面向任務(wù)的PBL在特種加工技術(shù)課程改革中的實踐

韓變枝 王棟 楊勝強(qiáng)

摘? 要：特種加工課程具有開拓新工藝思路，解決工藝難題及培養(yǎng)學(xué)生對各種加工知識的綜合運用能力和創(chuàng)新意識的功用，對社會的進(jìn)步起著非常重要的作用。針對特種加工課程教學(xué)中存在的問題，分析課程特點和典型的PBL教學(xué)模式，將該教學(xué)模式引入特種加工教學(xué)中，提出了面向任務(wù)的PBL新型教學(xué)模式，構(gòu)建了面向任務(wù)的PBL特種加工技術(shù)課程的教學(xué)模式。實踐運行表明，能夠解決教學(xué)中的問題。開展基于PBL專業(yè)課程教學(xué)改革，可有力推動課堂教學(xué)革命，有效提升教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力，促進(jìn)了創(chuàng)新意識和團(tuán)體合作精神的養(yǎng)成。

關(guān)鍵詞：PBL教學(xué)模式;特種加工;教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）09-0157-05

Abstract：The Non-traditional Machining Course plays a very important role in the progress of the society， which has the function of developing new process ideas， solving process problems and cultivating students' ability and innovation consciousness of various mechanical knowledge. Aiming at the existing problems in teaching the special processing course， the characteristics of the course and the typical PBL teaching mode is analyzed and the typical PBL teaching mode is applied to teaching the Non-traditional Machining in the paper. The author puts forward the new task-oriented PBL teaching mode and constructs the task-oriented PBL teaching mode of the special processing technology course. The practice shows that it can solve the problems in teaching the Non-traditional Machining Course. Teaching reform based on PBL can effectively promote teaching revolution of classroom， effectively improve teaching quality， stimulate students' thirst for knowledge and interest in learning， improve students' ability to study independently and solve problems， and promote the training of innovation consciousness and spirit to cooperate with the team members in the teaching professional curriculums.

Keywords： PBL teaching model; non-traditional machining; teaching design

隨著生產(chǎn)力和科技工業(yè)的發(fā)展，市場需求對機(jī)械產(chǎn)品的比強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫、性價比等方面提出了更高的要求，導(dǎo)致出現(xiàn)所加工的材料越來越硬，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，加工精度越來越高，傳統(tǒng)的加工方法難以滿足要求，特種加工就是在這種歷史條件下出現(xiàn)的，也叫非傳統(tǒng)加工。特種加工技術(shù)是發(fā)展制造強(qiáng)國的重要技術(shù)手段，在國防科技及生產(chǎn)實踐中得到了廣泛應(yīng)用，也是衡量尖端制造和國防科技創(chuàng)新能力的關(guān)鍵指標(biāo)，對我國科技和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展意義重大。對于大學(xué)本科，開設(shè)特種加工，目的在于使學(xué)生對加工工藝有新認(rèn)識，開拓新工藝思路，解決工藝難題，培養(yǎng)學(xué)生對各種加工知識的綜合運用能力和創(chuàng)新意識[1-2]。為此，越來越多的工科高校都開設(shè)相關(guān)課程，成為機(jī)械專業(yè)類人才培養(yǎng)必修的高新技術(shù)課程。在新時代人才培養(yǎng)模式改革的大背景下，如何結(jié)合課程特點，探索教學(xué)模式，推動課堂教學(xué)革命，進(jìn)行有效的教學(xué)活動，對塑造學(xué)生科技創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新能力，滿足社會對高質(zhì)量制造技術(shù)人才的需求具有重要的現(xiàn)實意義。

一、研究背景

（一）課程特點及其教學(xué)中存在的問題

特種加工技術(shù)課程是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生必修的一門高新技術(shù)專業(yè)課程，涉及面廣、工程背景強(qiáng)，理論性、技術(shù)性和實踐性要求高。同時，也是一門多學(xué)科的交叉課程，涉及到物理、化學(xué)、材料、數(shù)字控制、計算機(jī)等知識，教學(xué)內(nèi)容[3]包括電火花加工、電化學(xué)加工、激光加工、離子束加工、電子束加工、快速成型技術(shù)、化學(xué)加工、磨料流和水射流加工、超聲加工、微細(xì)加工及納米技術(shù)和納米加工等。特種加工技術(shù)是有別于傳統(tǒng)加工的一種新的技術(shù)方式，主要利用除機(jī)械能以外的光、電、熱、聲及化學(xué)等能量進(jìn)行加工。該課程以期培養(yǎng)學(xué)生寬廣的機(jī)電技術(shù)加工的概念。目前，教學(xué)面臨的問題之一是課時縮減，但該領(lǐng)域新知識、新技術(shù)日新月異發(fā)展，少學(xué)時遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足，盡管采用多媒體教學(xué)等教學(xué)手段，但縱觀其教學(xué)質(zhì)量較差。問題之二是該課程覆蓋面廣，所需的學(xué)科知識交叉，涉及的技術(shù)領(lǐng)域廣，加工方法之間沒有必然的知識聯(lián)系，教學(xué)困難。學(xué)生認(rèn)為內(nèi)容枯燥又難理解，尤其是對于基礎(chǔ)一般的同學(xué)，缺乏學(xué)習(xí)興趣，課程學(xué)習(xí)效果差等。目前特種加工技術(shù)課程教學(xué)調(diào)整為24學(xué)時，教學(xué)內(nèi)容不能少，還要保證教學(xué)質(zhì)量。為了適應(yīng)這種形勢，必須采用行之有效的教學(xué)方法和手段進(jìn)行教學(xué)改革探索，才能確保完成教學(xué)任務(wù)和提高教學(xué)質(zhì)量。

（二）PBL教學(xué)模式

近年來，基于問題的學(xué)習(xí)PBL（Problem-Based Leaning）教學(xué)法已成為國際上較為流行的、 成效顯著的全新教學(xué)模式[4]，是一種將學(xué)習(xí)者置于貼近生活問題的情境中，解決一些不一定有唯一標(biāo)準(zhǔn)答案的問題，從而獲取關(guān)鍵知識的教學(xué)模式。它起源于20世紀(jì)60年末的美國醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，隨后歐美國家醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域應(yīng)用推廣、修正。我國是在20世紀(jì)80年代后期開始應(yīng)用這種教學(xué)模式，并不斷地發(fā)展和“本土化”。目前，PBL既是一種課堂教學(xué)模式，又是一種學(xué)習(xí)方式，也是一種教學(xué)策略，已向工學(xué)、理學(xué)、管理學(xué)等學(xué)科教育領(lǐng)域拓展，被譽為“多年來專業(yè)教育領(lǐng)域最引人注目的革新”。

PBL教學(xué)模式不僅有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力[4-7]，發(fā)展學(xué)生的知識、表達(dá)技能、團(tuán)隊合作能力[5]，而且能提高教學(xué)效率[6]。在該教學(xué)模式中，教師在PBL教法中的角色是必不可少的，是學(xué)習(xí)的組織、指導(dǎo)、幫助和促進(jìn)者，要為學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)建必要的學(xué)習(xí)情境， 在關(guān)鍵時刻起到點撥與教練的作用。而學(xué)生則是自主學(xué)習(xí)的實施者。在這種模式下，可培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和自我管理的能力，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的教學(xué)理念[7]。

從認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)和社會學(xué)相結(jié)合的角度來看[8]，PBL的精髓體現(xiàn)在交融互動的三個方面：第一學(xué)習(xí)內(nèi)容——鼓勵跨學(xué)科和學(xué)科交叉;第二學(xué)習(xí)方法——以問題為導(dǎo)向，項目為組織的學(xué)習(xí)方法;第三——學(xué)習(xí)的社會性，人和環(huán)境的互動，通過小組討論的形式進(jìn)行。

綜上所述，分析特種加工技術(shù)課程特征，采用PBL的教學(xué)模式是改變現(xiàn)狀的有效方式，但PBL教學(xué)模式[8]在很大程度上是以具體經(jīng)驗和實踐為基礎(chǔ)，很難將一個已有PBL模式照搬到另一個不同的情境中， 基于此，本文試圖結(jié)合具體情況和課程特點、規(guī)律及實際，探索和實踐一種面向任務(wù)的 PBL教法的新型教學(xué)模式，并將之應(yīng)用于“特種加工”課程的教學(xué)改革中。

二、面向任務(wù)的PBL教學(xué)設(shè)計

（一）教學(xué)模式的理論建構(gòu)

面向任務(wù)的PBL教學(xué)模式包含問題、學(xué)生、任務(wù)和教師四個要素，是以學(xué)生為主體，問題為基礎(chǔ)，任務(wù)為載體和核心，教師為導(dǎo)向，團(tuán)體協(xié)作為保障的一種啟發(fā)式教學(xué)模式。該教學(xué)模式以問題為出發(fā)點，解決問題和學(xué)習(xí)知識點為落腳點，用任務(wù)承載課程知識和問題，通過創(chuàng)設(shè)內(nèi)容貼近生活和問題驅(qū)動的情境，采用學(xué)生課下查閱資料，開展小組討論，團(tuán)體合作來解決問題并提出相關(guān)其他問題，從而使學(xué)生學(xué)習(xí)隱含在問題中的知識點，同時培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、研究問題、解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力。在進(jìn)行該模式的創(chuàng)建時，教師首先要明確課程的教學(xué)目標(biāo)及知識點，從中挖掘能引起學(xué)生好奇心的問題公布于學(xué)生，科學(xué)設(shè)計課堂，最后效果校驗，評測課程教學(xué)要求的滿足程度。該教學(xué)模式對教師自身的素質(zhì)和教學(xué)技巧都有很高的要求，要求教師除了對專業(yè)、課程內(nèi)容熟練掌握外，還應(yīng)當(dāng)掌握相關(guān)學(xué)科知識，具備創(chuàng)設(shè)問題情境和解決問題的能力，要善于調(diào)動學(xué)生積極性、寓教于樂、靈活控制課堂節(jié)奏等教學(xué)技巧。

（二）教學(xué)實施

構(gòu)建面向任務(wù)的PBL教學(xué)模式，教師首先要在熟悉教學(xué)目標(biāo)和熟悉課程知識點的基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)和主題環(huán)環(huán)相扣的情境，是能引起學(xué)生探究欲望的問題情景，即該問題具有看到此問題就有迫不及待地想解決的沖動。具體做法可參照如下流程，首先提出一個和所學(xué)內(nèi)容及課堂情景關(guān)聯(lián)問題，發(fā)布給學(xué)生，學(xué)生在小組長的組織下，在課前分組進(jìn)行預(yù)設(shè)問題的分析思考，通過查閱相關(guān)資料，進(jìn)行資料收集，把產(chǎn)生的困惑和問題以小組為單位整理反饋教師，老師根據(jù)學(xué)生的反饋和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，創(chuàng)設(shè)問題情境和課堂驅(qū)動問題，這樣教師能從學(xué)生的實際情況，進(jìn)行有重點的講解和引導(dǎo)，同時學(xué)生也能把自己不懂和疑惑的內(nèi)容，通過教師講解和提示得到解決，使課堂變得游刃有余，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在教師的講解、引導(dǎo)和學(xué)生的討論互動下，把情境問題得到完美解決。最后進(jìn)行學(xué)生學(xué)習(xí)情況評價，分教師評價、自評和同學(xué)互評三部分，綜合得到學(xué)生的學(xué)習(xí)效果評價，作為學(xué)生平時成績的一部分，使學(xué)生積極參與到課堂中，實現(xiàn)了形成性過程評價，促進(jìn)教學(xué)相長，最終完成這項任務(wù)。實施步驟如圖1所示。

這里以電火花加工的教學(xué)實施為例，創(chuàng)設(shè)汽車噴油嘴上微孔加工及噴絲板上異形小孔加工的情景，提出直徑0.2mm的小孔怎么加工？噴絲板上異形孔怎么加工？讓學(xué)生覺得自己學(xué)的知識和生活息息相關(guān)，觸發(fā)其學(xué)習(xí)欲望。為了形成學(xué)習(xí)欲望和課程的順利進(jìn)行，在上課之前，先以一個異形孔怎么加工的問題提前發(fā)布給學(xué)生，讓學(xué)生預(yù)習(xí)內(nèi)容和查閱資料，以小組形式開展合作學(xué)習(xí)和問題討論，把搞不明白和存有疑惑的內(nèi)容以問題形式整理，提交教師，教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的情況在課上講解有關(guān)學(xué)生疑惑的原理進(jìn)行有側(cè)重點的講解引導(dǎo)，然后再提出步步深入的驅(qū)動問題，以互動的形式開展教學(xué)，讓學(xué)生有一種豁然開朗的境界，課堂最后由小組代表以5分鐘的時間（4個組共20分鐘）總結(jié)自己的收獲。課堂氣氛活躍，學(xué)生參與熱情，互動積極，內(nèi)容充實。整個內(nèi)容以奇異孔（含各種型腔、型孔及通與不通在內(nèi)的孔在這里統(tǒng)稱為奇異孔）的加工任務(wù)作為載體組織教學(xué)內(nèi)容，稱之為奇異孔加工任務(wù)，如圖2所示。

（三）效果分析

為了進(jìn)一步探索這種教學(xué)模式的有效性，積極開展試點教學(xué)研究。15級機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學(xué)生共4個班121人，其中：15機(jī)制1-2班為試點班，采用面向任務(wù)的PBL教學(xué)模式教學(xué)，學(xué)生人數(shù)為61人;15機(jī)制3-4班為對照班，采用傳統(tǒng)模式教學(xué)，學(xué)生人數(shù)為60人。在授課任務(wù)方面，對照班的教學(xué)內(nèi)容為電火花加工、線切割、快速成形和激光加工三個內(nèi)容。在同樣的教學(xué)課時內(nèi)，試點班的教學(xué)內(nèi)容增加了超聲加工、電子束加工、離子束加工內(nèi)容。教學(xué)完成后，及時進(jìn)行學(xué)習(xí)情況問卷調(diào)查，分析教學(xué)情況，探索教學(xué)規(guī)律。調(diào)查問卷共發(fā)放121份，回收有效問卷121份。調(diào)查問卷結(jié)果如圖3、4、5、6所示。

從調(diào)查問卷結(jié)果分析，可以發(fā)現(xiàn)試點班的64.2%以上學(xué)生認(rèn)為可以大部分理解教學(xué)內(nèi)容，61.3%以上學(xué)生對課程較感興趣，65.2%以上學(xué)生認(rèn)為能提高自主學(xué)習(xí)能力，單位時間內(nèi)可以在學(xué)生能理解的前提下，增加課程內(nèi)容，能滿足教學(xué)要求。相比對照班，在概念的理解、學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力方面都有一定程度的提高。

為了進(jìn)行測試學(xué)生對知識點的掌握情況，4個班進(jìn)行了同堂同卷閉卷考試，卷面考試成績結(jié)果如圖7所示，平均提高約6.32%。按教學(xué)大綱要求，考試成績占80%，平時成績占20%。考慮到學(xué)生綜合測評和獎學(xué)金評定，對照班的平時成績是按傳統(tǒng)方法，主要考核出勤、作業(yè)、答疑等，給出的平時成績偏高，如圖所示8所示。試點班是按小組自評、同學(xué)互評及教師評價三部分按比例（自評20%，互評30%，師評50%）給出，平時成績及考試成績對比圖，如圖9、10所示。這里沒有給出總成績比較。試點班自評、互評、師評三部分按比例最后給出的平時成績和學(xué)生的卷面成績還是比較相符的，對照班教師按以往的只參照上課情況以偏高的成績給出，只是起到了一個提分的效果。從考試結(jié)果看出，相比對照班，試點班的學(xué)生高分人數(shù)比對照班有了一定的提高，不及格人數(shù)減少了。總體來看，試點學(xué)生對知識點的掌握情況有了大幅提升，而且在單位時間內(nèi)講解的內(nèi)容也比較多。

采用面向任務(wù)的PBL特種加工技術(shù)教學(xué)模式后，通過評價分析及學(xué)生隨機(jī)個別訪談，學(xué)生普遍認(rèn)為該授課方式能較好地引導(dǎo)學(xué)生主動思考，教學(xué)效果好，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)及團(tuán)體合作能力，而且能提高課堂上單位時間內(nèi)的教學(xué)效率。

對已升學(xué)12名學(xué)生進(jìn)行回饋調(diào)查，普遍認(rèn)為試點班的學(xué)生能較快地適應(yīng)研究生的學(xué)習(xí)生活，在很大程度上得益于面向任務(wù)的PBL教學(xué)模式的應(yīng)用。從面向任務(wù)的PBL教學(xué)模式中，學(xué)到了一種新的自學(xué)的學(xué)習(xí)方法，改進(jìn)了思維模式，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣，對主動思考、提升學(xué)習(xí)效率和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)均有較大幫助。

面向任務(wù)的PBL教學(xué)模式改變了以往的“預(yù)習(xí)-聽課-復(fù)習(xí)-考試”四段式教學(xué)方法，改變了學(xué)生不情愿地“讓老師牽著鼻子走”的局面，成了變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”的情形，讓呆板孤立的知識片化作整體知識鏈，觸類旁通，從而使學(xué)生快樂自愿地獲取知識，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。

三、結(jié)束語

面向任務(wù)的PBL教學(xué)模式相對于傳統(tǒng)教學(xué)模式，設(shè)置學(xué)生較為熟悉的問題情境，能激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲，教師提出的驅(qū)動問題，開展互動式教學(xué)，使學(xué)生積極參與到課堂教學(xué)中，學(xué)習(xí)興趣大為提高，凸顯了學(xué)生的主體地位和教師的主導(dǎo)作用，提高了教學(xué)效果，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)結(jié)合作能力，更有利于學(xué)生主動思考、分析問題、解決問題和創(chuàng)新意識創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。基于PBL開展專業(yè)課程教學(xué)改革，可有力推動課堂教學(xué)革命，也是有效提升課堂教學(xué)質(zhì)量的重要方法。但這種教學(xué)模式，對教師的專業(yè)水平要求較高，教學(xué)評價的科學(xué)性和合理性需要進(jìn)一步地完善。

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