PBL教学法在仿生科学与工程新工科专业培养过程中的应用可行性探究

    马云海 张清珠 李默 任丽丽 孙霁宇

    摘? 要 仿生科学与工程专业具有实践性强、创新要求高、专业性强的特点，对培养工科学生的实践能力和解决实际复杂工程问题能力有着十分重要的作用。为了适应新工科的发展需要，提高教学效率和质量，探讨在“仿生科学与工程”新工科专业培养中引PBL教学法可行性。这种教学模式使优质的教学资源与传统课程结合，结合讨论的内化环节，能够充分利用现有资源，提高学生的实践能力和创新能力。

    关键词 仿生科学与工程;新工科;PBL教学法;创新能力

    中图分类号：G642.41? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）08-0080-03

    1 前言

    PBL（Problem-Based Learning）教学法是指问题式学习或者项目式学习的教学方法，是一套设计学习情境的教学方法，最早起源于20世纪50年代的医学教育[1]。PBL教学法是基于现实世界的以学生为中心的小组讨论式教学方法，通常4～6名学生配备一位导师，在小组讨论中让学生围绕问题进行思维、推理、方案制订和分析，导师只起导向作用，通常不直接回答学生的提问，维持小组向既定的教学目标进行。

    2 PBL教学法的应用

    PBL教学法最早兴起于医学领域，1969年，加拿大的麦克玛斯特（McMaster）大学首先把PBL教学法引入医学教育领域。自引入PBL教学法后，麦克玛斯特的一系列教学改革措施便引起医学教育界的广泛兴趣。20世纪70—90年代，PBL教学法在欧洲和北美获得很快发展，美国的医学院在不同程度上都采用完全的PBL教学或者是与传统教学方式相结合的形式开展教学，同样取得显著成绩，教学效果明显[2]。

    我国最早在1986年由上海第二医科大学和西安医科大学引进PBL教学法，自20世纪90年代以来，引进PBL教学法的院校逐渐增多，同时取得良好的教学效果[3]。

    3 PBL教学法的优点与局限性

    PBL教学法是基于现实世界的以学生为中心的教学方式，是在教师的引导下，“以学生为中心，以问题为基础”，通过采用小组讨论的形式，让学生围绕问题独立收集资料、发现问题、解决问题，培养学生自主学习能力和创新能力的教学模式[4]。PBL教学法在于发挥问题对学习过程的指导作用。与案例分析的一个很大的不同点是，PBL教学法以问题为学习的起点，而案例分析是教师先讲解教材，在学生掌握一定的知识的前提下做案例分析。

    PBL教学法是基于对传统教育以教师为主体的静止的、被动接受知识的教育的批判而发展出的教学法。PBL教学法在实际教学过程中有助于培养学生解决工程实际问题的思维模式的形成，同时能够有效提升学生的团队协作精神，重在促使构建开放的学习环境、开放式思维，成为主动的学习者和高效的团队合作者。PBL教学法有利于调动学生的积极性、主动性、创造性，培养学生变单向思维方式为多向思维方式，有利于学生独立思考问题，理论联系实际，灵活运用知识，加强人际交往能力和语言表达能力。PBL教学法是一种以学生为主体的开放动态教学法，在培养创造型、开拓型、实用型医学人才过程中，有传统教学法无可比拟的优点，值得在国内高等教育环节进行推广。

    但PBL教学法至今没有在全国范围内广泛采用，这其中涉及诸多原因，例如：由于高校扩招，造成学生数量激增，无法做到小组教学;PBL教学法作为一种较为新兴的教学法，对教师乃至教学管理部门都是一种挑战;PBL教学法没有现成的教材，这也是PBL教学法发展推广中遇到的瓶颈;PBL教学法对于教学环境资源需求相对于传统教学法更大，对于学生的学习能力要求更高[5]。

    4 仿生科学与工程专业特点与优势

    经国务院学位委员会批准，吉林大学仿生科学与工程专业在2006年成为我国首个设置二级博士、硕士学位授权学科;2019年3月，教育部公布了2018年度普通高等学校本科专业备案和审批结果，吉林大学是国内第一家也是唯一一家通过教育部新增目录外专业审批获仿生科学与工程新工科专业的高校。从2019年起，吉林大学生物与农业工程学院具备了仿生科学与工程专业本科、硕士和博士完备的工程仿生人才培养体系，同时开始招收本科生，在仿生科学与工程新工科专业培养机制方面进行了长足探索。

    PBL教学法恰恰适用于仿生科学与工程新工科专业的培养理念，虽然有诸多发展限制因素，但是依托吉林大学的平台建设，仿生科学与工程专业雄厚的师资力量以及科研力量，使得PBL教学法在吉林大学仿生科学与工程新工科专业教学中具有很大的应用优势。吉林大学是教育部直属、中央直接管理的综合性研究型全国重点大学，国家“双一流”“211工程”“985工程”重点建设学校，教学资源极其丰富。仿生科学与工程专业目前拥有教授（研究员）26人、副教授（高级工程师）16人，其中博士生导师28人，包括中国科学院院士一人、“长江学者奖励计划”特聘教授两人、“长江学者奖励计划”讲座教授一人、国家杰出青年基金获得者兩人、万人计划科技创新领军人才一人、国家优秀青年科学基金获得者一人。

    仿生科学与工程新工科专业旨在培养社会与科技发展需要、德智体美劳和谐发展，具有创新精神、实践能力和国际视野，具备自然科学、人文科学知识基础和高度社会责任感，较系统地掌握仿生学、机械学、生物学基本理论及工程技能和技术知识，具备仿生相关装备设计与制造、仿生材料开发、仿生学研究等方面能力的交叉复合型高素质人才。要培养“精设计、懂工艺、善实践、眀管理、有视野、会创新”的仿生工程领域高素质、创新型、复合型人才，让学生毕业后可以在国内外著名高校、科研院所的仿生、机械、材料、生物等科技前沿领域继续深造，或在智能制造、仿生机器人、大健康、新能源、军事国防等我国未来主要高技术产业从事科技研发或创新创业活动。

    目前新工科建设虽然取得一些阶段性成果，但是对于新工科的内涵与理念的认识有待提升，至今也并未形成可广泛推广的教学方法和手段，因为很多高校对于新工科的内涵和理念存在狭隘、片面和固化的理解。但这在仿生科学与工程新工科专业却是优势，仿生科学与工程专业是一门新兴学科，是仿生学与工程学交叉学科，这也决定了仿生科学与工程新工科专业在培养模式上需要探寻适合自身发展的方式和方法。

    5 PBL教学法在仿生科学与工程新工科专业培养过程中的具体应用及注意事项

    依据培养方案及教学大纲明确教学目标、分解教学步骤? 任课教师制定课程PBL教学法详细教学大纲，落实阶段任务与匹配时间，以保证学生具有充分的时间利用既有资源，同时要杜绝学生消磨时间，还要给学生留有足够的自主学习的时间，尽可能发挥学生的主观能动性。在该环节，教师一定要明确定位、分解知识点，设定合理的教学分解步骤，而不是简单的教科书罗列，一定要凸显教学层次，这对一线教师的严苛考验。目前，由于PBL教学法在各学科推广深度不足，并没有形成相关学科内成熟的基于PBL教学法的教材，因此要求教师在教学改革探索的同时积累相关素材和经验，形成可推广模式供学科教学推广发展。

    建立PBL教学法中围绕培养方案和教学大纲知识点而展开的工程实例案例库? PBL教学法是以问题为中心，以解决问题为导向的教学方法，所以在教学过程中需要引入工程实例，设置情景问题，引发学生思考。在这一点上，仿生科学与工程新工科专业优势独到，专业教师紧抓学术前沿，关注学科热点，教学案例库十分丰富，稍加加工整理，即可作为激发学生兴趣的优良情景问题。将科研实际中积累的工程案例建立案例库，设置相应难度等级，以备学生选用。该环节最好能做到案例分类、难度等级细化分级，让不同程度的学生选择适宜自己参与的台阶，一步一步循序渐进往上走。为吸引学生的关注度，要注重引入热门问题和焦点问题，同时要杜绝求快、求新和标新立异，拒绝形式化和花架子，打牢基础才能拓展开来。

    学生深度参与PBL教学法的实施? 从一线教师的反馈中知道，学生学习的积极性相对较弱，学生的自学能力、消化知识的能力、动手能力等均呈现正态分布规律。在传统的教学班授课过程中，少部分学生表现轻松，可以完全掌握教师教授内容并自行拓展学习，大部分学生基本能掌握教师教授内容，还有少部分学生表现出无法掌握课堂内容的情况，这就是教师通常给学生的分类：吃不饱、刚刚好和消化不了。这种情况一度让授课教师很头疼，怎样才能面面俱到地兼顾所有学生？一度开始推广小班授课，可是同样的问题依然存在，只是由大块分解成若干小块，不是所有学生都能深度参与其中。

    而在PBL教学法中将学生分成4～6人的小组，分组过程中要注意小组内学生的学习能力，杜绝搭车行为。将学习能力相近的学生设置在同一学习小组，针对不同小组的情况设置情景问题，促使每一个学生都能够深度参与学习过程，激发学生的学习热情和参与度，引领学生产生“我想学”的态度，继而实现教学的良性循环。在这个过程中要保证学生能够端正态度，认真收集对应问题相关资料，借助图书馆和网络资源，对获取信息经过阅读、筛选和思考等环节，经过小组讨论，达成共识、形成方案，同时要落实到书面形式，在小组间进行交流汇报，之后组间提出意见由教师点评，最后形成总结和评价。在总结评价中应包含小组内自我评价、组间互评和教师评价三部分，同时应该明确落实每一位组员所掌握的知识点、技能、参与度和贡献率。在这个过程中要适度保护组员的学习积极性，让学生认识到自己的进步，这是一件十分快乐的事。

    PBL教学法相对于传统教学模式，对于教师的定位发生变化，需要教师从传统的知识的传播者转变为知识平台和问题的搭建者，教师要发挥引导作用，引导学生通关各种线上、线下渠道及各类资源收集相关信息，筛分有价值信息點，并在讨论、分析和交流过程中重新梳理解决问题的方式方法;对每一位组员的参与要给予肯定，从而充分调动组员的参与热情，推动整个小组向前进步。在必要的情况下，教师需要针对有需要的小组给予思路启发，以此引领陷入困境的小组主动思考;同时要引导学生的发散性思维和开放性思维，杜绝所有问题标准答案的唯一性情况。

    肯定传统教学内容的同时加强新教学手段的引入? 很多学科和课程都面临这样的问题，在传统的教学模式下，教材内容陈旧、脱离实际，学生毫无兴趣而言。究其原因，多年来学生都是为了考大学而考大学，不是带着问题力求解决疑惑而踏进“象牙塔”，所以在面对枯燥的公式推导等一系列问题的时候感觉迷茫，没有学下去的目标和动力。这也是PBL教学法的重点所在，为学生拨开迷雾，指出方向。PBL教学法在实施过程中不应该是对原有教学内容的全盘否定，而是教学手段和模式的转变，是适应新的社会挑战情况下应运而生的产物。

    6 结语

    在丰富的教学、科研资源配置条件下，在雄厚的师资条件下，正是PBL教学法发挥优势的场所，引入PBL教学法先进的教学方法与理念，对探索、建立新环境、新挑战下适合仿生科学与工程新工科专业的培养体系有很大的帮助。

    参考文献

    [1]慕景强.PBL教学法在我国可行性的研究[J].医学教育，2003，12（6）：37-41.

    [2]孙培青.中国教育史[M].上海：华东师范大学出版社，2000.

    [3]付国秋.PBL教学法介评[J].现代交际，2019（21）：220，219.

    [4]李春慧.基于PBL的大学英语素质拓展课程教学研究[J].知识经济，2020（3）：107，109.

    [5]姚俊辉，陈辉，张军辉.谈PBL教学法在学科竞赛中的应用[J].教育现代化，2019（A5）：216-217.