科研项目驱动的PBL 教学方法研究

2020-12-10张耀鸿

科教导刊 2020年31期

张耀鸿

（国防科技大学系统工程学院湖南·长沙 410073）

0 引言

PBL 教学方法是在教师的指导下，以学生为主体，围绕共同的问题，使用辅助工具，自主展开学习的研究型教学模式。该方法可以充分调动学生的主观能动性，有助于培养学生的创新思维和实用技能，在多个学科领域得到了广泛应用。

PBL 教学方法一般包括问题定义、数据收集、合作研究、分析评估等环节。[1-2]问题定义由教师来完成，包括提出相关问题，设计问题情景，提供相关的学习资源。数据收集、合作研究由学生自主完成，在此过程中，教师起引导作用。分析评估环节根据学员提出的结论，由教师进行点评。PBL 教学方法与具体课程相结合，又有不同的实施方式。文献[3]介绍了PBL 教学方法在机器人教学中的应用研究，通过依托实验室教学环境，让学生自主完成资料检索、理论分析、项目设计、汇报展示等工作，完成课程相关项目；文献[4]介绍了PBL教学方法与思维导图相结合，在“热力学基础”课程教学中进行了应用；文献[5]研究了PBL教学设计的要素、各教学阶段设计要点及关键问题。

PBL 教学是以问题为主导，实践手段为支持的教学模式，其中问题设计和实践手段是影响PBL 教学质量的重要因素。对工程技术领域的很多课程而言，问题设计需要面向实际问题，又需要结合具体课程教学目标和教学内容，分析和解决问题需要有定量化手段支持。

通过教学工作与科研项目的深度融合，实现科研成果对教学工作的有力支持，是提高PBL 教学效果的有效途径。

1 科研项目对PBL 教学的作用分析

1.1 问题定义

问题定义位于PBL 教学工作的前端，往往是教师根据课程教学的需要，设计相关案例，设置背景条件。问题的难度必须适中，既能贴近课程教学目标，反映实际问题的本质特征，又能提高学生的学习兴趣。科研项目往往来源于实际问题，有着坚实的理论和应用基础，提供了问题定义的良好素材。

1.2 自主学习

对工程技术领域的课程而言，学生在查询相关资料，收集相关素材后，往往需要进行分析、设计、建模和仿真等工作，工作的开展依赖于相关的数据、模型、论文和工具等资源。科研项目成果往往提供了这些资源，从而对学生的自主学习提供了有效的支持，使得学生把主要精力集中在问题的解决上。同时，科研项目的研究过程也对学生自主学习中的组织、分工和技术路线提供了指导，便于教师掌控学生的学习进度和关键节点，确保自主学习的有序开展。

1.3 总结评估

分析评估是检验学生学习质量的重要环节。科研项目为评估学生质量提供了有效的验证手段。通过学生的研究结果与实际工程研究结论的对比，来判断学生对课程内容的掌握情况。

2 基于科研项目的PBL 教学过程

科研项目成果应用于课程教学时，面临一些问题：

2.1 知识结构

科研项目的参与人员往往是研究生，具备学科领域的基本知识，科研项目研究成果往往具有一定的前瞻性，对本科教学，特别是低年级学生，实施起来具有一定的难度。

2.2 知识覆盖面

科研项目成果往往是对某领域的深化和应用研究，与具体课程的教学目标和内容存在较大的偏差，难以形成对教学任务的有效支持。

图1 基于科研项目的PBL 教学过程

2.3 能力水平

工程项目往往包括很多实践分析的内容，这就需要学生具备相应的实践技能。实践技能的培养是一个长期的过程，在教学中应用项目研究成果时，也会带来相应的困难。

因此，将科研项目应用于PBL教学过程，并不是直接照搬，而是要服务于课程建设需要，需要对项目研究成果进行梳理、整合、裁剪和改造。主要过程如图1。

（1）课程知识点梳理。在深入分析课程教学目标，教学内容的基础上，梳理学生需要掌握知识点和应该达到的能力水平。

（2）科研项目选择。根据教学需要选择合适的科研项目，并进行匹配度分析。匹配度分析包括知识匹配度、能力匹配度、资源匹配度、复杂匹配度等方面。知识匹配度描述科研项目研究成果覆盖课程教学知识点的情况；能力匹配度描述科研项目研究对学生查阅文献、分析问题、解决问题等技能的提高情况；资源匹配度描述科研项目为教学提供的数据、模型、算法等资源的支持程度；复杂匹配度描述在学生已有知识和能力的情况下，能够自主完成教学任务的难度。匹配度较高的科研项目更适用于PBL 教学。

（3）问题定义。将科研项目中的具体问题转化为PBL 教学中的教学问题。由于实际工程项目往往比较复杂，不适宜于相对较短的教学周期。因此，必须对科研项目的具体问题进行简化处理，保留其中的关键因素。

（4）合作研究。学生在教师的引导下，自主展开合作研究。包括查阅资料、方案设计、判断分析、形成结论等环节。其中，科研项目提供了研究的重要资源，对合作研究提供了有力支持。但实际项目的研究成果往往较为复杂，需要学生预先掌握必要的知识和能力，有足够的背景铺垫，而这些往往不是课程教学的重点，会导致主次不分，影响课程教学质量。因此，必须对研究成果进行适应性改造，对研究内容进行裁剪，屏蔽与课堂教学任务关联较弱的细节，集中到课堂教学的教学目标和教学内容上。同时，科研项目的具体科研内容和组织形式也可以用于指导学生建立分组、分配组内角色。

（5）总结评估。科研项目的研究结论有助于建立对PBL教学评估的评估准则，使得评估结论更为客观。

（6）过程管理。PBL 教学由于是学生自主合作研究模式，过程管理尤为重要，特别要防止部分学生只挂名而不参与研究的情况。在PBL 教学中，可以通过个人评估的手段，通过建立评估准则，收集个人参与研究数据，对数据进行统计分析来进行评估。[6]

3 课程应用研究

“一体化联合作战导论”是我校的一门军事基础课程，需要学生掌握联合作战概念、作战组织、作战样式、作战流程、作战行动和作战系统的基础知识，理解现代战争中的体系对抗的作战理念。课程知识点较多，但每部分内容的深度较浅。

为了更好地提高课程教学效果，我们选择某防空作战的科研项目，以其中的防空体系构建作为研究问题，实施PBL教学。科研项目中已经开发了组件化的建模仿真环境，该环境的特点是在组件化模型库的支持下，用户通过对模型的拼装组合，快速构建仿真工程，开展仿真分析。

在该科研项目的支持下，学生按照课程教学要求，对防空作战体系的构造方法进行研究，完成作战组织设计、流程设计、信息交换设计。在组件化的建模仿真环境的支持下，将作战节点映射到组件化模型，快速建立一个模拟的作战体系进行研究。组件化模型的开发工作量较大，可直接使用现有的科研成果，而不需要学生从头开发，从而减少学生工作量，便于将精力集中在课程的关键问题，从而提高学习效果。