工科专业应用型课程的课堂教学研究

摘要：本文结合笔者近年来承担的专业课程教学活动，在工科高年级学生群体中实施基于问题学习的教学模式，通过教师与学生角色的转换，强调在教学中以学生为中心，并对教学树立高度的责任感;通过设计与课程及专业背景相关的各种问题，引导学生自主寻找问题的答案，形成主动学习的习惯;通过将问题的解决与教师的科研结合，促进学生再次学习与思考，增加学科专业的认同感，进而探索适合工科专业应用型课程教学与科研实践的新模式。

关键字：PBL;工科专业课;教学研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）42-0208-03

一、前言

以学生为中心，引导其主动学习为目的的工科专业课程教学改革与实践探索的研究，其本质在于提倡基于问题学习（Problem-Based Learning简称PBL）的教学模式，并将问题的解决融入到教师科研平台当中，其核心思想是学生必须对自己的学习任务怀有高度的责任心，必须发挥最大的自主性。PBL在构建主义教育改革中，一直是西方学者奉行的一条基本改革思路。

目前关于PBL在教学中的应用，侧重的是理论上的研究和对某个专业及某个学科的影响，及其在一些具体课程上的实施。本文结合笔者近年来承担的专业课程教学活动，在高年级学生群体中实施PBL，强调在教学中以学生为中心，给学生设计具体的、紧扣专业培养要求的、开放式的题目去分析，鼓励学生组成自己的学习小组、专题讨论小组等，让学生互相评价各自的作业，相互解释难点，给不同组员提供互相交流各自兴趣和经历的机会，去寻找与自己的专业知识背景和见解不同的同学进行讨论。采用模拟、角色扮演或实验的方式汇报结果，学生成绩的获得没有统一的标准，评分标准以每个学生的各自表现为准，与其他同学的成绩无关，这样确保学生在学习成绩上不存在相互的竞争。对学生的作业、课堂发言等给予及时反馈，促进学生再次学习与思考。同时引导感兴趣的学生进入教师所在课题组，对相关学科知识进行整合，在教师的支持和引导下，主动完成各项学习任务。在实践环节，教师与学生进行充分的沟通，一起分享经历及价值观，结合学生就业给出自己的意见，带领学生参加学术会议或其他活动。在此基础上，结合科研平台，将课堂知识再次呈现，并将课堂上的疑问通过实验或讨论加以解决与验证。通过问题的设计与解决，探索PBL学习方式在高年级工科专业课中的应用模式，引导学生主动学习。

二、教学实施

（一）接受问题

这是整个PBL教学活动的开始部分。为此，笔者专门就分组情况在学生中进行了调查，结果如图一所示。根据图一的结果，笔者按照学生兴趣爱好或学习习惯进行分组，这样能确保组员之间互相了解或认识，为合作学习创造一个良好的人际氛围，同时分组以3～5人为宜。

（二）问题的设计

本过程是实施PBL教学活动的关键，也是引领学生进行实践的基础，在设计问题时由教师主导，但在布置问题时，教师应该由主导者变为促进者，应和学生交流沟通，形成共同的理解，激发学生主动解决问题的积极性。比如在《现代材料分析技术》课程中，笔者结合课堂的教学，在讲到原子吸收分光光度法测量材料时，有意设计出土壤成分检测这方面的问题，让学生进行解答。在《薄膜物理与技术》课程中，在讲授教材上的各种镀膜设备的基础上，结合学生未来就业的需要，设计基于半导体行业的大规模薄膜沉积技术的问题。这些问题的提出，均立足于当前或未来的应用，具有非常实用的价值。另外在设计问题时，笔者会充分考虑其实用性和可行性，比如在《现代材料分析技术》课程学习上，当教材中出现了光谱仪的概念时，通过仪器结构讲解，在学生都领会到光谱仪原理的基础上，笔者会要求学生用日常的一些生活用品，比如牙膏盒、光盘、不干胶等，自己制作一个简单的光谱仪，并将其应用于生活中各种光源的观察。这样的问题设计，极大地激发了学生的积极性，同时也将书本上的知识和实际的应用很好地结合起来。

（三）解决问题

这部分是PBL教学活动的核心环节，笔者对学生解决问题的资料来源进行了统计，结果如图二所示。

从图二可以看出，接近一半的学生（49.4%）在解决问题时，首先从教材上寻找答案，一部分学生（20.48%）倾向于相互讨论获得答案，还有一部分学生（16.87%）从课堂笔记中寻找答案，只有9.64%的学生能够通过查阅文献，获得相应问题的解决。

由此可见，在这个过程中，学生能够切实投入主动学习，并对学习形成高度的责任感。组员之间能进行较好的分工与合作，对资料进行收集与整理;由于面向的是高年级学生，诸如《薄膜物理与技术》、《纳米材料与技术》、《半导体物理》以及《现代材料分析技术》等课程，与笔者所从事的科研工作关联度很大，在设计问题时，往往能够紧扣研究的项目，比如真空镀膜工艺方面的问题。所以在解决这方面的问题时，几乎所有的学生都希望能够进入教师所在的研究平台，进行课程实践。考虑到科研平台实际的容纳量，笔者首先会邀请两个小组的成员到所在的课题组，结合课堂教学和科研情况，将课堂设计的问题进行解决。在这个过程中，学生是学习的主角，教师只在安全和设备操作上进行规范，通过解决问题的训练，切实锻炼了学生的社交能力，满往的需要。通过两个小组的现场认识和实际操作，再将教师设计的问题进行分析，其获得的信息和资料超过了纯粹的文献查阅方式。在接下来汇报的过程中，能够有效调动其他学生参与科研的积极性。

通过笔者的调查发现，在解决问题的过程中，大部分学生在主动学习和主动查阅资料上不够积极，尤其是在文献收集方面投入不够。鉴于这种情况，笔者在课堂上，尽量结合学科发展前沿动态，提纲挈领地有意引入一些知识点，作为课后作业让学生去完成，而这些问题的解决，必须通过文献的收集与分析才能获得答案，无形中培养了学生查阅文献、消化资料的能力。

（四）讨论汇报

讨论汇报是整个学习的高潮，在这个过程，按照不同小组获取知识、消化知识的方式不同，倡导学生采用多种形式报告。以《纳米材料与技术》课程学习为例，笔者为学生设计的其中一个问题就是：原子力显微镜在纳米材料发展中的应用。该问题分别由两组学生进行汇报，由于之前小组间互相进行了交流，汇报的形式各具特色。A小组采用PPT讲解的方式，侧重点在原子力显微镜的原理和仪器部分，在讲解的过程中，小组成员用铅笔作为探针，在一块凹凸不平的木板上模拟测量过程，通过铅笔位置的变化，作出木板表面的形貌图;B小组同样采用PPT进行讲解，但侧重点在应用方面，他们利用磁铁吸引小铁球的方式，形象地再现了原子力显微镜对原子的精确加工过程。这样的汇报方式生动而有趣，通过他们的讲解，其他学生对于原子力显微镜测量的方法有了深刻的认识。

（五）点评讲解

该环节体现了教师在PBL教学活动中最关键的作用。在学生的讨论汇报基础上，教师帮助学生理清设计问题的目标和课程教学的目标之间的关系，对收集资料的能力和方法进行指导，比如在涉及各种镀膜设备的问题上，有些制备设备同时集成了很多在线测试装置，通过教师的点评讲解，学生可以将《薄膜物理与技术》与《现代材料分析技术》进行结合分析，增强学生对专业知识的融合和问题解决能力的提升。通过点评讲解，学生进行反思活动，可以培养学生批判性和创造性思维，能够将在解决问题过程中获得的资料进行升华，提炼出有益的知识，找到课堂中的问题和其他课程的相同之处和不同的地方，可以明确问题的解决与否，是否需要重新进行问题的解决，即重新收集资料，梳理资料，解决问题，比如在点评学生关于红外测试技术的作业时，通过将拉曼光谱和紫外分光的测试技术进行对比，让学生反思不同能量的光作用在同一物体上产生的异同。学生通过再次查找文献，第二次的作业明显体现了三种光谱测试方法的异同及其在测试中的联合使用状况。

三、小结

通过引入基于问题学习的教学方法，引导学生对自己的学习任务，尤其是在颇具专业特色的应用型课程学习方面，树立高度的责任心，全心全意投入问题解决当中，培养学生学习的自主性，激发学生的创造思维和创新意识，探索课堂教学和人才培养的新模式;同时将学校良好的科学研究平台与专业应用课程学习相结合，在教学研究与实践方面，有效地将教师科学研究成果及行业前沿研究动态应用于课程建设当中，注重学生知识的沉淀和拓展，注重学生潜能的挖掘，提升学生专业素养和专业应用能力，促进具有创新思维、创造能力的学生将课程学习与课程实践相结合，进行消化吸收再创新，探索课程实践、课堂实验及科学研究的新模式。

参考文献：

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基金项目：本项工作受到四川大学新世纪教改工程项目（六期）（SCUY069）资助。

作者简介：曾广根（1977-），男，四川新都人，博士，讲师，研究方向：四川大学材料学院从事教学科研工作。