“PBL”教学法在《森工机械与装备》课程教学中的应用

杨铁滨，薛 伟，沈博昌，辛 颖

(东北林业大学工程技术学院，哈尔滨150040)

森林工程是国民经济的基础产业，森林工程装备是现代森林工程的重要基础之一，在森林采伐、城市绿化等方面发挥着重要的作用。森工机械与装备是高等林业院校森林工程专业重要的专业技术课，是一门理论与实际联系非常紧密的课程。通过该课程的学习，使学生熟练掌握森林采伐装备的原理与构造，并能够运用木材锯切基本原理进行装备设计。所以，使用先进的教学和学习方法，是使学生掌握该课程的前提，也是提高学生设计和综合应用能力的有力保障。对提高教学质量，培养学生的专业知识和创新能力、激发学习兴趣等方面具有重要意义。

PBL(Problem Based Learning)即“基于问题的学习方法”，是基于现实中以学生为中心的教学方式。这种教学方法通过具体实例，在教师的整体把握和指导下，启发学生应用学过的知识来思考、分析问题，要求学生主动参与，积极讨论，共同思考，让学生亲历探索与研究的全过程。有助于培养学生自学能力、综合分析能力和创新意识。在教学过程中，由教师命题，以学生为主体，以问题为中心，分组单独进行从资料搜集到结果讨论的全过程。教师对学生进行引导和提示，让学生自己来思考、分析问题，比较结果。在分组讨论完成之后，教师进行点评。PBL教学法目前已成为一种在国际上普遍接受的教学方法［1］。

根据我校《森工机械与装备》课程的教学经验发现，利用“PBL”教学法讲授该课程对培养学生学习该课程的兴趣，激发学生学习主动性，提高解决实际问题和学术沟通能力及自信心等方面都有很大帮助。

1 “PBL”教学法在《森工机械与装备》课程教学中的尝试

1.1 传统的《森工机械与装备》课程讲授方法中存在的问题

在传统的《森工机械与装备》课程教学中，教师在授课过程中起绝对的主要作用，学生只是听讲，记笔记，极少有师生之间或学生之间对某些知识点展开充分的讨论。教师尽自己最大努力将锯切原理和森工装备的结构与工作原理详尽地阐述清楚，却难以把握学生的领会程度。此外，《森工机械与装备》课程教学内容涉及木材切削基本理论、机械、电子、车辆、内燃机、木材生产与管理、人机工程学等众多学科，知识点比较分散，缺少将各个知识点横向联系起来的纲领性的习题或实践课。在课程体系中缺乏承上启下的连贯性，与基础课脱钩，与其它专业课联系不够。学生很难把锯切原理与工作装置设计联系起来。有的学生在课程结束时还不明确学习锯切原理的目的是什么，更谈不上如何使用基本原理进行工作装置设计。结果学生往往开始学习时还有较大的兴趣，但是由于一直处于被动学习状态，在学习比较枯燥的基本原理后渐渐地失去了兴趣。使本来与实际应用联系很紧密的专业课，成了刚性记忆的“铁板”知识，无法掌握和灵活运用这些知识来解决实际问题［2］。从教学方法入手，改变传统教学中的以教师为中心的教学方法，促进学生自主学习和学习积极性的提高，是解决本科生学习专业课的有效方法［3］。

1.2 “PBL”教学法在《森工机械与装备》课程教学中的教学模式

在“PBL”教学法实施过程中，由教师为学生创造具体环境，确定学习内容，启发学生提出探索性问题。一般由6～10名学生和1名教师组成一个问题研究小组。教师的作用是明确学习内容，控制课程进度，把握讨论方向，确保达到教学大纲的要求，监督学生完成规定的作业内容，协助学生表达他们的研究结果。学生独立寻找解决问题的方法，并在课堂上讨论、总结可能出现的多种答案。最后，由教师对学生的课堂表现和解决问题的能力给予评价，给出成绩。因此PBL教学法是培养学生创新能力，提高学习主动性的重要教学方法，是解决目前《森工机械与装备》课程教学中存在问题的有效手段。

根据《森工机械与装备》课程教学内容分散、学生人数较多的实际情况，在实际教学过程中对“PBL”教学模式进行了适应性的改革。课程教学的主体内容仍由教师讲授，将原本分散的部分教学内容集中起来形成一个综合性的设计题目。即由任课教师命题，指导学生完成。每十名学生为一组，根据成绩和学习条件的方便性自由组合。在学习完基本切削原理后给出题目，由学生利用课余时间完成资料的查阅、计算、设计图纸等工作。在讲授完全部学习内容后进行课堂讨论、总结，最后参观实际的设备。整个过程仅占用4个学时。

2 “PBL”教学法在《森工机械与装备》课程中的实施

2.1 问题设计

设计“问题”是教师的中心任务，教师必须精心准备，把所讲授的知识点贯穿在“问题”中，并且这个问题必须是开放的、真实的和具有可探讨性的。

《森工机械与装备》这门课程的主要知识点包括木材切削基本理论、锯链、链锯结构、人机工程学、采伐机械等。针对这些知识点，题目设置为“原条自动造材分选设备”。这个题目体现了本门课程的多个重要知识点，并且与其它专业课和专业基础课联系紧密。为明确设计内容并不失问题的开放性，确定设计任务为:将打枝后的原条按操作者的要求尺寸进行造材，并根据造材后的原木尺寸进行分选。技术要求如下:

(1)造材尺寸:2 m、3 m、3.5 m、4 m。

(2)原条最大直径＜500 mm。

(3)原条最大密度＜1.4×103kg/m3。

同时考虑学生的实际设计能力，没有对造材效率和设备成本控制提出具体要求。

设计内容为:

(1)机械系统，包括送料、锯切、分选、出料机构。

(2)测试系统:测试内容包括造材长度、原条长度、造材直径等 (设计测试系统方案、选择传感器和数据采集方式)。

(3)控制系统:控制执行机构及安全保护机构。(设计工艺流程、选择控制器和执行器、选择软件开发平台、设计程序框图)

2.2 学生调查设计

教师把上述问题介绍给学生后，给学生一个月的时间，让学生进行查阅资料、课下讨论与设计。课下讨论以小组为单位，由每组的小组长负责组织讨论的全部过程，每小组自行确定讨论时间。学生经过一个多月的准备后，每组都要完成一个以上的设计方案。在进行PBL教学前，由教师审核学生的设计资料，审核合格后，每组选择1－2个方案，学生分组准备PPT演示文稿，确定PBL课堂教学时间。

2.3 课堂实施

进行PBL课堂教学时，每组每个方案选出一名代表，用8min的时间讲解设计方案，其他组员补充。其他组同学自由提问，本组同学解答，答辩总时间不超过15 min。每组抽一名同学负责其他一组同学的答辩记录。

每组PBL结束后，小组成员进行自我评价和组间评价，最后任课教师再对每个小组在设计方案、知识掌握、答辩表现等方面进行点评和补充。全部设计方案讨论完毕后，教师概括性地总结讨论问题的要点，对共性问题进行详尽分析，同时对各组的方案不足进行点评和补充，并给出成绩。最后任课教师利用课余时间，带领学生参观实际的原条自动造材分选设备，详细分析每个系统构造，让学生从整个PBL教学中体会森工机械与装备设计的全过程以及课内各章节知识的应用。

3 实行PBL教学法的效果与存在的主要问题

在实施PBL教学法过程中，师生角色发生转变，激发了学生学习兴趣，培养了学生的综合应用能力和主动获取知识的能力。虽然PBL教学环节的成绩只占最终课程成绩的5%，但绝大多数同学都能积极参加。通过课后问卷调查，同学们普遍认为，PBL教学法使他们对森工机械与装备课程有了比较全面和系统的了解，消除了他们对装备设计的“恐惧感”。同时学会了在系统设计中分工合作和处理人际关系，也学会了如何准备答辩及答辩中的一些技巧。实践表明，在该课程教学过程结束前实行4学时PBL教学对提高学生的综合设计能力，自信心和学习兴趣都有很大帮助。

通过一个教学年度的教学实践，我们发现PBL教学法在《森工机械与装备》课程教学过程中存在以下几个主要问题:

(1)PBL教学对教师的综合能力提出了更高的要求。PBL教学是一个十分复杂的过程，要求教师能采取灵活的方式组织教学。具备这种能力，不仅要求教师具有扎实的专业知识基础，还要具备节目主持人式的应变能力，把重点放在引导学生敢想、敢问、会问。既要善于解答学生无法回答的问题，把握好讨论方向，又要避免大包大揽，变成讲授式教学。

(2)实践表明，PBL教学对中等以上学生提高学习兴趣和能力有很大帮助。但另一方面，考试结果和调查问卷都显示PBL教学对基础知识薄弱和学习目的不明确的学生的影响非常有限。

(3)在实施过程中，学生合作能力不强，只有少部分组的设计是合作完成的。大部分组的设计结果是每个学生单独完成，然后经“选举”产生的。

(4)成绩评价。学生PBL教学环节的成绩主要来自学生互评和指导教师给分，主观性强，目前还没有客观、统一的评价标准。

4 结束语

通过进行调整的PBL教学法实践，为学生提供了宽松的教学环境和氛围，激发了学生学习森工机械与装备课程的积极性，对提高学生的装备设计能力、创新能力和合作意识都有较大的帮助。在今后的教学过程中，如何合理发挥PBL教学法的优势，解决已存在的问题，尤其是建立量化评价标准等方面还有待进一步地研究。

［1］刘宝存.美国研究型大学基于问题的学习模式［J］.中国高教研究，2004(10):60－62.

［2］苏初旺，周丛矩，梁炳钊，等.森林工程专业教学建设与改革的实践［J］.森林工程，2004，20(5):45 －46.

［3］杨铁滨，薛 伟，辛 颖.《森工机械与装备》课程教学改革探索［J］.森林工程，2011，27(4):85 －87.