邓天平, 张 林
(华中科技大学 电子信息与通信学院, 湖北 武汉 430074)
当前,在坚持知识、能力和素质协调发展的背景下,我国高校在人才培养模式、课程体系和教学方法上的改革进一步深化。在人才培养模式上,我院也进行了一些探索,为此新设有数理提高班、电子信息卓越班、种子班等创新实验班。为了增加学生自主学习的时间和空间,促进学生多元化和个性化的发展,这些实验班课程的教学学时会少于普通班,但课程的教学要求却更高。在这样的背景下,如果坚持传统的教学模式就会面临如下的主要问题:
(1) 学时越来越少,内容却越来越多,教师很难在有限的学时完成教学;
(2) 课堂过于封闭,教师主导学生学习,学生被动接受学习,学习效果较差;
(3) 强调学生对知识的学习,限制了学生思想的发展;
(4) 培养方式共性化。
在创新实验班教学实践中,我们针对传统教学模式的不足,开展了一些改革活动。以“模拟电子技术”课程教学为例,我们引入了“翻转课堂”和PBL教学方法,在大幅减少学时的背景下,较好地完成教学内容,同时也提高了学生各方面的能力。
所谓的“翻转课堂”就是改变传统的课堂的教学模式,将学习的自主权交给学生,学生先在课下利用资源共享课和MOOC提前学习,学习的时间和空间不受限制。课堂上,教师主要是通过和学生的讨论,解决学生在学习中遗留的问题。但是,在具体实施的分组讨论过程中,如何保证讨论的有效性,是“翻转课堂”必须考虑的问题。为此,我们将PBL的教学模式应用于课堂教学[1]。
PBL(Problem-Based Learning)是以问题为中心,以学生为主体的教育与学习模式,最早起源于20世纪50年代的医学教育。PBL强调学习要围绕着具体的任务或者问题展开,鼓励学生自主学习、反思式学习,培养学生高级思维能力[2]。
PBL教学方式的精髓体现在:以问题为导向,以学生为中心,以小组学习的方式,鼓励学习者运用已学知识,通过查阅资料,共同讨论和分析来解决问题,而教师只是参与者和指导者[2]。
“翻转课堂”结合PBL教学方法,在学生利用网络资源完成基本知识的学习后,教师可以结合本章节的知识,提出一些高于课本知识的问题,交给学生分组讨论。在学生讨论过程中,教师要适当给予引导,保证解决问题方向的正确性,同时,在问题讨论的过程中,学生也会提出一些问题,教师可以利用这些问题加以引导,让学生在带着问题学习,在讨论中学习。这样,学生不仅学会了知识,还学会了自主学习的方法,而不是教师“填鸭式”的教学。
PBL最早应用于医学教学,是因为医学上的病例的出现,本身就是一个问题,因此问题的提出和解决显得是顺理成章的。但是在“模拟电子技术基础”这门课程中,如何结合本课程的教学要求,结合本学科的知识背景,结合学生的实际情况,提出适当的、有价值的问题,让学生从问题的解决中学会知识,是值得研究的。
因此,结合在卓越班和提高班的两届完整的教学过程,我们通过归纳、总结,得到若干的问题库,库中的部分问题列于表1[3]。
表1中,我们利用不同的星级来表示问题的难易程度,三星及三星以下的问题,学生可以在看完教材和视频的基础上完成,四星级的问题,需要对书本上的知识进行归纳、总结后完成,而五星级的问题,需要利用所学习的知识,加以运用,完成电路的设计,然后利用PSpice或者Multisim等EDA工具,对设计电路加以验证。这就要求学生需要通过分组讨论,分工合作,最后找到问题的答案。
除了每个单元章节的问题以外,考虑到知识和知识之间的关联性,我们还设计一些综合性的问题,列于表2[4]。
表1 “模拟电子技术”PBL基本问题库
表2 “模拟电子技术”PBL扩展问题库
表2中所涉及到的问题,可能会跨越本课程的若干章节的知识点,因此,我们一般会在课程基本学习完成后,通过大作业的形式布置这些问题,要求学生通过合理的分组,对整个问题进行剖析、分解后形成若干模块,组长再将各模块分给组内每个成员,然后全组共同完成电路设计、电路仿真、电路的PCB板设计和制作以及电路的测试,最后是各分组展示成果。
分组展示成果时,其他组的学生都可以提出问题,最后进行自评和组内互评,教师参考这些评价,对每个小组给出总评成绩并计入最后的课程成绩。
通过两届的实际运行情况,我们发现,分组不能完全由学生自由组合,这样可能会出现分组之间差别过大的情况,因此,教师要结合学生的实际情况,在学生自愿组织的基础上,进行一定的干预,合理安排分组,实现学生之间的优势互补。
在后面的拓展问题的解决过程中,会出现很多的问题,因为学生面临的是书本上找不到答案的问题,而且很多问题是结合工程实际的,因此教师要在适当的时机给予指导和点拨,如果过早、过多的引导,将妨碍学生的创新思维的发展,教师要在学生感觉到“山重水复疑无路”时,指出“柳暗花明的又一村”,让学生在探索中学习,讨论中获得创新,因此,这个指导的时机是教师必须把握的。
“翻转课堂”和PBL的教学方法应用于“模拟电子技术”的课程教学,在本院的14级和15级的提高班和卓越班进行了两届四轮的实践。我们主要是采用小班分组教学的模式,每个教学班的人数为30,分成七个小组。
课程结束后,我们通过和学生座谈,发送调查问卷的方式,获取学生对该教学模式的评价,得到的评价结果如表3所示。
表3 “翻转课堂”和PBL教学法的教学效果
从表3的应用效果可以看出:
(1) 对于参与教改的数理提高班和电子信息卓越班,绝大多数学生能够在课前利用教材、网络资源、教师教案进行课前学习,这是保证“翻转课堂”得以顺利进行的重要保证,否则教学效果会很差;
(2) 通过两届四轮的统计,绝大多数学生对于这种教学模式还是比较认可的;
(3) 采用“翻转课堂”和PBL的教学方式,对于学生来说,面临最大的问题可能就是在本课程上所花费的时间会有所增加,因为“翻转课堂”需要学生提前自学一些基本知识,考虑到这个问题,为了不给学生增加过多的时间负担,我们会将课程教学学时的1/3左右拿出来给学生自学,学生可以利用这个时间完成知识的预习。
对于教师来说,问题难度的把握以及课堂节奏的控制很重要,如果问题过难,不仅会花费学生太多的时间,还有可能会打击学生学习的积极性;课堂节奏控制不好,可能会在某些问题上扯得过远,浪费了宝贵的课堂教学时间。另外,这种教学模式对教师也提出了更高的要求,因为有些学生提出的问题,可能是教师并没有预料到的,需要教师对本课程有较好的理解和掌控。
(4) 相对于传统的教学方式而言,学生的感受还是较为明显,绝大多数的学生觉得能够很大程度上提高自己的自学能力,也锻炼了自己提出问题和解决问题的能力。
此外,相对于传统的教学方式而言,教师首次实施翻转课堂的教学,需要重新修订教案、提前给学生准备用于学习的资源、设计一定数量的测试题用于课前和课后测试等,教师的人力投入基本上是传统课堂的3倍左右。
近年来,大规模在线开放课程(MOOC)等新型在线开放课程在世界范围的迅速兴起,正在促使教学内容、方法、模式和教学管理体制发生积极的变革,给高等教育教学改革发展带来了新的机遇和挑战。在此背景下,我们下一步会将MOOC与“翻转课堂”、PBL等教学模式相结合,进一步改善教学学时不断减少,而教学内容可能相对增加带来的困境。这样的一种教学模式,可以逐步实现“以学生为中心”的教育,可以进一步提高学生的自主学习、独立思考、协作意识以及表达能力等。
[1] Johnston, N. n., & Karafotias, T. t. Flipping the Classroom to Meet the Diverse Learning Needs of Library and Information Studies (LIS) Students. Journal of Education For Library & Information Science, 57(3), 226-238.(邓天平等文)
[2] Schmidt, Henk G; Rotgans, Jerome I,etc. The process of problem-based learning: What works and why. Medical Education. 2011:45 (8): 792-806.
[3] Donald A.Neamen. Electronic Circuit Analysis and Design.Mc Graw Hill. 2010.
[4] 康华光主编,电子技术基础:模拟部分,第六版。北京:高等教育出版社,2013,12.