基于问题学习的“光学”课程教学改革

王红成，李洪涛，凌东雄

(东莞理工学院电子工程学院，广东东莞 523808)

基于问题学习PBL模式已在国外很多院校用来进行教学。该教学模式能更好地培养学生自主学习的能力，推动学生创新思维的建立，提高学生解决实际问题的能力［1-3］。

PBL模式是一种以学生为中心的教学法，其核心是“先问题，后学习”［4］。教师在这种教学法中，根据实际情况将学生分成若干个小组后，设计一些接近现实的实际问题。学生根据根据问题分组学习和讨论，通过合作的形式提出解决问题的方案，验证解决问题方案的正确性(或合理性)，归纳、总结、评价与反思，以此学习和理解相关的学科知识，掌握解决问题的基本技能，形成自主学习的能力［5］。教师围绕问题为学生提供学习资源并指导学生学习，及时给出反馈。PBL模式学习法可以引发学生进行深层次的学习。

1 “光学”课程教学中三种PBL模式

1.1 问题引导模式

教师在“光学”课程开展PBL教学中传授知识时首先提出一个或一系列经简化的实际问题，然后围绕解决问题的思路和方法，讲解知识要点，启发学生跟随教师共同解决问题，并在解决问题的过程中引导学生建构面向实际的知识体系。

例如，在讲解“光的衍射”之前，我们首先让学生透过两支铅笔间的缝隙看日光灯会看到明暗相间的条纹，然后提出问题:这明暗相间的条纹是如何得来的?在这个基础上教师引入衍射的概念。又如，在讲解“光的吸收、散射、色散”这一章之前，可以提问学生“为什么晴朗的天空会是蓝色的呢?彩虹是如何形成的呢?”等问题，并在此问题的基础上进行讲解“光的散射和色散”等概念。

1.2 问题研讨模式

教师将课程内容分为若干单元，在每个单元的教学中先讲授重点内容，在此基础上提出一个或一系列比较复杂的近似实际问题，并提示解决问题的思路和资源。学生在课外以小组为单位查阅资料和研究讨论，形成解决问题的方案;再回到课堂上交流研究成果，教师和其他学生共同进行评价和修正。最后由教师引导学生共同总结和反思学习情况。

例如，在讲解“光的偏振”这一章时，教师可以设计一个实验:让一束椭圆偏振光通过一个偏振片。若偏振片透振方向沿某方向时强度取得最大值为1.5I0，沿其垂直方向时强度取得最小值为I0，设问那么在其他方向上时强度取何值呢?通过一个1/4波片后再经过偏振片情况又如何呢?教师可以提示学生要掌握和运用椭圆偏振光、波片的作用和偏振光的干涉等内容，让学生自主学习相关章节，回到课堂后再进行讨论，最后由教师总结并讲解相关知识。

1.3 问题主导模式

教师提出一个完全现实问题，并适度提示解决问题的思路;学生以小组为单位进行分工协作，通过对本课程和相关课程已学知识的再学习，弥补知识结构上的缺临，在解决问题的过程中实现能力的迁移，建构解决实际问题的知识结构。

例如在讲授完杨氏双缝干涉知识之后，我们让学生动手做这个干涉实验。学生在实验中观察到干涉图样，但观察到的干涉图样不是书本上所讲到的等光强明暗相间干涉条纹，而是具有一定光强分布的明暗相间等间距条纹，其干涉图样如图1所示。这时，教师可以让学生去寻求实验结果和理论结果存在差异的原因，启发学生自己分组学习衍射相关知识，讨论衍射和干涉之间的区别与联系，并让学生分组研究如何设计一个光栅单色仪。

图1 实验中所观察到的杨氏双缝干涉图样

学生在毕业后若从事教学仪器设计等工作时，就很有可能遇到这个完全现实的问题。学生运用已经学过的光栅衍射和其他光学知识，并学习光学设计方法，通过分工合作完成这一问题的解答，最终设计出满足条件的小型光栅单色仪。

2 PBL效果评估

由于PBL教学过程中解决问题的答案并不是唯一的，教师要评判学生的成绩面临着巨大的挑战。我们在“光学”课程成绩评定过程中按照课程内容、概念性知识和解决问题能力这三方面对学生的PBL进行评价。三者经过一定的加权总和之后便可以得到学生的最终成绩。这三者的比重依次按照70%、10%和20%进行设定。

课程内容考察可以源自课后习题和书本例题等，可以为多项选择或计算等，主要考察学生对某一特定领域内知识的理解程度，主要在期末考试中进行考察。概念性知识评估主要考察学生对各知识点之间关系的理解程度，如考察学生几种干涉之间的关系、它们的相同点及不同点和它们的优缺点等，主要通过其学习报告及课程小论文进行考察。对学生解决问题能力的考察可以通过形成性评估的形式来进行判断。这种形成性评估需要教师在PBL教学过程中对学生自主学习情况进行了解，分析其掌握知识的程度及运用知识解决问题的能力，可以在学习的过程中进行多次考察或考试。

我们在过去两学期所开展的PBL教学活动中，均设置了若干次“问题引导模式”教学、3次“问题研讨模式”教学、以及2次“问题主导模式”的教学。在教学结束时向学生发放138份问卷调查，收回134份，调查内容及结果如表1所示。

表1 教学满意度调查(%)

从表中可知，对PBL教学活动大多数学生是满意的，但也有极数学生认为这种教学方法占用太多课外时间，对PBL教学存有抵触情绪。

3 结语

PBL是一种深层次的学习，是以实际问题为背景、以解决实际问题为目标的教学过程。我们将PBL教学模式应用于“光学”课程的课堂教学当中，可以促进学生主动参与教学、形成自主学习能力、发展创新能力。通过一年来的教学实践发现，采用PBL学习法，有机地化解了理论知识与工程实践脱节的矛盾。取得了良好的教学效果。

但是，在“光学”教学实践中还有许多问题需要在以后的教学实践中不断反思及改进，如怎样设计出更有针对性地适应教学内容并更贴近实际应用的问题，以及如何进一步改进教学方法提高学生学习兴趣等。只有深入研究教学理论，不断探索新的教学方法，借鉴PBL在其他学科成功的经验，PBL教学模式才能在我校“光学”课程教学中发挥更大的作用，取得更好的效果。

［1］Hmelo-Silver，C.E.Problem-Based Learning:What and How Do Students Learn?［J］Educational Psychology Review 2004，16(3):235-266.

［2］刘雷，以问题为基础的自主学习的教学模式的研究［D］.南昌:江西师范大学硕士论文，2006.

［3］黄显华，霍秉坤，高兰芳，问题为本学习法:概念、研究与教师角色［J］.上海:全球教育展望，2009，38(8):30-34.

［4］Hmelo C E，Ferrai M.The Problem-Based Learning Tutorial:Cultivating Higher Order Thinking Skills［J］.Journal for the Education of the Gifted，1997，20(4):401-422.

［5］William G Cunningham，Paula A Cordeiro.Educational Administration:A Problem-Based Approach［M］.Boston:Allyn＆ Bacon，2000:370