PBL教学法在线上线下融合式电学实验中的研究与实践

2023-06-14杨冬霞雷冬飞戴冰曲明哲高春

高教学刊 2023年15期

杨冬霞雷冬飞戴冰曲明哲高春

摘要：PBL教学法旨在培养学生学习的内部驱动力，使学习者建构起宽厚而灵活的知识基础，发展有效的问题解决技能，形成自身解决问题和自主学习的能力。线上线下融合式实验教学可以将多资源多平台的现代信息技术联合应用于实验教学中。在教学中将实验内容拆分成具体问题，分别在课前、课上及课后三个阶段向学生发布问题或任务，引导学生自主完成实验内容。PBL教学模式通过学生独学、小组互学、组间协作、组内互评、组间互评及教师评价的方式，实现“以教师为中心”到“以学生为中心”的转变。该文以“日光灯工作原理及功率因数的提高”电学实验为例，描述PBL教学模式的具体实施过程及实验考核测量评价方法。从而为解决学生分层指导、学习过程管理和评价及服务学生学习过程提供有益参考。

关键词：PBL教学法;线上线下融合式教学;实验教学;教学案例;答疑

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2023）15-0093-05

Abstract： The PBL teaching method aims to cultivate the internal driving force of students' learning， so that learners can build a broad and flexible knowledge base， develop effective problem-solving skills， and form their own problem-solving and autonomous learning abilities. Online and offline integrated experimental teaching can combine modern information technology with multi-resources and multi-platforms in experimental teaching. In teaching， the experimental content is divided into specific questions， and questions or tasks are released to students in three stages before class， in class and after class， and students are guided to complete the experimental content independently. The PBL teaching mode realizes the transformation from "teacher-centered" to "student-centered" through the methods of students' independent learning， group mutual learning， inter-group collaboration， intra-group mutual evaluation， inter-group mutual evaluation and teacher evaluation. This paper takes the Electrical Experiment of "the working principle of fluorescent lamp and the improvement of power factor" as an example to describe the specific implementation process of the PBL teaching mode and the method of measurement and evaluation of the experiment. Thus， the study provides a useful reference for solving students' hierarchical guidance， learning process management and evaluation， and serving students' learning process.

Keywords： PBL teaching mode; online and offline integrated teaching; experimental teaching; teaching case; answer questions

PBL是一種学习方式，代表着素质教育，P可以将其定义为Project项目/Problem问题/Phenomenon现象，BL为Based Learning。无论哪一种翻译，应用PBL教学法就是希望实现学生主动思考，如何在既有的条件下，实现既定的目标，使学生具备4C能力（有效沟通、团队合作、批判性思考和创造创新）。这也是PBL教学法日渐被认同并不断扩大使用范围的原因。在应用PBL教学法时会涉及到不同课程间的相互整合、跨学科融合、多维度评价及形成知识进阶等问题，这些都对教师提出了新的要求。需要教师在知识层面上追溯到学生的自我认知领域，以驱动问题为切入点，设定不同的学科技能目标。从看到的现象至从现象中抽象出的理论，再从理论返回看到的现象及其和生活、生产相关的现象，吸引学生主动探求，从而达到引导学生及训练学生思考与反思的过程[1]。电学基础实验与电路分析、模拟电路、数字电路及电工电子学等电类专业基础课程都密切相关，其是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要环节[2]。

线上线下融合式实验教学不是简单地将线下实践与线上布置任务二者进行简单地叠加。其需要将虚拟实验、在线仿真和虚拟现实等技术应用于实验教学[3]，使教育技术与教学设计进行深度融合以提高教学效果。线上教学成功与否的关键就是要教师引导学生独立自主地学习，并以小组合作的形式进行问题的解决。线上与线下相融合的PBL教学模式可以使学生在文化基础、自主发展和社会参与三个方面得到全面体现。这与国家提倡的素质教育、核心素养及数字教育等培养方向恰好一致。对教师而言，PBL教学法可以将知识点以现象、问题或项目的形式表现出来，积极倡导学生以自主、合作及探究的方式解决问题，从而实现学生是学习的主体这一理念。本文以电学中的“日光灯工作原理及功率因数的提高”实验这一教学环节为例，研究基于PBL教学法对实验教学的开展、实施过程及学习过程管理和评价方面的问题，提出对策和建议。

一实验开展

（一）多资源多平台联合

为实现高质量的线上线下融合式教学，线上实验教学部分综合利用了智慧教学工具、网络交互工具和慕课资源，实现了多资源多平台的联合应用。在线教学使得实体课堂上以“教师为中心”转变成“以学生为中心”，教学过程变成“资源设计+资源制作+学习支持服务”多种资源、多个平台和不同阶段共同支撑的活动。同时还需要教师的团队合作，学生之间的组间学习协作相配合。利用中国大学慕课平台开出SPOC课程，使用国家虚拟仿真实验教学项目共享平台，学校与学校、学校与企业建立联系，开通虚拟仿真实验教学云平台和云桌面，可以支撑完成电学基础实验的40多项虚拟仿真实验，搭建了丰富的线上实验教学实践平台。并建立高校实验教师交流群，为实验课程的顺利开展提供保障。

（二） PBL在线实验教学模式

PBL教学模式是问题为导向的教学方法，是基于以学生为中心的教育方式[4]。PBL教学法亦称问题驱动法，其有五个特点即需要从解决一个问题开始学习，学生在这个情境中对问题进行开展，在此过程中教师、学生协作寻找解决问题方法。而学习技术则成为学生解决问题的脚手架实现提升学生的能力，学生寻找解决问题的办法，得出結果并公开分享学习成果。哈尔滨学院及使用相同平台的高校每班学生人数大约为30人，可以将学生分成5～6人一组，设计了表1的PBL教学模式。

（三）实施过程

实验课前教师需在教学平台、微信或QQ群发布实验课的课堂行为规范、预习内容及操作和要求，营造和谐、认真的实验氛围。课前和课后教师及时上传课堂讲义、直播回放、拓展资源、学习链接等供学生学习、复习和自学。教师借助学习平台发布基础和进阶的少量练习，并设置一定回答时间截点，督促学生进行自学。

1 课前独学

实验环节既要求学生清楚相关理论知识，又要求学生在虚拟仿真平台上动手实践。因此，实验课前的线上准备工作量对教师与学生来说相比于只有线下实验的工作量要大很多。课前环节教师端要调试虚拟仿真平台的管理平台、教师平台和学生平台三者间的互联通信、安装环境、软件操作、实验参数调节及操作过程中的注意事项。学生端则要熟悉操作平台环境、软件安装及基本使用。这一环节的内容学生只能不断实践，互学互助并及时与教师交流，才能保证课上的顺利进行。

实验课讲授不同于理论课，教师有相对较长时间进行知识点的讲解。实验线上部分内容与其相关的理论部分讲授时间过长易分散学生注意力，讲授时间过短学生理解困难。因此，实验课的课前导学环节非常重要，在这一环节学生通过目标导学、教师推送相关知识点的音视频讲解及必要环节的练习，学生才能将已学的理论知识与实验操作的相关内容联系在一起，实现理论联系实际这一目标。

2 课上精讲

实验线下部分授课最好的方式是，教师围绕实验重点难点内容、虚拟仿真平台特点、线下实验操作事项等内容进行讲解、演示和操作。以8～10分钟为一小节，分成2～3小节完成讲解内容，其余时间教师进行小组巡视和答疑。由于学生在上课前已对实验内容熟悉并且进行了电路的设计，因此上课时可以将知识点与学生设计的实验电路交替呈现，并融入学生的提问、讨论及学生的设计电路展示等活动。对于较为简单的验证性实验部分，可以让学生进行在线讲解实验的原理部分，由教师和学生进行提问，小组成员协作回答问题。在学生做实验期间教师实时收集学生的问题和反馈，在讲课结束前统一答疑和回应。学生提出的问题数量不多时可一一做答，问题较多时挑重点回答，课后可以统一回答后整理成文档或视频分享给学生。实验课相比于理论课，学生可支配的时间相对较多，学生在实验课进行中也可在学习平台上进行发贴、讨论、互评等方式多角度交流互动。教师也可参与其中，正确引导学生讨论方向。

3 课后答疑讨论

课后时间相对充裕，学生可以开展异步讨论。对实验报告中的思考题学生可以借助网络资源进行百度学习和互动讨论。这有利于促进学生反思理论知识与实践操作之间的不同，学生及时地构建知识体系，凸显学生学习的建构性与情境性。课后教师和学生可以利用学习通平台上的PBL功能，实现学生的作品展示、组内互评、组间互评和开展讨论等其他活动。

4 测量评价

在线实验教学的PBL评价标准[5-6]，可按照智慧学习平台上提供的PBL项目对学生进行多维度、全过程、立体式的考查。学生实验成绩由三部分构成，即组内互评、组间互评和教师评价三部分构成，见表2。组内互评，主要由小组成员之间进行评价，在小组建立好后就指定好每位组员的责任和义务，避免出现“乘车”人员。为小组成员指定任务[7]，即每组都有组长、提问者、质疑者、报告员及记录员。将小组任务细化分解后通过学习平台发布通知，每组成员都明确责任并且给出组内评价和组间互评细则，这两部分共占学生成绩的80%。在此过程中，学生对自己的成绩很重视，给同伴打分还是较为公正客观的。

利用PBL教学法还可以开展学生的分层教学，即学习能力强的学生在完成仿真平台提供的在线实验任务后，应用学习仿真软件进行实验电路的模拟。教师可为其讲授仿真软件，使其提前学习电路仿真内容。对难以完成在线实验任务的学生提供实验操作的演示视频、安排能力强的学生进行辅助教学。PBL项目为学生提供个性化教育评价，使教师对学生学习能力的评价、提升与改进融为一体。

二教学实施案例

“日光灯工作原理及功率因数的提高”这一实验，目前教学团队老师没有找到相关在线实验教学平台有这个实验，依据教学大纲还是必做实验。因此，教学团队以此实验为例，探讨依据PBL线上线上下融合式实验教学在具体实施过程中需要探讨、反思和总结的问题[8-9]。（一）知识与问题

在日常的电工学及电路分析课程中，日光灯及功率因数的提高这一知识点是必讲内容，其不仅与日常生产、生活紧密相关且与后续的电机拖动、电力系统及电源的交直流变换等内容都密切相关。日光灯及功率因数改善电路[10]，如图1所示。通过本次实验学生需要掌握正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系;能够对日光灯线路进行接线;讨论电路中电压表、电流表及功率表的测量接线方式;理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。

课前独学环节让学生学习日光灯的结构、其组成部分在日光灯工作时的作用并能叙述日光灯工作原理;总结电感电路、电容电路及电阻电路的特点;分析电路提高功率因数的实质。

（二）任务与活动

从疫情开始至今线上教学已使学生没有了新鲜感，为防止教学方法和模式单一，教学团队成员使用思维导图向学生发布任务，使小组任务清晰明确[11]。本次实验学生的独学内容、小组任务及小组合作任务，如图2所示。

教师发布的小组任务是依据电路原理和现有平台元件设计日光灯及功率因数改善电路及改变电容元件值对电路功率因数的影响。根据在线实验平台提供的元件，日光灯及功率因数改善的设计电路[12]和在线仿真平台实验电路，如图3所示。

教师课上简单讲述日光灯工作原理，重点讲解实验电路的设计原理及点评各小组所设计的电路，在实验课结束时学生以小组形式讨论电容元件值的大小对整个电路功率因数提高的影响。由于本次实验要求学生对理论知识掌握较好且有一定的变通能力。因此，教师发布的小组任务要依据小组成员能力设定，可以将课前独学环节和小组任务选择发放于不同小组，并鼓励小组间的联合，尽量做到让每个小组都动起来，这样才能保障课上环节的顺利进行。

（三）督促与评价

采用PBL教学法主要的特点是把学生分散化，在出现问题时教师的主导作用突显，可以有针对性地解决问题。采用实验测量评价方式对小组及小组成员进行考核时教师所占权重弱化。组间与组内互评所占比例相同，让学生感受到自己既是规则的制定者又是执行者，在互评时绝大多数学生还是客观公正的。对个别“无态度”学生，教师的勤督促、搭梯子与辅导员、家长三方协作对其进行心理输导，使学生在心态上发生转变。

在线实验教学期间，团队教师利用超星学习平台对所教授的近100名学生发起关于“实验成绩构成评价表”问卷调查时，学生满意度为35.1%，较满意为32.6%。在问卷的其他建议项中，学生提出利用小组方式增加了师生互动频率、增进了师生关系[13];利用学习平台软件、微信及QQ等媒体软件与教师交流时不受时间限制，丰富了师生交流内容，拉近师生距離。

三教学总结

PBL教学法在线上实验教学环节，教师可以给学生布置实践性较强的任务，如安装虚拟仿真平台及实验操作软件，这些对学生来说既是具有一定的挑战性、实践性和研究性的任务但又是一项可操作、可完成、可互助的任务，为学生后续的小组内合作与学习奠定良好的基础。可以促使小组学生在任务驱动下主动思考、探究和应用所学知识开展实验项目的实践活动。

（一）依据学情设计任务并确定期望状态

线上部分的学习内容大都是学生在课后完成的任务，因此要求教师所设计的任务要能促进学生思考、探究和综合运用所学知识解决问题，具有一定的挑战性且蕴含良好的价值导向。教师在进行小组成员分配和设计任务时还要兼顾学生的家庭条件、学生学习特点及自身能力等，为学生提供一定的协作工具和指导手册。设定好任务后，教师一定要根据本小组的实际情况加上教师对本小组的期望，这样可以加强小组成员完成任务的信心。小组的作业提交形式可以根据布置任务内容采取文档、思维导图、小视频等多种形式完成。尽量激发学生学习兴趣，不是为了完成任务而完成。

（二）公布小组任务让全体知情

向学生发布的任务要全员可见，学生之间会对任务进行比较、交流有时会出现互换。任务要使学生感觉到具有可完成性但还具有一定难度，这样才会满足其心理需要。发布的任务要描述得具体而明确，让学生看到即可知道上交的是作业、作品或是其他形式。经过一段时间的教学依据经验得出，发布任务的同时还要发布任务的截止时间，完成时间不要拖得太久或收得太紧，可根据内容让小组自行确定上交截止时间。

（三）提供有效的学习支持

向学生发布任务后，教师要为学生提供自学的资源、作品及范例等，让学生有抓手而不是任务空降。同时，教师要定时跟进检查，可以采用腾讯、QQ群或微信等方式进行小组视频会议针对不同时间节点进行督促和检查。教师与小组成员进行主题讨论、直播答疑、案例点评和分享过程性成果等，让学生在此期间一直感觉到遇到问题可与教师交流，得到有效帮助。

（四）有效干预小组管理

根据以往对学生小组分配的经验，教师在小组的成员选择和管理上进行一定程度的干预和管理。高校的学生来自全国各个地方，自身差异性较大，教师在尊重自行组建小组后通过对部分学生谈话后适当调整人员配置。在发布任务前即对小组每位成员都指定相应的责任和义务，做好分工、合作、分享和评价等方面的管理工作。学生对自己的小组还是很认真的，任务一但通知全员后，绝大部分学生都会态度积极地去完成相应任务。对少数学生，教师只能个别谈话，寻找解决问题的办法。

（五）及时反馈

教师在发布小组任务的同时也应发布完成任务的评价标准。可以采用在线平台的任务评价功能进行反馈，还可以设置教师评价、组内互评、组间互评的占比，使小组得分与学生个人得分尽量做到客观公正。并将小组优秀作品在平台分享，让更多受益的学生为此点赞、撒花、留言等，让其保持一个积极向上的心态进行学习。

四结束语

教师与学生线上实验课程采用PBL教学模式的开展，对教师与学生都是全新挑战与尝试。一是可以为学生的自主学习能力进行培养，尤其是学习能力和习惯的培养，提高学生自主学习、团队学习、探究式学习等能力。二是可管可控的教学目标。根据差异化的分析，明确教授课程内容目标，把握学习效果的可控性。三是管理与服务两手抓。提供检测、作业、考试、答疑和讨论等多层面的交互，对學生个性化学习路径给予指导。同时线上实验教学的学习过程管理和评价必须建立在学生知情、同意的基础上进行。线上实验活动设计要符合学生特点的形式不能完全照搬名师手册。教师与学生间搭建适用的互动交流平台，建立适度的考核测量评价机制。

“教育4.0全球框架”对高质量学习进行了重新定义，呼吁全球教育系统实现学习内容和学习体验转变。未来人才的价值将体现在有创造性、复杂性和难以预测的工作中，教育必须引导真正有益于学生在未来世界中生存的软实力，如价值观、独立思考、团队合作等。这必将会对教师提出更高的标准，现代化技术的使用能力、创新型的教学方式、课程的发展方向及基于环境的实践性课程开发等一系列内容，都将使教学重新塑形。

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