)目的支持下，學(xué)生按照課程教學(xué)要求，對(duì)防空作戰(zhàn)體系的構(gòu)造方法進(jìn)行研究，完成作戰(zhàn)組織設(shè)計(jì)、流程設(shè)計(jì)、信息交換設(shè)計(jì)。在組件化的建模仿真環(huán)境的支持下，將作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)映射到組件化模型，快速建立一個(gè)模擬的作戰(zhàn)體系進(jìn)行研究。組件化模型的開發(fā)工作量較大，可直接使用現(xiàn)有的科研成果，而不需要學(xué)生從頭開發(fā)，從而減少學(xué)生工作量，便于將精力集中在課程的關(guān)鍵問題，從而提高學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

PBL教學(xué)有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。其問題定義和過程管理是影響PBL 教學(xué)質(zhì)量的重要因素。科研項(xiàng)目為PBL 教學(xué)提供了方法和工具支持，需要根據(jù)具體課程的特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整和改造，以形成對(duì)PBL 教學(xué)的支持。