材料科学与工程领域中PBL教学模式的道法术

郭小平+曹占义

摘要：为了提升材料科学与工程领域学生创新能力培养效率，将PBL教学模式引入课内外教学过程，并从道法术三个层面上定义了该领域中PBL教学模式中的核心理念。经过三年在汽车新材料课程教学实践中的不断完善，形成了学生自主学习和教师辅助教学两个积极性的和谐统一局面，有力提升了学生创新能力和工程实践能力。

关键词：PBL教学模式；课堂教学；自主学习；汽车新材料

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）03-0189-02

一、引言

基于问题的学习（Problem-based Learning，PBL）模式创立于上世纪60年代的国外医药学院，之后便不断扩展领域和地域，形成了各学科普遍采用的教学模式。目前，PBL已经成为各级各类学校研究性学习中的一种积极、有效的教与学的策略与手段。但PBL的有效使用，需要师生从传统的教学模式中转换出来，教师和学生要具备与之相适应的观念和行为以及恰当的评估方式。本文从道法术三个层面上定义了该领域中PBL教学模式中的核心理念，并报告了采用PBL教学方式进行汽车新材料课程教学的实践体会。

二、材料领域PBL教学的道法术

1.材料科学领域中PBL教学之道。此处我们所称之“道”是中国古代哲学的重要范畴，界定在老子哲学所指宇宙的本原和普遍规律范畴之内。我们认为：学习过程既是知识积累的过程，也是世界观形成和行为规范的过程。从这个意义上说，我们非常有必要建立和向受教育者传达一个明晰教学思想之道，知识对象之道（即教学内容背后所包含的终极本质规律）。PBL作为研究性学习的有效模式之一，具有研究性学习的基本特征，即：学生在教师指导下，从学习和社会生活中选择研究专题，主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习获得。由此可以看出，PBL教学之道是学生主动自愿，兴趣和使命使然的自主学习过程。这一过程承担着追寻学习的真正意义，唤回在传统学习文化的泛滥中悄然隐退的学习者的自我尊严和意愿。从PBL教学之道出发，我们直接就可以看到，材料科学与工程领域PBL教学是志同道合者共同完成的一个过程。这个过程中，学生是主动者，他们想要并且着手开始主动学习；教师和教学管理者是学生的辅助。教师为PBL学习准备了前人已经涉及的问题案例，准备了该领域内解决问题初步思路，以及试验技能和研究装备等软硬件条件。当然，作为独立个体的某位教师只能提供和自己阅历和知识结构相适应的软硬件条件。我们不能要求，当然客观上也做不到，一位教师应对所有学生的PBL教学需求。教学管理者或班级导师的责任是准确理解学生的需求，并将他引荐到适合他的导师面前。我们选择汽车新材料课程作为首批尝试课程，首要原因在于新材料领域中存在非常多的未知数，具备初步知识的学生可以给出个性化的材料选择，这些选择的优劣判断评估需要进行辩论、综合分析，不同条件下可能得出完全不同的结论。学生研究起来很有挑战性，容易形成活跃的教学过程，真正起到锻炼和培养学生的目的。其次，我们地处长春这样一个汽车城之中，汽车材料领域是我们专业最邻近、实习实验条件最好的领域。学生在已经完成的教学环节中积累了大量的感性知识，具有一触即发的能力积淀。

2.材料科学领域中PBL教学之法。此处我们所称之“法”是指规则、方法和途径。为了保证PBL教学过程的高效有序进行，必须制定相应的教学之法。此法统领学生、教师和管理部门，此法严格规定了从选课开始，到课堂教学、课题选定、课内外学习活动、学习效果评估和成绩认定全过程中每个教学角色的目标、任务和行为准则，形成了规范的教学管理文件。材料科学与工程之法就是能量规则、经济性规则和社会性规则。能量规则是自然科学原则，包括热力学、动力学的所有定律，反映材料自发演变规则；经济性规则包括材料生产、运行和消亡全过程中的经济成本，反映管理过程对材料的选择准则；社会性规则包括环境保护、自然资源利用和社会公德的遵循，反映人类社会对材料认可标准。上述规则中，能量规则主要是科学问题，经济性规则主要是工程问题，社会性规则是工程问题在社会问题中的表现形式。（1）汽车新材料课程学生选课和选题。金属材料工程专业4年级的学生可以选汽车新材料课。选课学生在第一次上课时签到确认参与PBL教学过程，并在任课教师和导师的预选领域中选定研究问题。独立承担或参与一个小组的研究性学习活动，并制订和实施完成全部计划。承诺参与的任课教师和导师就预定研究问题进行课题教学讨论、课外调研等活动，完成角色规定任务。（2）汽车新材料课程教师工作职责。为PBL学习准备了问题案例，并指导学生选择。为选课学生讲授该领域内的基础知识、试验技能，并引导学生完成研究性学习过程。指导选课学生联系必要的调研场所，申请研究实验装备等软硬件条件。评估每个学生的学习效果，进行督促检查和成绩评定。（3）汽车新材料课程教务管理工作职责。从学生入学开始，就陆续向学生宣传课程情况和前后续课程关系，指导学生选课和选择指导教师；完成教学过程监控和学籍、成绩管理。

3.材料科学领域中PBL教学之术。此处我们所称之“术”是PBL教学过程的实施技巧，是规则之下可以灵活变通的部分。包括唤起学生兴趣的鼓动之术；帮助学生克服懈怠情绪的激励之术；帮助学生获得信息的交往调研之术和获得实验数据的研究之术；等等。（1）就业市场需求导向下的问题设计。作为PBL教学的最基础资料，案例问题的来源有导师的预设和学生的发现。在课程教学开始阶段，以任课教师的预先设置项目占主导。每年的教学中都会遇到一些学生的签约工作和PBL教学内容相似或相近的情况，这些同学都主动成为了教学过程的积极份子和小组骨干。还有些同学已经被确定为免试研究生，未来的研究领域也大致确定，我们会指导他们自己寻找科学热点问题，进行系统的資料整理和试验研究，学生的收获也非常大。对于不在上述两类、没有直接目标的同学，我们向学生宣传PBL课程教学和能力形成的关系，指导学生发现自我，设计未来职业和选择PBL学习研究课题中的问题。（2）提纲挈领的导师课堂授课模式。作为PBL教学的教师，必须改革课堂教学方法和教学内容。在课程开始要高度概括，讲清目的意义，课程进行中要结合学生工作情况反馈，调整指导内容，保证教好学生的基本技能，为受教育者的学习过程保驾护航。从这个意义上说，导师的课堂教学必须做到课内外结合，理论和实践结合。（3）灵活多样的小组协作学习模式。PBL教学的题目大小不同，难易程度差别很大。我们没必要刻意追求各课题之间的工作量平衡，就把问题的原始状态交给学生，让他们组织不同的小组，优势互补、能力协调。实践表明，此时每个同学的积极性都高，大家都不计较工作量的多少。

三、结论

从上述分析中可以看出，“道”为核心，“法”为主体，“术”为外围支撑。重要程度由前到后递减，广泛程度由前到后扩大。从科学研究工作，或者提出问题和解决问题的顺序来说，必然是首先提出问题，然后开始寻找解决问题的途径和办法，最后才能动手解决问题。从人的认识形成规律出发，教学顺序与上述重要程度顺序正好相反，是从“术”到“法”，最后到“道”。从“术”到“道”的教学过程完成情况决定于教和学两方面的配合。越接近于“道”，越接近真理，越需要学习者的主动性。即：成败决定于学的程度，教是作为学的支撑体系出现在这个教学系统工程中的。这也是材料教学适宜采用PBL的主要原因。从PBL教学规律和科研能力训练的角度来说，本科阶段的任务是学习常识和本学科基本知识，掌握动手做实验的能力；硕士阶段是学习研究思路和本学科新兴知识，掌握实验设计能力；博士阶段是建立自己的研究思路，培养和提高发现问题、提出问题的能力。我们在汽车新材料课程的教学工作中，面对的是四年级的学生，其中优秀者可以要求他们做出硕士生的成绩，特别优秀者可以激发他们的博士水平愿景。大部分中等水平的学生也能够完成基本能力训练，毕业后直接到企业工作，投入到社会当中。

参考文献：

[1]马继刚.高校研究性学习的理论与实践[M].成都：四川大学出版社，2009.

[2]洪榮昭.PBL教學策略[J].技術及職業教育雙月刊，2002，（61）：10-12.endprint