工科专业PBL混合模式教学改革探讨

摘 要：工科专业的课程在教学过程中普遍存在理论与实际联系不紧密的问题，然而企业对工科专业学生又有很高的实践要求。在项目式、翻转课堂等混合式教学模式下结合PBL教学法，能够弥补各种教学方法的不足，促进理论与实际的衔接，提高教学质量，推动工科专业的教学改革。

关键词：工科专业;PBL教学法;问题设计;混合式教学

PBL（Problem Based Learning）是以问题为导向以学生为中心的教学方式。这种教学方式源于1969年美国神经病学教授Barrows在医学教育中的应用，我国90年代，也开始在重点院校的医学院使用此教学方法，并逐渐扩展至非医学课程中。2012年我院开设单片机和嵌入式方向教改班，采用“教学做一体”式教学模式，通过探究、讨论、翻转课堂等多种教学方法提高学生实践能力，取得了一定的教学效果，但也存在一些问题，因此在混合式教学中引入PBL教学法进一步提高教学质量。

一、混合式教学现状

（一）国内外研究情况

1969年美国加拿大麦克马斯大学神经病学教授Barrows，在医学课程教学中引入PBL教学法，围绕医学专题或具体病例的诊治等问题进行小组讨论，以这种方式展示学生为主体，教师辅导的学习过程。90年代，欧洲开始引入PBL教学法，1997年香港大学医学院实施PBL教学法。

90年代，我国重点院校开始在基础医学课、临床课和实验课中引入PBL教学法，如上海第二医科大学、西安医科大学、第四军医大学、湖南医科大学等，取得了良好的效果。之后引用PBL教学法的学校逐渐增加，并且除医学课程外的其他课程也在尝试应用该教学法。由于专业之间的差异，很难将医学专业的PBL教学方法直接照搬到工科教学。杜翔云等把PBL课程改革分为三个层面：单门课程层面、课程层面、院校层面，认为在不同层面、不同环境推行PBL时，课程改革需要采取不同的策略。目前我国工科专业的教学方式多以课堂讲授、实验环节、实习实践环节组成。这种被动学习模式学生在课堂上表现的积极性不高，而且专业课内容按照传统讲解方式会偏理论，脱离实际。项目式教学使课程内容与实践对接，能够将学生拉近与企业、与工作、与技术的距离，再加入一些新的方法，提高课堂内容学习的挑战性，增加学生的兴趣，是非常有益而且必要的。

（二）我院教学改革基础

我院教改班2012年将项目式教学法引入进来，实现传统的专业课教授方式与传统的课程设计实践环节有效的结合在一起，教师在授课过程中，根据阶段性课程内容的难易程度和实用性，选择适当的课题项目让学生分组进行讨论、设计以及实施，并通过翻轉课堂的形式展示设计成果，很大地提高了学生的学习兴趣。但是，项目式教学模式要求以较完整的项目作为学习向导，对学生综合知识、全面能力要求较高，因此不利于把握一门课程的进度，而PBL法可以根据知识点的特性有针对性地设置问题，循序渐进引导学生，从而培养学生学习思维、思考和解决问题的能力，更适合应用型技术人才培养。

二、PBL教学改革思路

（一）教学目标

在教学过程中，充分发挥工科专业理论联系实际的学科特点，发掘学生潜能，发展学生学习思维。在传统的教学法与项目式教学法中引用PBL教学法，最核心的问题是要设置与专业领域相关的一系列问题来贯穿整个学习内容，在授课的过程中，通过解决一个个问题使学生掌握相关知识，并提升学生解决问题的能力。

工科专业本就与社会实践具有紧密关系，通过PBL教学法不仅使学生更好的理解知识内容，更能培养学生解决问题的能力，在解决问题的过程中形成主动思考的习惯、善于发现问题、提出问题的思维，提高学生全面素质。主要体现在以下三个方面：（1）提高学生学习主动性。与传统的教师讲学生听的教学方法不同，PBL教学法的主体由教师转为学生，学生在教师的引导下，进行自主学习，通过交流、研讨等方式解决教师提出的问题，问题的解决就意味着知识的收获。这种学习方式能引起学生学习兴趣，培养主动学习思维，从另一个视角发现知识新世界。（2）培养学生学习能力，使学生掌握学习方法。学生在大学阶段，不仅要学习文化知识，更重要的是培养自己的学习方法，PBL教学法要求学生自主完成问题，因此学生需要通过课上、课下等不同渠道，寻找解决问题的方法。在这个过程中，教师引导学生善于总结、归纳，掌握适合自己的学习方法。（3）课程内容与实践对接，培养应用型人才。结合我院应用技术型人才培养目标，该教学方法，会提供适应行业需求的实际问题和项目供学生学习，以提升学生的实践能力。PBL教学法为传统的人才培养模式提供了新的方法、新的思路。

（二）改革内容与教学方式

主要对传统的教学大纲进行修订，设置相应数量的问题或小项目作为主轴架构起教学内容。在授课过程中，先由教师讲解必要的基础知识;对于知识的应用或扩展部分，布置相应的问题或小项目由学生小组来完成;学生小组通过查阅资源、交流讨论、给出解决方案及结果等环节完成任务;每个问题结束后小组内部要进行自我评价，小组之间要进行相互评价，教师最后进行点评;考核方式也由传统的必是改为展示及答辩，考核评价体系注重考察学生的学习过程情况和学习能力评价。将多门专业课程知识相融合，开设综合实践课程。课程中设计相对综合的项目，给出该项目包含的若干个问题，学生以小组为单位进行研究，项目完成后详细的阐述学习过程、知识点、技术参数等。学生讲解后，教师进行点评，并由教师引导学生对重点进行拓展和提升。

（三）问题设计

工科专业中的许多专业课包含了大量数学公式，理论性较强，然而应用技术型院校的学生就业时多从事一线技术工作，根据多年的教育工作经验发现学生学习的困惑在于无法理解理论性较强的书本知识与实际工作内容之间的关系，引入项目式教学的目的就是起到衔接的作用，在这其中又引入PBL教学模式能够通过恰当的问题充分地、高效地解决理论联系实际的问题，因此PBL教学最关键的是如何创设出适宜的问题情境。

（1）问题设计的进阶性。实现“低起点，高落点”，教师要“搭梯子”。在设计问题时，首先要设计难度适中的问题，能够让学生通过自己的努力找到解决方案;其次这些问题要有一定的关联性、阶梯化，在问题的引导下能让学生达到更高的高度。例如讲单片机输出，先从点亮LED灯学习0/1的变化，再到数码管学习显示数字，然后升级到LCD显示文字等。

（2）問题设计的情境性。实现理论联系实际，问题要来源于现实。工科专业课学习不能把眼光只停留在书本上，要让实践走进课堂，可以创设富有实际意义的技术问题情境，问题越贴近实践，越能燃起学生研究问题和解决问题的欲望。例如高频课上讲谐振，在智能车无线充电中被应用。

（3）问题设计的启发性。激发学生潜能，问题要有启发性。培养学生获得知识和获得解决问题的能力不是最终目的，培养学生能提出问题，有主动学习的思维和素养更重要。通过设置脱离“标准答案”的发散性问题，激发学生的好奇心和探究欲。例如探究单片机延时程序的多种方法，并体会延时在数码管动态显示、键盘扫描、iic时序等应用中的必要性。

（四）过程安排

前期准备：教师选取合适的知识点，通过实例创建问题情境。学生由5～7人组成一组，开展自主学习。

过程管理：学生通过图书馆资源、网络资源等途径加深对知识点的理解，通过小组探究、讨论等方式逐渐分析解决问题，使学生在掌握专业课基本理论的同时，运用于解决工程实际问题，从而达到兴趣与学习有机结合，提高学生自学能力和解决实际问题的能力。在此过程中，教师关注每组情况，起到引导作用，并对突发产生的新问题具有有效把握的能力。

成果展示：每组学生将学习结果汇总整理形成学习报告，并将主要内容通过PPT翻转课堂形式向老师同学们汇报，阐述自己的观点。老师对学生的表现作出评价，并反思教学过程和教学效果，进行教学总结。

评价方式：过程评价与翻转课堂评价相结合，加大学习过程评价比例。组内自评与组间互评、教师评价多种评价手段相结合，激励学生互相学习、树立要求进步的学习理念。

三、PBL教学法与传统教学、CDIO工程教育模式的比较

PBL教学法不同于以往传统的被动式教学法，PBL采用以学生为主体的主动式教学模式，以多个问题作为引导，学生通过课本、图书资源、网络资源等途径解决问题，从而掌握知识，并且将学习过程和成果与大家分享，利于学生培养学习思维、思考和解决问题的能力，以及表达能力、团结协作等综合素质。PBL教学法也不同于CDIO工程教育模式，虽然都是学生以主动方式学习，但是CDIO法主要适合工程类专业，而PBL法可以应用在很多领域;CDIO法要求以较完整的项目作为学习向导，对综合知识要求较高，有时候不利于把握一门课程的进度，而PBL法可以根据知识点的特性有针对性地设置贴切的问题;CDIO法的标准比较高，对学生的全面能力要求也较高，PBL法较侧重基础，更适合独立学院一类应用型技术人才培养。

四、改革效果

我院以教改班为研究对象，每届学生30人，每届大二开学初组班。《单片机原理及应用》《嵌入式原理及应用》《VC++程序设计》《智能仪器仪表设计》等专业课程均采用PBL问题式结合项目教学法，每个知识点通过引导小例子，学生动手实施操作，向老师反馈问题，老师在学生实践过程中给予指导。考试方式也进行了较大改变，由闭卷考试改为小组完成任务，提交作品并进行汇报。通过这样的教学方式，学生感到与传统班级学习特点很不一样，都会从被动学习习惯逐渐转变为主动学习，树立了正确的学习观，培养了良好的学习习惯。从学习效果和掌握的知识量方面来说，学习过程扎实，理论联系实际，能充分掌握所教授的知识，并能活学活用，每门课程学生都能做出一些高水平的作品。如果是大班授课，PBL混合式教学法实施起来会有一定的难度，教学效果也会大打折扣，在这方面的不足之处是今后改进的重点。

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课题项目：河北省高等教育教学改革研究与实践项目“基于pbl的混合式教学在应用型院校工科专业教学改革中的实践与研究”研究成果（编号：2019GJJG611）

作者简介：张伟（1984— ），女，汉族，河北唐山人，硕士，讲师，从事控制理论与控制工程研究。