有限PBL教學方法中問題導向閉環設計方法探索
——以“模擬電子技術”課程為例

霍本巖 蘇士美 李忠文 劉艷紅

（鄭州大學電氣工程學院 河南·鄭州 450001）

0 引言

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐國家戰略、滿足產業需求和面向未來發展，面向“中國制造2025”戰略，2017年教育部積極推薦新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，以期加快培養具有自主學習和獨立思考能力的創新型人才。傳統“填鴨式”“滿堂灌”式教學方法難以滿足新工科的要求，因此有必要探索新的教學方法，結合我國大學教學實際情況，借鑒先進教學理念，形成符合我國工科教學現狀的教學理念和方法。問題導向教學方法（Problem-based Learning,PBL）是以學生為主體開展小組討論的教學方法，該方法重在發揮學生的探索性和主動性，教師則從傳統教學的中心地位轉變為引導者和組織者；該方法能夠激發學生的學習興趣、培養思考和解決問題的能力。鑒于上述優勢，PBL教學方法受到了廣泛的關注，各大高校引進PBL進行教學改革試點。但受限于學生數量多、教學資源有限、教師水平不足等問題，在實際開展中存在教師對課堂掌控力度不夠、無法給予學生合理、及時的引導；學生組員水平和積極性不同導致小組配合度不夠、溝通不暢；PBL項目或者問題多樣性差，評價形式單一等問題。上述問題制約了PBL教學方法在實際教學中的普及和推廣。

本文以電氣信息類、控制類、生物醫學工程類專業的重要基礎課—《模擬電子技術》為例，分析新工科對課程建設提出的要求和面臨的問題，探索問題導向教學方法（Problem-based Learning,PBL）在實際開展中受到的限制和制約，以《模擬電子技術》課堂為例，提出有限問題導向教學方法(Limited Problem-based Learning,LPBL)，結合學習通線上課堂和線下課堂，實現問題導向閉環、課堂形式閉環、課程內容閉環、課群閉環的四個“閉環”，從而提出新的教學方法和手段，促進“模擬電子技術”課程教學的改革和發展。

1 有限問題導向教學方法

結合鄭州大學在“模擬電子技術”課程開展的實際情況，對有限問題的局限性進行改善，提出了有限問題導向教學方法，其主要特征在于弱化項目引導和小組討論的地位，強化學生獨立思考、知識交叉融合的能力，構建學生知識的系統框架，通過上述改善使得LPBL方法能夠普及到中班，甚至大班教學，在現有師資和教育資源不變的前提下，改善和優化教學效果。

LPBL教學方法從下述四個方面進行優化：（1）針對PBL教學方法對學生自律性、團隊協作能力、學習能力、教師專業水平和綜合素養要求較高的不足，提出問題導向閉環的解決方法，通過問題設計和線上線下融合教學突破PBL的限制；（2）針對PBL小組討論無法針對人數較多的中班或者大班開展的不足，提出課堂形式閉環，融合線上線下教學，實現課下討論、課上講解，提高教學的效率；（3）針對“模擬電子技術”課程知識的特點，提出課程內容閉環，加強課程前后知識的聯系，提高學習效果；（4）提出課群知識閉環，加強電類專業課群知識之間的聯系，構建學生知識體系框架，提高學生學習興趣和效率。

本文以“模擬電子技術”課程為例，探索第一個方面“問題導向閉環”的設計，為其他課程的有限問題導向教學方法提供參考。

2 問題導向閉環設計方法探索

PBL教學法是一套設計學習情境的教學方法，是以學生為中心的問題式學習或項目式學習的教學方法。與傳統教學中以教師講授為主不同，PBL強調以學生的主動學習為主，其關鍵在于發揮問題對學習過程的指導作用。本文借鑒問題式教學理念，設計問題導向閉環教學方法，結合線上線下混合教學方式，將導向問題分為課前問題、課上問題、課后問題，通過問題引導學生思考，分別完成課程內容導入、課程內容討論和課程知識發散的功能。上述問題的時間和形式安排如下所示：

時間 形式 事件課前四天 線上 發布課前問題課前一天 線上 總結學生討論結果，準備課堂總結課堂上 線下 對線上討論結果進行總結，引出課堂討論問題，進行課堂討論課后 線上 發布課后問題，引導學生對知識進行應用，完成知識拓展和關聯課后兩天 線上 分析學生對課后問題的回答，進行點評和總結

下面分別對上述三個問題、五個階段進行介紹。

2.1 課前問題設計及發布

課前問題設計的目標是在前置章節知識的基礎上合理設計問題引導學生思考，在已有知識的基礎上主動構建新知識，通過分析、思考和討論發現新知識與已有知識的聯系，從而強化對新知識的認知，并且對已有知識進行鞏固。根據上述目標，課前問題的設計應首先梳理已有知識和新知識的聯系，找出聯系的關鍵點，在關鍵點處設立課前問題，實現已有知識和新知識的承接。以“模擬電子技術”運算放大器這一章為例，分析課前問題的設計過程。運算放大器是《電子技術基礎—模擬部分》（第六版）的第二章，但實際授課中放在第八章，反饋放大電路之后講解，此時學生已經掌握了二極管、三極管、反饋電路等概念和知識，對于運算放大器的講解十分有利。運算放大器的關鍵點在于“虛短、虛斷”的概念和電路分析基礎知識（基爾霍夫電壓/電流定律等），處于深度負反饋的集成放大電路具有輸入阻抗無窮大、增益無窮大的特點，“虛短、虛斷”的概念正由上述特點而來。那么，可設置課前問題“對于輸入電阻無窮大、開環增益無窮大的理想運算，分析不同輸入時輸入電流、凈輸入電壓和輸出電壓的情況；引入負反饋后，輸入電流、凈輸入電壓和輸出電壓的情況”，通過分析對比輸入P和N端口的電壓、電路與輸出的電壓的關系建立“輸入P和N的電位相同、電流為零”的直觀感知，進而為引入“虛短、虛斷”的概念奠定基礎。

2.2 課前問題線上總結

在學生完成線上討論之后，有必要對學生討論的結果進行總結，之后在線下課堂上對討論中存在的優點和不足進行講解，構成線上線下的閉環。具體方法為：統計學生對課前問題的答復，分析和總結存在的問題和不足，對學生的討論過程進行線上點評。根據分析的結果，設計課上交流環節的內容。例如，可將學生討論和思考的內容總結為幾個方向，對每個方向的討論深度和問題進行分析，在課堂上針對每個方向進行講解和引導；在設計該部分內容時需注意時間分配，需要合理安排課前問題總結和新課內容講解的時間。

2.3 課堂總結及討論問題設計

該階段為課堂上與學生當面交流的時間，需要合理分配課前問題總結和新內容講解的時間。課前問題總結為第二部分的內容，在此不再贅述。總結課前問題后引入新概念，在新概念的基礎上擴展新課內容。新內容的講解同樣采用問題引導的方式，受限于課堂時間，課上問題要跳躍性小、問題深度不大，使得學生能夠根據現有知識快速構建新課的內容。例如：對于運算放大器這一章，在課前問題總結的基礎上給出“虛短、虛斷”的概念，之后提出課上問題“如何基于基爾霍夫電流定律設計加法、減法、積分、微分電路”，引導學生思考如何利用“虛斷”和“虛短”概念設計不同的運算電路。

2.4 課后問題設計

課后問題由線上發布，學生分組完成。其目的是鞏固學生對知識的掌握、強化對知識的靈活運用能力，設計的原則是以本次課堂知識為主、兼顧以往知識，采用現實項目的形式構建問題。例如：對于運算放大器一章，在掌握了加法、減法、積分、微分電路之后，綜合模擬集成電路一章的差分放大電路知識，設計如下問題：“設計一個多輸入多輸出倉庫的庫容監控電路”。該問題需要學生思考：如何實現倉庫輸入輸出的檢測、如何設計差分放大電路實現輸入輸出信號的放大、根據輸入輸出設計加法和減法電路、如何采用積分電路實現庫容的計算等子問題，可見該問題是一個綜合性的問題，有利于引導學生思考，加深對知識的理解，強化教學效果。

2.5 課后問題點評及總結

在學生完成課后問題后，教師對學生線上討論過程、最終成果等進行分析和總結，并針對每個小組，給出具體的指導和講解。同時，需要教師對全部小組的結果進行分類，在線下課堂上進行總結，完成問題的閉環。

以上即為有限問題導向教學方法的問題閉環設計方法，在上述步驟中，以課前問題、課上問題、課后問題的設計最為關鍵，問題設計的合理與否對教學效果具有決定性作用。為豐富教學的內容，可從不同的側面設計問題。在實際教學中，教師可循序漸進，首先每類問題設計一個題目，在實際教學活動中根據教學效果和學生反饋，修改、增加題目，從而不斷豐富教學形式和課堂內容。

綜上所述，本文給出問題導向方法設計的基本思想，以期為新工科教學提供一種新的方法。

3 結語

本文針對《模擬電子技術》課程的特點，借鑒PBL教學方法的教學理念，結合線上線下混合教育方法，提出了“四個閉環”，基于此構建有限PBL教學方法。本文對“四個閉環”中的問題導向閉環設計過程進行了詳細講解，提出了基本的設計原則，并以《模擬電子技術》的運算放大器一章為例給出了課前、課上、課后問題。本文提出的方法從課群和整個課程的高度開展課程設計和教學活動，對模擬電子技術知識進行重新梳理，構建模擬電子技術知識框架，提高學生自主學習、深入思考、靈活運用知識等能力，推進“新工科”建設。