工程学科PBL课程应用的个案研究

谷若佳，茅锐，彭琼琼，王笑农

(云南师范大学 教育学院，云南 昆明 650500)

近几十年来，PBL教学模式获得飞速的发展，已经从单一的医学领域拓展到学科教学的各个领域[1-4]，2018年美国教育咨询机构Teach Thought发布的《2018年美国教育趋势》报告通过收集和分析大数据，认为PBL教学模式是未来项目教育管理的一种主流趋势。近年来，国内的教育研究者已经捕捉到这一研究热点，并开展了一系列的实证研究[5-7]，但是，国内PBL教学的研究更关注PBL的操作应用以及对国外教学研究方法的移植，缺乏对其教学理论的思辨，导致PBL的教学应用仍处于起步阶段。

PBL(即Project-based learning，中文名为项目教学法)，系探究式学习(Inquiry learning)与问题导向学习(Problem-based learning)的延伸与拓展。“PBL”一词始见于美国教育家Pilpatick撰写的文章“The Project Method”，最早在麦克马斯特大学医学院(Mcmaster University)中被应用[8]。从近期研究来看，国内外通常将PBL作为体验式学习的一种方式[9]，认为其是以一个项目为驱动，将项目作为学生学习的中心，再通过学生的学习行为来组织课堂教学的建构主义教学模式[10]。不过，与国外的教学倾向相区别，国内对PBL的具体界定更偏重以概念和原理为中心，借助项目的完成以帮助学生“做中学”，促进学生学科知识结构的形成[11-14]。相比于传统的课堂教学，PBL不仅有助于学生建构知识，激发创造力[15]，而且对发展批判思维、提高问题的解决能力和其他综合技能等(如沟通能力)有显著的正向作用[16-17]。

一、PBL的环节与特征

打破传统的以教师或教室为中心的学习模式，PBL教学法强调学生的主体性、主动性，以学生为中心，基于真实性情境，以自学和团体活动为主要学习方式，在问题解决中学到广泛的知识。基于以上分析，研究认为PBL教学环节有三部分，分别是问题选择与任务提出、计划实施与活动参与、成果交流与评价；PBL具有学习内容的情境性、学习活动的主体性和学习方式的互动性这三个特点。

PBL的主要环节为：(1)问题选择与任务提出。基于项目的学习，是以项目问题的解决为主要探究内容，基于项目提出问题并在研习的过程中产生具体可探究的任务尤为重要。选择和探究问题首先要迎合学生兴趣，其次要判定问题的价值性和可操作性。(2)计划实施与活动参与。PBL的主旨是在具体的活动探索过程中学习知识，实施计划和参与活动是整个流程中作为重要的部分。(3)成果交流与评价。实施探究过程、小组形成探究成果后，要在更广泛的范围内进行展示。PBL学习中，除了关注理论的增长和实践能力的提高，另一个目标是提升学生的交流协作能力，在与同伴的互动和评价中增加和完善经验。

PBL的特点为：(1)学习内容的情境性。基于项目的学习的主要内容是现实生活和真实情境中表现出来的各种复杂的、非预测性的、多学科知识交叉的问题[13]。在真实工作任务中，培养解决问题、思辨等高阶能力素养。(2)学习活动的主体性。PBL教学模式强调整个过程中学生主动地建构知识，学生的兴趣、需要对建构有着重要意义；此外，学生的主动性、主体性对PBL小组合作和自主探究的学习方式尤为重要。(3)学习方式的互动性。PBL中每一项活动都需要团队协作才能完成。通过各成员在学习过程中的沟通交流、共同分享学习资料、操作、协作等方式构建起新的认知结构，完成学习任务；在互相观摩评价，与同伴、教师的交际性活动中完善已有的知识经验。

二、巴斯克大学工程信息学PBL实施案例分析

巴斯克大学是西班牙的一所公立大学，根据全球高校网(4ICU)的排名显示，该校在西班牙国内位居第七，学校开设有专科、本科、硕士和博士专业，课程以工程学为主，如电子学、信息工程、工业组织工程、建筑学等。本文以巴斯克大学(University of the Basque Country)工业信息学课程中PBL的应用为例进行研究。

1. 项目背景介绍

工业信息学课程是该校三年级理学学士在工业电子和自动化工程(IEAE)项目中所必修的课程，占据6 ECTS(European Credit Transfer System，欧洲学分转换系统)学分。

该专业学生首先进行为期两年的基础学习，开设如化学、电气和机械工程等专业基础课。第三年专注于学习工业电子和自动化课程，例如工业信息学课程。巴斯克大学对6ECTS工业信息学课程的学习做出如下设计，如图1所示。

图1 巴斯克大学6ECTS课程授课时间安排

该课程的基本学习目标是现代工业应用中信息学的知识，其中包括软件设计和编程、嵌入式系统、计算机通信等；此外，学生也必须去达到雇主所要求的其他学习目标。

PBL是该课程中30个课时实验室讲授环节的主要教学方法，目标是设计机器人手臂的控制器来绘制特定的轨迹。在该环节中选择PBL教学法的原因有三，首先是因为教学目标的综合性，完成控制器的设计需要运用多学科的相关知识；其次是学生对该教学目标有浓厚的兴趣；再次是教学目标的复杂性，设计控制器的难度较高，需要团队分工合作才能完成。基于课程教学目标的特点，PBL被认为是最适合的教学方式。

此外，PBL对促进学生成长也有不可忽视的作用。在PBL教学的过程中，学生们可以清楚的知晓学习需求，并且根据自己的需要积极主动地学习。主动学习除了能够帮助学生获得所需的技能，同时也可以提高学生团队合作能力。PBL教学方法让学生们更多地参与到教学过程中，培养了学生的创造性思维和解决问题的能力。

2. 项目实施具体流程

巴斯克大学的PBL实施过程基本符合上述三个环节，但在具体运用中，又将其分为以下五个步骤。

(1)项目选择

指导老师先对学生提出一个探究性问题，例如：你可以创造一个会画画的机器人吗？之后指导老师详细介绍项目有关信息，并提出项目结束后需要完成的任务和目标。

(2)制定计划

形成探究问题后，指导老师要求学生通过小组合作的方式确定完成任务的具体计划，教师综合考虑教学大纲、学生需求和学情反馈因素等小组协助修订。完成制定后按照计划实施活动探究。

(3)活动探究

探究过程共有两个项目，占据2.7 ECTS(占6 ECTS的45%)，其中第一个项目包括设计和编程应用程序、学习使用编程工具和编写文档、介绍基本的机器人概念，并将这些概念应用于软件中、以模块方式解决问题。通过按时提交报告和交付成果来学习PBL动态活动形式以及学会团队合作。

该过程由三个学生组成一个小组来完成，在规定的时间内学生必须高效地将项目分成任务块，之后指导老师根据设置的时间节点(通常为一周)来指导学生的学习活动，在课程节点中需要描述任务并做简要说明、指导老师给出指导意见、明确成绩权重的百分比以及定位学习目标，并且在此期间学生需要做定期的团队会议记录和报告，最后通过Moodle平台来收集学生的作业成果。

(4)制作作品

作业的制作部分是第二个项目，也是PBL活动的核心，包括编程一个机器人控制器。老师为学生提供配置，学生可以根据需要灵活改进。

(5)活动评价

在学期的最后一周，指导老师与学生进行交流并给予评价。期间要求学生们向指导老师作口头报告，目的是为了评估他们接受、传递知识的能力。在PBL教学活动中进行口头报告的原因一是学生必须通过独立思考和合作完成任务、汇报任务;二是学生可以将自己的成果与其他人进行比较，得到反馈和评价;三是帮助学生提高知识传递技能。

3. 教学效果

巴斯克大学PBL教学采用了多元化评价指标，按所占比重的大小，主要报告以下两个指标，一是学生的学习成绩，二是学生对课程的满意度。

在成绩方面，PBL教学方法的运用使得该门课程获得了可观的教学效果，大部分学生都在这门课程中取得了不错的成绩，例如2015-2016学年成绩最差，但学生的通过率仍然高达86.6%，很少有学生不合格或是因辍学中途放弃。

学生的满意度通过两份匿名问卷对学生进行调查。第一份问卷主要获取关于课程工作量、复杂性和趣味性的信息。结果显示，大多数学生每周花在学习上的时间为3-4个小时，该时间与指导老师的期望时间一致，这也证明了项目工作量分配的合理性。第二份问卷主要是关于教学方法的调查，总体而言，学生对这种教学方法的评价是积极的。学生们认为已经掌握了基本概念，并获得了跨学科的技能；从指导老师的角度来看，PBL的教学方法有效地引导学生学习，学生感到满意的同时提高了学习成绩。

三、讨论

PBL教学模式因其综合性、实践性等特点，被广泛应用于我国工程学科的教学中，但仍未减缓国内工程学科传统的实际应用与理论脱节等弊病。研究分析了巴斯克大学工程学科使用PBL方法教学的整个过程，得出对我国PBL教学的启示，期以为PBL在我国工程学科的应用提供借鉴。

1. 实施PBL教学法要有前期基础

理论基础是进行PBL教学的前提，接受PBL教学的学生，必须具备前期知识学习的基础；如果学生没有理论的积淀，将难以开展创新性、创造性的实践活动，难以完成PBL教学的任务。在巴斯克大学中，进行PBL教学之前，学生需要进行为期两年的基础课程的学习，这为学生打下扎实的理论基础，在第三年开展PBL课程教学时，学生有能力分析问题、解决问题。

2. 注重形成性评价

PBL教学由紧扣目标的一系列活动衔接构成，学生完成相应的活动后应该获得相应的学分，关注学生活动的过程而非结果。例如巴斯克大学工业信息学课程PBL的应用中，活动占据总学分的45%，完成活动后才能获得相应的学分。此外，在教学中除了重视教学质量与学生成绩，PBL的教学评价应该注重学生参与过程中的参与度与满意度等因素，将重点放入学生的学习进程中。

3. 教学环节灵活可变

PBL的基本环节包括问题选择与任务提出、计划实施与活动参与、成果交流与评价，巴斯克大学的案例中将三个环节细化为项目选择、制定计划、活动探究、制作作品与活动评价五个步骤。在实际的教学环境中，由于设定了有限的教学课时而整个PBL教学活动时长不可控制，因此可以根据教学任务、学生需求与反馈等因素灵活调整教学进度，教学过程具备灵活性、可操作性的特点。