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田丰+丁保华+李允旺
摘 要 针对机电综合实验教学中存在的问题，对比分析以问题为基础的教学法和以项目为基础的教学法的优点，将两种PBL教学模式交叉融合，提出一种双PBL教学方法。以一个项目课题作为综合实验内容，探讨双PBL教学方法的可行性。教学实践结果表明，双PBL教学法能够提高学生的学习动力、动手能力、综合知识运用能力和团队合作能力等，从而大大改善了实验教学的质量。
关键词 基于问题的学习 基于项目的学习 综合实验教学
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.10.040
0 引言
大学教育中学生除了接受扎实理论教学外，实验教学更是重中之重，是培养高素质创新人才的关键。传统实验教学仍是以验证型实验为主的教学模式，难以激发学生的学习兴趣和热情，在培养学生的创造性思维和主动探索的精神等方面还存在不足，学生缺乏综合实践能力培养。[1]传统实验教学模式已远远不能满足学生的需求，针对实验教学存在的问题，许多教师对教学模式、实验内容、讲授和考核方式进行了探索，提出了许多创新性的教学方法，在很大程度上帮助学生更好地完成实验，提高了实验的教学质量。但是教学方法的改革不仅仅为了创新，更重要的是要达到教书育人和培养人才为目的。因此要综合考虑综合实验教学内容的特点、教学条件、不同专业学生层次类型、教师自身的素质，借鉴不同教学方法的优点，采取适合的教学方法，进行优化組合，对学生进行因材施教。
目的学习模式引入机电综合实验教学，围绕改革的教学方法配备更新实验资源和设计新的教学内容，以满足新型工业化条件下高等教育人才培养的需要。[2][3]
1 基于项目的学习和基于问题的学习
项目教学起源于18世纪欧洲的工读教育和19世纪的美国合作教育，于20世纪初得到蓬勃发展。[4]项目教学是教师和学生的“共同事业”，老师组织学生参加项目设计、执行、总结和评价，学生在项目实施过程中锻炼了自主学习能力、实践能力、综合应用能力以及团结协作能力，教师自身的实践能力也同时得到了提高。项目最终的结果不仅要用到所学到的理论知识，还要学习一些新的理论知识，项目往往需要学生，教师或有关部门机构相互协作共同完成。[5]
基于问题的教学法，目前已成为国际上流行的人才培养模式。[6]该教学法主体为学生，教师是引导者，[7]以问题为学习起点开展讨论来获取与主体相关的知识，让学生自己勇于发现问题、解决问题，增强学生主动探究新事物动力。[5]PBL教学往往以学习组的形式出现，小组成员互助合作，团队合作的精神得到了锻炼。PBL学习过程中，学生有效吸收到了所学知识，运用知识能力显著提高，真正做到了“学以致用”。
针对传统实验课程教学存在的问题，根据机电综合实验特点，综合两种PBL教学方法的优点，将其交叉融合到教学过程中，提出一种新的教学模式——双PBL教学模式，这也是对该课程教育理念的一次创新。[8]综合实验设置以项目课题性质去设计，让学生尽早介入工程实践类项目，丰富学生对教材以外知识的认识、体验和经历，拓宽学生视野，在实践中完成创新能力的培养，[9]在综合实验项目课题实施过程中，把项目任务分解成各种任务问题，在问题背景下，驱动学生理解概念、原理、问题的本质和获取新知识的方法。
2 双PBL教学模式在机电综合实验中的应用
2.1 机电综合实验双PBL教学模式实施方案
在我院的实践教学环节中，机电综合实验是非常重要的教学环节，如图1为双PBL模式教学框架，目前我院学生采取大类的培养模式，每个学生所学知识不能全部涵盖综合实验知识范围，需要组成团队共同完成，因此小组成员的知识结构要合理匹配。考虑到学生未来就业的背景，创设的项目来自教师现场项目课题或者模拟今后的工作情境，让学生置于真实的情境中综合运用知识来解决问题。项目课题实施前首先进行内容分析，创设问题情境，教师设计的问题要能带动学生的思维由浅入深，通过努力逐步接近问题目标。问题解决形式要多样化，给学生保留更大的思维空间，充分利用多种学习方式，寻找最佳的项目问题解决方案。学生最后的成绩评定需要采取自评、小组互评、教师评价相结合，最终给学生一个公平公正的成绩评定。下面以一个教师的实践课题“轨道式电缆隧道巡检机器人”作为实验项目，把双PBL教学方法应用于该实验系统。
2.2 设计项目，创设教学情境问题
2.2.1 实验项目设计
实验项目课题的选择直接影响到学生整个实践过程，而科技创新往往发生在学科交叉领域，因此首先应当保证多门学科专业知识点能够融入到实验项目中，又要保证项目来自实际或逼近实际情境，有一定代表性、实用性、启发性等。[10]目前，随着国家提出中国制造2025，我国工业机器人发展进行的如火如荼，因此学生对“轨道式电缆隧道巡检机器人”这个项目课题比较感兴趣。针对这个综合实验项目，采取基于项目的教学法，在项目进行过程中培养学生专业综合应用能力，使学到的专业知识得到运用和提升。
2.2.2 教学情境问题设计
在实验项目的实施过程中，会遇到各种各样的问题，在传统的实验教学中，教师更多的介入在很大程度上限制了学生对问题的思考，学生解决问题的能力有所欠缺，因此需要改变传统的“填鸭式”教学模式，采取基于问题的教学法，以问题为学习起点，学生作为主体，教师为引导者。[11]因此教学情境问题的设计非常关键，首先要考虑学生是否有能力完成和方便对学生实验项目能力的检测，保证通过问题的解决达到实验教学目标。而问题设计的质量对基于问题和项目教学法的成功实施也会产生直接的影响。
针对“轨道式电缆隧道巡检机器人”这个实验项目，设计的问题分为两个层次的问题，[12]“第一层次问题” 来自于工程实践的真实情境，涉及机械设计、电路、传感检测、微机原理与接口、网络控制等相关知识。在这个综合性情境中，易于检验学生实际解决问题能力，激发学生的兴趣，第一层次问题对整个实验项目进行综合考虑，提出总体设计方案。第二层次的问题更加具体，把整个实验项目分成多个独立模块单元，每个单元涉及一个“第二层次问题”，第二层次的问题的设计要丰富，有一定复杂性和深度，值得学生努力去探索，唤起学生的创新欲望。endprint
2.3 学习小组匹配和任务分配
在已设计好的项目情境基础上，学生开始组成团队共同去完成教师精心设计的项目问题。首先将学生分成项目小组，在教师的指导下合理匹配小组成员的知识结构，人员匹配不合理会直接影响总体实验的进度。每个小组成员在交流过程中轮流作为负责人，充分发挥成员学习的主动性、协作性。把项目课题分解成各个具体任务单元由组员分别来完成，学生最终要递交一个结果，因此需要團队付出更多努力，将项目完成过程中的任务各个击破，遇到的困难小组成员首先进行组内交流，寻求最佳的问题解决途径，教师在这个过程中要密切关注学生的进展情况，适时参与学生间交流，对他们积极引导和促进，避免学生走弯路，浪费大量的时间。
2.4 开展小组学习探究，合作解决问题
项目小组团队建立之后，小组成员要对任务制定严格的工作学习计划，为实验项目的完成做各种准备。如图2为任务实施过程流程图， 针对实验项目提出问题情境，小组成员首先对问题进行分析，借助各种手段获取解决问题的知识，包括已拥有的知识，自学到的知识，提出问题可能的解决方案。在已提出问题情境的基础上，进一步挖掘更深层次的问题，经过再学习，获取解决问题的新知识。如果每个小组方案经过反复讨论仍然无法确定方案，需要成员继续分析问题情境，继续学习，同时借鉴同组其他成员共享的资料，补充解决问题需要的新知识，另外小组成员之间要相互协调，发挥团队合作精神，完成自己任务方案制定的同时，还要兼顾其他成员的任务方案制定，最终在老师的指导下确认问题解决方案。
电缆隧道巡检机器人方案确定后，开始进行单元模块设计阶段，考虑部分小组成员已掌握了机械设计方面的知识，如图3，首先用软件SolidWorks设计机器人的行走轨道和行走机构的三维图，在此基础上，再进行机械实体加工和测控系统设计，如图4所示。
在设计过程中，更深层次问题的解决往往需要进行多次小组活动，每次小组活动选出1名负责人，轮流负责记录问题解决过程，包括：已完成的设计内容、问题解决方法及效果、遇到的困难、新知识的建构、学到的新技能、创新性思维、下一期活动计划等，这不仅是基于项目教学法的活动要求，也是学生实验成绩评价的内容之一，学生在进行活动时，因为缺乏工程化背景，需要在实验项目进行过程中提供技术支持，由于实验项目往往跨越多个学科，因此需要在全院建立一个指导老师库，由不同专业的老师提供更多的技术支持，学生通过和老师们交流及时获得解决问题的方法，避免走入误区，影响实验项目的进度。
2.5 综合实验项目评价（见表1）
实验项目完成后，需要对学生实验活动进行客观公允的评价，表1为新的教学评价指标体系，对比传统的评价体系，新的体系体现在：学习的积极主动性，获取信息的能力，团队合作精神，自我学习能力，创新思维能力，综合知识运用和设计能力等。评价的内容由传统的知识点评价转向实验过程评价和知识综合运用能力评价，评价的方式采取自我评价、小组评价和教师评价相结合。在实验项目完成的过程中，学生动手能力、解决实际问题能力，综合知识应用能力、创新思维能力、团队合作能力都得到了大大的提高。教师作为引导者，为学生提供技术支持的同时，也在不断提高自身理论知识和实践能力。
3 结束语
本文首先对比分析以问题为基础的教学法和以项目为基础的教学法的优点，提出双PBL新型的实验教学方法，根据机电综合实验的特点，改变传统单调的教学方法，弥补了传统实验教学方法的不足，采用多元化教学手段，以实验项目为导向，以学生为中心，教师辅助引导，锻炼学生自主解决实际问题的能力。随后用 “轨道式电缆隧道巡检机器人”项目课题阐述双PBL教学模式中学生学习能力提高的过程，学生从项目的问题情境开始到综合实验项目的完成，项目小组成员间既有任务分工，又有团队合作，每个学生都主动参与到实验活动中，真正达到机电综合实验的教学目的。
参考文献
[1] 韦钰.科学教育中的探究式学习.中国科技教育，2011（10）：72-73.
[2] 高胜利，赵方方.PBL教学模式与高素质创新人才培养[J].实验室研究与探索，2007.26（5）：83-86.
[3] 刘小晶，朱蓉，杜卫峰.项目驱动下的课程实验教学模式应用探究[J].新余学院学报，2012.17（4）：101-103.
[4] 李文娟，林海平，杨阳.基于项目教学法的教学改革研究与实践[J].高教学刊，2015.18：133-134.
[5] 吴泳玲.项目教学法的理论与实践研究[J].肇庆学院学报，2012.4（33）.
[6] Amador J A. The practice of problem-based learning： A guide to implementing PBL in the college classroom[M].Bolton： Anker Publishing Co，2006：1-10.
[7] 孙爱民，袁亚维，刘英，等.PBL 教学法与教师角色转变[J].南方医学教育，2008（1）：8-9.
[8] Wu，Y.（2006）.Applying a Hybrid Problem-based Learning Method to the Teaching of Computer Programming. The China papers，63-66.
[9] 洪晓斌，谢凯，白书欣.以双PBL模式构建创新能力培养为导向的教学体系[J].高等教育研究学报，2013.36（1）：114-116.
[10] 黄都，殷凤.基于问题和项目的复杂学习环境设计[J].电化教育研究，2006（6）：42-47.
[11] 赵海涛，刘继和.“基于问题学习”与传统教学模式的比较研究[J].外国教育研究，2007.34（12）：54-57.
[12] 周静，侯世英，孙韬，等.基于PBL的电工电子综合实验改革.电气电子教学学报，2010 27（1）：117-119.endprint
