有限PBL教学方法中问题导向闭环设计方法探索——以“模拟电子技术”课程为例

霍本岩 苏士美 李忠文 刘艳红

（郑州大学电气工程学院 河南·郑州 450001）

0 引言

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑国家战略、满足产业需求和面向未来发展，面向“中国制造2025”战略，2017年教育部积极推荐新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，以期加快培养具有自主学习和独立思考能力的创新型人才。传统“填鸭式”“满堂灌”式教学方法难以满足新工科的要求，因此有必要探索新的教学方法，结合我国大学教学实际情况，借鉴先进教学理念，形成符合我国工科教学现状的教学理念和方法。问题导向教学方法（Problem-based Learning,PBL）是以学生为主体开展小组讨论的教学方法，该方法重在发挥学生的探索性和主动性，教师则从传统教学的中心地位转变为引导者和组织者；该方法能够激发学生的学习兴趣、培养思考和解决问题的能力。鉴于上述优势，PBL教学方法受到了广泛的关注，各大高校引进PBL进行教学改革试点。但受限于学生数量多、教学资源有限、教师水平不足等问题，在实际开展中存在教师对课堂掌控力度不够、无法给予学生合理、及时的引导；学生组员水平和积极性不同导致小组配合度不够、沟通不畅；PBL项目或者问题多样性差，评价形式单一等问题。上述问题制约了PBL教学方法在实际教学中的普及和推广。

本文以电气信息类、控制类、生物医学工程类专业的重要基础课—《模拟电子技术》为例，分析新工科对课程建设提出的要求和面临的问题，探索问题导向教学方法（Problem-based Learning,PBL）在实际开展中受到的限制和制约，以《模拟电子技术》课堂为例，提出有限问题导向教学方法(Limited Problem-based Learning,LPBL)，结合学习通线上课堂和线下课堂，实现问题导向闭环、课堂形式闭环、课程内容闭环、课群闭环的四个“闭环”，从而提出新的教学方法和手段，促进“模拟电子技术”课程教学的改革和发展。

1 有限问题导向教学方法

结合郑州大学在“模拟电子技术”课程开展的实际情况，对有限问题的局限性进行改善，提出了有限问题导向教学方法，其主要特征在于弱化项目引导和小组讨论的地位，强化学生独立思考、知识交叉融合的能力，构建学生知识的系统框架，通过上述改善使得LPBL方法能够普及到中班，甚至大班教学，在现有师资和教育资源不变的前提下，改善和优化教学效果。

LPBL教学方法从下述四个方面进行优化：（1）针对PBL教学方法对学生自律性、团队协作能力、学习能力、教师专业水平和综合素养要求较高的不足，提出问题导向闭环的解决方法，通过问题设计和线上线下融合教学突破PBL的限制；（2）针对PBL小组讨论无法针对人数较多的中班或者大班开展的不足，提出课堂形式闭环，融合线上线下教学，实现课下讨论、课上讲解，提高教学的效率；（3）针对“模拟电子技术”课程知识的特点，提出课程内容闭环，加强课程前后知识的联系，提高学习效果；（4）提出课群知识闭环，加强电类专业课群知识之间的联系，构建学生知识体系框架，提高学生学习兴趣和效率。

本文以“模拟电子技术”课程为例，探索第一个方面“问题导向闭环”的设计，为其他课程的有限问题导向教学方法提供参考。

2 问题导向闭环设计方法探索

PBL教学法是一套设计学习情境的教学方法，是以学生为中心的问题式学习或项目式学习的教学方法。与传统教学中以教师讲授为主不同，PBL强调以学生的主动学习为主，其关键在于发挥问题对学习过程的指导作用。本文借鉴问题式教学理念，设计问题导向闭环教学方法，结合线上线下混合教学方式，将导向问题分为课前问题、课上问题、课后问题，通过问题引导学生思考，分别完成课程内容导入、课程内容讨论和课程知识发散的功能。上述问题的时间和形式安排如下所示：

时间 形式 事件课前四天 线上 发布课前问题课前一天 线上 总结学生讨论结果，准备课堂总结课堂上 线下 对线上讨论结果进行总结，引出课堂讨论问题，进行课堂讨论课后 线上 发布课后问题，引导学生对知识进行应用，完成知识拓展和关联课后两天 线上 分析学生对课后问题的回答，进行点评和总结

下面分别对上述三个问题、五个阶段进行介绍。

2.1 课前问题设计及发布

课前问题设计的目标是在前置章节知识的基础上合理设计问题引导学生思考，在已有知识的基础上主动构建新知识，通过分析、思考和讨论发现新知识与已有知识的联系，从而强化对新知识的认知，并且对已有知识进行巩固。根据上述目标，课前问题的设计应首先梳理已有知识和新知识的联系，找出联系的关键点，在关键点处设立课前问题，实现已有知识和新知识的承接。以“模拟电子技术”运算放大器这一章为例，分析课前问题的设计过程。运算放大器是《电子技术基础—模拟部分》（第六版）的第二章，但实际授课中放在第八章，反馈放大电路之后讲解，此时学生已经掌握了二极管、三极管、反馈电路等概念和知识，对于运算放大器的讲解十分有利。运算放大器的关键点在于“虚短、虚断”的概念和电路分析基础知识（基尔霍夫电压/电流定律等），处于深度负反馈的集成放大电路具有输入阻抗无穷大、增益无穷大的特点，“虚短、虚断”的概念正由上述特点而来。那么，可设置课前问题“对于输入电阻无穷大、开环增益无穷大的理想运算，分析不同输入时输入电流、净输入电压和输出电压的情况；引入负反馈后，输入电流、净输入电压和输出电压的情况”，通过分析对比输入P和N端口的电压、电路与输出的电压的关系建立“输入P和N的电位相同、电流为零”的直观感知，进而为引入“虚短、虚断”的概念奠定基础。

2.2 课前问题线上总结

在学生完成线上讨论之后，有必要对学生讨论的结果进行总结，之后在线下课堂上对讨论中存在的优点和不足进行讲解，构成线上线下的闭环。具体方法为：统计学生对课前问题的答复，分析和总结存在的问题和不足，对学生的讨论过程进行线上点评。根据分析的结果，设计课上交流环节的内容。例如，可将学生讨论和思考的内容总结为几个方向，对每个方向的讨论深度和问题进行分析，在课堂上针对每个方向进行讲解和引导；在设计该部分内容时需注意时间分配，需要合理安排课前问题总结和新课内容讲解的时间。

2.3 课堂总结及讨论问题设计

该阶段为课堂上与学生当面交流的时间，需要合理分配课前问题总结和新内容讲解的时间。课前问题总结为第二部分的内容，在此不再赘述。总结课前问题后引入新概念，在新概念的基础上扩展新课内容。新内容的讲解同样采用问题引导的方式，受限于课堂时间，课上问题要跳跃性小、问题深度不大，使得学生能够根据现有知识快速构建新课的内容。例如：对于运算放大器这一章，在课前问题总结的基础上给出“虚短、虚断”的概念，之后提出课上问题“如何基于基尔霍夫电流定律设计加法、减法、积分、微分电路”，引导学生思考如何利用“虚断”和“虚短”概念设计不同的运算电路。

2.4 课后问题设计

课后问题由线上发布，学生分组完成。其目的是巩固学生对知识的掌握、强化对知识的灵活运用能力，设计的原则是以本次课堂知识为主、兼顾以往知识，采用现实项目的形式构建问题。例如：对于运算放大器一章，在掌握了加法、减法、积分、微分电路之后，综合模拟集成电路一章的差分放大电路知识，设计如下问题：“设计一个多输入多输出仓库的库容监控电路”。该问题需要学生思考：如何实现仓库输入输出的检测、如何设计差分放大电路实现输入输出信号的放大、根据输入输出设计加法和减法电路、如何采用积分电路实现库容的计算等子问题，可见该问题是一个综合性的问题，有利于引导学生思考，加深对知识的理解，强化教学效果。

2.5 课后问题点评及总结

在学生完成课后问题后，教师对学生线上讨论过程、最终成果等进行分析和总结，并针对每个小组，给出具体的指导和讲解。同时，需要教师对全部小组的结果进行分类，在线下课堂上进行总结，完成问题的闭环。

以上即为有限问题导向教学方法的问题闭环设计方法，在上述步骤中，以课前问题、课上问题、课后问题的设计最为关键，问题设计的合理与否对教学效果具有决定性作用。为丰富教学的内容，可从不同的侧面设计问题。在实际教学中，教师可循序渐进，首先每类问题设计一个题目，在实际教学活动中根据教学效果和学生反馈，修改、增加题目，从而不断丰富教学形式和课堂内容。

综上所述，本文给出问题导向方法设计的基本思想，以期为新工科教学提供一种新的方法。

3 结语

本文针对《模拟电子技术》课程的特点，借鉴PBL教学方法的教学理念，结合线上线下混合教育方法，提出了“四个闭环”，基于此构建有限PBL教学方法。本文对“四个闭环”中的问题导向闭环设计过程进行了详细讲解，提出了基本的设计原则，并以《模拟电子技术》的运算放大器一章为例给出了课前、课上、课后问题。本文提出的方法从课群和整个课程的高度开展课程设计和教学活动，对模拟电子技术知识进行重新梳理，构建模拟电子技术知识框架，提高学生自主学习、深入思考、灵活运用知识等能力，推进“新工科”建设。