PBL教学模式下的光电专业导论课程教学探索与实践

张谷令　陈笑　邹斌

摘 要 采用基于问题的学习（PBL）的教学模式，改革完善光电信息科学与工程专业大一新生的专业导论课程形式和内容，使用美科科技（北京）有限公司的mCookie创新套件进行课程教学设计和实施。遵循创设问题情境、转化光电问题、问题解决、成果展示、问题反思等PBL五步教学模式，对本专业导论课程进行建设。考虑新时代大学生的认知特点，满足工程教育认证的要求，努力培养学生的专业认同感和精益求精的工匠精神。

关键词 PBL 光电信息科学与工程专业 大一学生 专业导论

中图分类号：G642                                   文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2021.01.027

Abstract We were devoted to reform and improve the form and content of professional introduction course for freshmen majoring in optoelectronic information science and engineering by utilizing Problem Based Learning （PBL） teaching mode in classroom education. The course teaching design and implementation were carried out by using the mCookie products of MICRO Science and Technology （Beijing） Co.， Ltd. Following the PBL five-step teaching mode of creating problem situation， transforming photoelectric problem， problem solving， achievement display and problem reflection， the course of introductions and guidance for undergraduate majors was finished. Considering the cognitive characteristics of college students in the new era， we should meet the requirements of engineering education certification， and strive to cultivate students' professional identity and craftsmanship spirit.

Keywords Problem Based Learning （PBL） teaching mode; optoelectronic information science and engineer; freshman; introductions and guidance for undergraduate majors

基于问题的学习（Problem Based Learning，缩写为PBL）是在工科高等教育中广泛采用的一种教学策略。[1] 中央民族大学于2013年开始建设光电信息科学与工程本科专业（以下简称光电专业）。作为针对大一新生开设的光电专业导论课，在课程引领和示范带动课程建设方面具有无可替代的先天优势。在本导论课中，我们除了概括介绍光电专业的历史发展、学科优势、技术方向、前沿课题、就业深造等常规内容外，还着重将PBL教学模式引入本专业导论课中。引入美科科技（北京）有限公司的mCookie创新套件，充分挖掘线上资源，以真实的工程实际问题为教学情景，通过学生合作与分工，逐步掌握蕴含的工程思想，让大一新生初步获得解决实际光电工程问题的经验，感受合作学习的快乐，体会精益求精的大国工匠精神内涵。

1 光电专业课程PBL教学模式的建构

针对PBL人们提出了不少经典的教学模式，Barrows以医学教学过程为例，构建了组织学习小组、提出医学实际问题、问题解决、成果展示等Barrows教学模式。[2]Robert针对学习环境的情况，构建了Robert七步教学模式。[3] 布里奇斯和梅林杰认为“问题解决”是PBL教学模式的重点内容，教学计划和学生学习都需要围绕“问题解决”展开。[4]

利用学生已有的认知背景，有效调动学生的知识储备，我们探索提出适合光电专业教学特点的PBL教学模式，主要包括创设问题情境、转化光电问题、问题解决、成果展示和问题反思等五过程，如图1所示。

在进行PBL教学过程中，首先需要进行问题情境的创设。为体现课程教学目标的要求和满足工程教育认证的需要，这些问题情境要有一定的实际工程背景，并且盡可能是光电类学生较为熟悉的内容，从而激发学生的学习兴趣，积极思考。

光电问题是从前述问题情境中抽取出来的专业问题或问题链，这些问题是在课堂上能基本予以解决的问题。转化的光电问题需要清晰明了，具有可探究性和便于学生探索等特点。

通过问题解决后，学生还需要在课堂上进行问题解决的成果展示，高质量的成果展示是检验学生问题解决程度的有效手段，同龄人之间的成果展示也是促进专业课程教学质量整体提升的常用方法。

2 PBL教学模式下光电专业导论课程的教学实践

2.1 课前分析

在“小车搭建与自动避障”课堂教学前要先进行课前分析，主要应包括设定教学目标、规范教学内容、确定重难点并对学生的学情进行分析。

2.2 课堂实施

在课程实施过程中，我们倡导学生自由组队，提出小车搭建与实现自动避障的工程问题情境。通过教师简明讲解Scratch2-JMD软件基本知识和美科mCookie创新套件基本功能，将该工程问题情境转化为学生可以理解并愿意尝试的光电专业问题。通过灰度传感来判断小障碍物的方位，结合小车行进的控制，综合运用变量修正等手段实现小车的自动避障光电工程设计要求。

学生分组（3-4人）进行mCookie创新套件软件开发和硬件调试，通过产品手册和已有的线上资源，尝试设计和完成工程方案。根据调试反馈修改软硬件设计并再次测试，如此不断地进行工程优化和性能迭代。

各组学生完成小车搭建和自动避障基本功能后，可以主动到教室讲台进行作品展示，讲解本组问题解决的思路和方案，特别着重介绍遇到的各种实际问题以及本组成员是如何解决的。

总之，在课堂实施环节中我们利用PBL教学模式，较好地将“问题”贯穿其中，教师角色由主导者转变为引导者，以实际问题为引领，培养学生的工程意识，并从中感受光电科技的魅力与活力。在课程教学实践过程中，教师需要引导学生学思结合、知行合一，创造条件培养学生勇于进取的创新精神，践行专业导论课程思政的育人要求。

2.3 教学评价

在课堂小车制作和避障功能调试的过程中，教师团队更多的是扮演引导者的角色。当学生碰到难题时，给学生答疑解惑，引导学生通过查阅工程手册和在线资源解决问题。当个别研究小组气氛过度活跃或死气沉沉没有动力时，教师及时提醒和多加鼓励，把学生引导回课堂教学中。

教学中采用过程评价和结果评价相结合的办法进行。教师团队通过侧面观察每个小组的学习进展和具体讨论情况进行过程评价，通过学生课堂成果展示效果和课后学习报告质量给出结果评价。

此外，教师团队还对部分学生进行了一对一访谈，了解本次课教学目标的达成情况。从访谈结果看，学生的光电工程思想得到了初步培养，通过课程实施大一学生对即将从事的专业学习从一无所知到了解和熟悉，对专业的认知从一知半解到感受到光电理论的鲜活和可感知。

*通讯作者：邹斌

参考文献

[1] 叶树江，袁海燕.适应认证要求推进工程教育问题学习（PBL）教学模式实施[J].黑龙江高教研究，2016（2）：171-173.

[2] 刘儒德.问题式学习：一条集中体现建构主义思想的教学改革思路[J].教育理论与实践，2001（05）：53-56.

[3] [美]Robert Delisle著.問题导向学习在课堂教学中的运用[M].方彤，译.北京：中国轻工业出版社，2004：45-60.

[4] 埃德温.M.布里奇斯，菲利普.海林杰著.以问题为本的学习在领导发展中的运用[M].冯大鸣主译.上海教育出版社，2002：29-58.