PBL教学模式在新工科教学中的应用研究

徐 静

(西安外事学院工学院，陕西 西安 710077)

0 引言

随着科学与工程技术的革命性创新及全球化发展的融合，对工程科技人才的培养提出了更高的要求，根据国家战略需求，2017年2月至6月，教育部陆续推出“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，构成了新工科建设的“三部曲”建设与发展新工科已成为新时代经济社会发展的迫切需要[1]。

新工科专业是以智能制造、云计算、人工智能等技术用于传统工科专业的升级改造，相对于传统的工科人才，未来产业发展需要更高的实践能力、创新能力，同时具备国际竞争力的高素质新工科人才。因此，新工科建设不仅在于创办新专业、改造旧专业，更在于必须把培养人才的新能力作为新工科人才培养的重点目标。课程是人才培养的最基本单元，以人才培养为核心的高校普遍面临的突出问题是如何基于课程实现教学的综合改革和持续改进。

1 PBL教学理念

基于问题的学习(Problem-based Learning，PBL)最早由加拿大麦克马斯特大学(Mc Master University)的Barrows教授提出[2]，是通过对问题的探究来组织学习内容的教育理念。PBL教学是以问题为中心，以问题为驱动，使学生由问题引发思考，展开学习，在解决问题的过程中学会问题中隐含的知识，从而形成解决问题的能力，并获得自我学习能力，从而构建完整的知识体系。未来的课程教学正在朝多样性、混合型形态发展，PBL 是一种构建课程学习过程的方法，通过提出问题，从而为学习课程提供一种推动力，促其在解决问题的过程中锻炼自我学习和创新的能力，培养整装待发的可以直接上岗的职业人。PBL教学理念改变了传统的由教师主导的课堂教学，将其转变为学生自主思考，自主探究的学习过程，能够培育学生的独立研究意识，提高学生的自主性，同时开发和拓展学生的创新思维。

2 传统教学模式与PBL教学模式的比较

2.1 教学目标

传统教学模式注重知识的灌输，教师往往要求学生记住概念，掌握原理，完成课后测试题。与这种普遍存在的教学模式相比，PBL以学生发展为核心，注重让学生掌握知识的同时，能够发展能力，提升综合素质，实现教学的三维目标。

2.2 教学方式

传统教学方式大都采取“教师一言堂，学生被动听”的教学方式，大部分专业课程仍然是以教师主导，教师注重灌输知识，学生是被动接受，不能培养学生的自主学习能力。PBL采用以问题为导向的教学模式，学生在教师的引导下提出问题、分析问题、解决问题，从而实现自主学习。

2.3 教学策略

传统教学模式以单一的形式将信息传递给全体学生，理论和实践脱节，工程教育实践不足，学生认为对理论知识的学习就是记忆，面对实际工作中的具体问题时一般束手无策，忽视实践创新能力的培养。专业课程教学案例和创新实验设计相对薄弱，缺乏团队交流合作的空间。采用 PBL的教学模式，教师根据学情分析，设计有针对性的问题，并且可以根据学生的差异性来组成学习小组，设定学习任务，学生面对实际问题从中获取并应用知识，使每个学生的学习潜能被大大地激发出来[3]。

2.4 教学资源

传统教学模式学生缺乏自主性，教学资料未能深度融入传统的课堂教学，信息是单向输入给学习者的。PBL 的教学模式可以超越时间和空间，为了分析、解决问题，学生会利用丰富的线上资源主动寻求解决问题的办法，使学生获得的信息得到了空前的扩展。

2.5 教学环境

传统教学模式是以一个学生为主体的，学习者相互间是竞争关系。PBL 教学模式会采用分组学习的形式，学生是在相互合作和支持的环境中学习的。

2.6 教学评价

传统教学模式评价学生的学习效果时采用的是完成特定的学习任务来评定成绩，成绩的高低由唯一的评价者教师来实施，也以这种评价来划分学生等级[4]。基于PBL 教学模式的评价注重过程，不将结果作为唯一判定，而是看学生是否掌握了解决实际问题的能力，将自我评价、小组评价、教师评价几种方式相结合。

3 PBL教学模式分析

基于PBL的教学模式就是能引发学生自主思维的有效的新型教学模式。PBL以问题为起点、以学生为主体、以项目工作为任务，把知识的获取和应用紧密结合的探究式学习模式，通过学生独立分析、自主探索与实践、提出质疑、从而创新等方式来实现学习目标，以适应高级技术人才培养的需求。

3.1 PBL特点

PBL教学模式有问题性、主动性、探究性、情境性、合作性的特点。PBL教学模式是一种主动学习模式，彻底抛弃了理论讲解、知识归纳、脱离实践的教学观念，将问题作为学习的起点，学习者在教学过程中处于主动地位，利用丰富必要的学习资料，合理建构，从而获得知识。

3.2 PBL在新工科教学中的应用思路

在新工科建设背景下，针对新工科专业中的应用型课程进行研究，PBL在新工科教学中的应用思路，以丰富的教学资源为基础和支撑，将问题式学习的方法和课程设计相结合，促进教师和学生角色的根本性转变，从而提升课程教学质量。

3.3 PBL教学模式实施步骤

引导学生怎样开展主动学习和提高学习能力是实现PBL的关键，PBL教学模式的实施主要分为5个步骤：(1)确定问题；(2)教师引导与辅助学生思考；(3)学生自我学习，分析问题寻找解决方案；(4)利用新学知识解决问题；(5)教学评价。

4 基于PBL教学法的课程实践

“物联网通信技术”是物联网工程专业一门技术性、实践性很强的专业课程。通过这门课程的学习，使学生掌握物联网工程相关岗位所需的通信技术。PBL以学生为中心，把学生带入有意义的任务过程中，使学生积极、主动地学习专业知识，培养其解决实际问题的能力。PBL教学法的应用分为3个层次：单元应用、课程应用、专业应用[5]。作者以“物联网通信技术”课程为例，实践了基于PBL的单元应用模式，以解决具体问题为核心，让学生自主学习完成学习任务，激发了学生的学习兴趣，使其能够“学以致用”。

4.1 创设情境，提出问题

问题设置是组织PBL教学的核心，问题一定要具备真实性和相关性。针对ZigBee网络拓扑结构的学习内容，首先创设一个需要进行监测的现实系统，例如火灾监测系统，提出根据 ZigBee技术设计和组建无线传感网这样的问题，使学生就如同置身于真实问题之中，模拟的真实情境能够吸引并且保持学生的兴趣，激发学生积极的解决问题。

4.2 分组学习，合作交流

在问题驱动的基础上，学生获得组建ZigBee网络的相关知识，进而引导学生从系统应用需求出发，组建项目组，利用ZigBee技术设计无线传感网，解决实际问题。学生不断反思已经学习过的知识，通过将原有知识的不断扩充和重组改进，达到学习新知识的目的，这样的方式为学生间的合作创造了机会，锻炼了学生的沟通交流能力和协作学习能力。

4.3 教学评价

PBL教学模式的教学评价有两个主体，分别是教师和学生，也经历两个阶段，学习阶段和陈述阶段。学习阶段的教学评价主要参考学生在线参与学习、参与讨论、完成测试及作业等。陈述阶段的教学评价主要参考PPT制作、成果汇报因素。教师评价包括学生学习态度、批判性思维、学习协作和沟通交流能力，全面客观地总结和反馈学生的学习成果。在PBL教学模式实施过程中，教师对于自身的综合素质也提出了更高的要求。学生从被动完成任务到主动发问的转变，是教学效果的最好体现。

5 结语

新工科专业课程具有实践性、应用性强的显著特点，在专业课程的教学上应该与实际紧密结合，培养有创新意识，多方面能力强的工程人才。PBL这种“以学生为主体、以问题为主线、以教师为主导”的情境化探究式的学习模式正好与新工科专业培养目标相吻合。

基于 PBL的教学模式通过设计与工程实际结合的前沿问题，启发学生自主学习，扩展了学生自主学习的空间，培养了学生团队合作意识。经过教学实践表明，基于PBL的教学模式符合新工科应用型课程特点，有助于培养学生的创新思维和工程素养，是新时代新工科专业课程教育教学改革的新思路和新方向。