基于项目式的课程教学模式探讨

刘玉红 陈涛 杨勇

摘  要：针对传统的教学模式主要以讲授学科知识为核心，教学过程缺乏对学生独立思考和创新性能力的培养，文章提出“以学生为中心”的基于项目式的课程教学模式，包括探究式教学、扩展型教学和以学科竞赛、科研项目带动的教学模式，并在生物医学工程专业学生的教学过程中进行实践，取得了较好的效果，进一步为促进课堂教学研究从单纯的知识讲授向能力培养的方向转变和提高学生的综合能力奠定了基础。

关键词：项目式;创新能力;实践教学;生物医学工程

中图分类号：G640 文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）06-0084-05

Abstract： Traditional practice teaching mainly focuses on the teaching of subject knowledge， thus， the practice process lacks independent thinking and innovation. This paper puts forward "student-centered" teaching modes based on project practice， which are inquiry-based teaching mode， extended teaching mode and teaching mode driven by academic competition and scientific research projects. They have also been applied in the teaching of biomedical engineering and also achieved good results. It is the foundation for promoting the transformation of teaching research from simple knowledge teaching to ability training and improving the comprehensive ability of students.

Keywords： project; innovation ability; practical teaching; biomedical engineering

引言

高等院校担负着培养高素质、高水平的应用型人才的任务，如何有效地设计教学模式，让学生能主动积极参与到课程设计，培养具有创新意识和实践动手能力的学生，是教学改革中的重要内容。教学是基于学科理论形成过程和教师学生互动为特征的环节。而传统的教学过程仅限于学科理论讲授，学生仅为被动接受者，教学过程缺乏对学生独立思考和创新性能力的培养，严重制约了学生的实践能力和创新能力[1-3]。本文提出“以学生为中心”的基于项目式的课程教学模式，采用探究式教学、开放式教学以及以学科竞赛、科研项目为导向的教学体系，并在生物医学工程专业专业课中实行，使得教学内容服务于学生的创新能力培养，有利于培养学生创新精神和实践能力，并从一定程度上促进教学的改革[4]。

生物医学工程是一门交叉性的综合性学科，涉及到工学、理学和医学等学科。中国的生物医学工程专业开始于20世纪70年代末，经过数十年发展，目前已经有近百所高校和科研院所开设该专业的专科、本科和研究生教育。交叉学科的专业特点是学习内容多，涉及面广。我校是一所以医学为主的高等医科院校，于2013年开设生物医学工程专业，目的在于依托学校丰富的医学资源来培养医学和工程学相结合的复合型人才。因此，办学经验还不成熟，还属于“摸着石头过河”的阶段。虽然毕业生就业率达98%，但通过回访发现，学生自身感觉动手能力有所欠缺，对问题缺乏分析的整体观，走到实习岗位发现学校的东西很难满足现实需求。这些问题从一定程度上反映出学生学习过程中以及教师教学工作中可能存在的问题，一方面由于该专业涉及的科目较多，内容也较为抽象，学生很难将理论的知识与实践应用相结合;另一方面存在课堂教学观念落后，教学内容及形式陈旧，教学方法单一等问题。我们从2015级开始采取以项目为导向的一系列教学改革措施，首先在生物医学传感技术课程中进行实践教学。

一、基于項目式的探究型教学

生物医学专业基础课内容抽象，设计到较多的理论知识，而学生往往感到学习的内容枯燥、乏味，有一定难度，影响了学习的进度以及效果。而在专业课中，该学科的实践性和应用性较强，学生很难从理论的学科知识转换到实践阶段，导致越学越吃力。因此，在课程设置中需要教师有清晰的教学框架，使学生首先明确所学内容的整体框架，将重点部分分解为理论与应用两个部分，注重基础理论知识与实践相结合的方式作为教学的前提。

因此，本文所提出的基于项目式的探究式教学主要以引导的方式对基础知识点进行讲解，使学生更好地掌握学科基础知识，引导学生过渡到实际的应用阶段。在整个教学过程中，教师作为引导者和帮助者，根据教学目标，选择典型的教学内容，把握内容的总体，将理论知识与实践相结合，并以学生为主体，带领学生完成整个教学，从而掌握学科基本知识，使学生提高自己学习的能力。探究式教学的基本框架如表1所示。

结合生物医学工程专业基础课《生物医学传感技术》课程，基于项目式的探究型教学开展的实施步骤：

（一）设计项目

《生物医学传感技术》课程中关于压力式传感器的教学实践活动，需要学生掌握压力式传感器的基本原理和性能、基本测量电路及设计和调试等技能，并探讨压力式传感器的应用。

在本章教学过程中，采用启发式的教学方式，师生共同实施一个或者多个项目进行教学活动。教师首先展示真实情景下利用血压计测量人体血压的图片和视频，课堂现场利用血压计测量血压;其次，引导学生讨论血压计的构成、功能等情况;接着对血压计组成进行细分;最后，介绍本节重点内容压力传感器的基本原理和性质以及其他应用。从实际情况分析，让学生感受到学习的实用性，从而进一步激发他们学习的积极性，以“实际问题-基本理论-具体方法-其他应用”为主线，从特殊到一般，整个过程中以理论知识和原理的输出为线索来进行，使得理论和实践相互结合，类似于项目实施中的总体规划部分。

（二）讨论，分工协作

这部分内容主要以调动学生积极性为核心，总体规划部分由老师介绍完后，按讨论主题将学生进行分组，在实施过程中需要根据学生的表现不断调整教学项目并制定切实可行的方法，思考如何来激发学生的积极性，例如一开始就让学生明确教学内容，提示学生通过多种途径来介绍压力式传感器：原理、技术指标、测量电路以及应用。每个小组可选择其中某方向开展工作，小组内的分工由学生自行协调，可按照负责资料收集、信息整合、成果展示等进行分工。与传统的其他教学方法相比，教师在整个教学过程中是作为学生学习的协作者，学生也能从中充分发挥主观能动性，积极查找资料，进一步培养了学生的处理能力，并提高了学生的参与度，能够使学生在学习过程中保持学习的热情，最终培养学生的自主学习能力，保证教学的扩展性。

（三）实施过程

每组同学可通过所选择的课题来制定详细的计划，并确定所研究的主要内容，可与老师交流，考虑研究内容所涉及到的细节：传感器的工作环境、受限范围、应用场景，可加入相关的专业文献来论证自己所提出的观点。也可展示查阅相关资料的途径：图书馆资源、网络资源等，并进一步通过查阅资料来预测该传感器的发展方向。整个课题的实施过程中，帮助学生加深对学习目标和内容的理解，学生也可以从不同的角度发现问题并进一步独立思考如何解决问题。

（四）成果展示

各小组通过资料收集及整合分类形成本组的资料框架，并在课堂中进行展示，此环节主要给学生提供互相学习的机会以及提高学生的表达能力。在这个过程中，教师需要提前对该组所谈论的内容进行审核和修改，使学生对自己所学知识更加了解，充分调动了学生的参与度和积极性。

从整个课程管理来看，基于探究式的教学方法需要教师很好地将理论与实际应用相结合，使得枯燥无趣的理论知识变得活灵活现，调动了学生的积极性。另一方面，基于探究式的教学方式改变了传统的以教师为中心的授课方式。与传统式的学习方法相比有自身的特点：教师的教学方法进一步拓宽，使得以单向传播变为沟通交流，更有利于教师学生双向之间的交流;以传授知识为主变为以培养学生的创新和实践能力为主，使得学生发挥了主观能动性，加深了对基础知识的理解并锻炼了自学能力。与传统的教学方法相比，它能够更好地激发学生的学习兴趣，充分体现了以学生为本的教学理念。

二、扩展型实践教学

传统教育模式下的学生实践活动大多属于书本式教学，学生处于被动学习状态，从而缺乏主动性和创造性。这不仅削弱了学生的兴趣，而且影响学生主观能动性的发挥。当学生投身到工作之后，在项目实施中所遇到的问题是错综复杂，需要自己探索解决方案，因此对学生的实践能力以及今后工作中所需能力的培养还需要进一步加强。据统计，生物医学工程专业中，实验课程的比例仅仅为理论课程的15%左右[5]。受到学时、环境以及学生个体差异等因素影响，仅开设大纲所规定的项目，很难满足社会所需要的实用型人才。因此，对部分学有余力的学生提出更高的要求，课外对其开展扩展型的实践教学。学生通过自主联合实施一个或多个实验进行实践活动。

扩展型实践主要基于学生已学知识，引入新的知识点，在项目实施之前学生明确实验目的，查阅相关文献或资料来解决实验的关键问题，并自主设计实验步骤以及过程，形成初步的实验方案。主要包括以改进实验方案为导向的扩展性实验（以开放性实验为例），以解决实际问题为导向的扩展性实验等（以创新性实验为例）。整个过程中，教师的作用是对学生的实验方案进行评估和把控，学生则完成从发现问题到解决问题的整个过程。

（一）开放性的扩展性实验

开放式实验是以学生为主，开放实验室时间，开放实验室仪器，使得学生能在时间和空间上自由选择学习和实验，是对必修课实验的有效补充。这种自主学习的模式不要求教师对实验进行详细指导。主要由学生根据所学的内容，进行探索和尝试，利用现有的实验室设备独立完成扩展性的实验。

在生物医学传感技术这门课中，大纲要求学生掌握应变片单臂特性实验，学生在课堂内能根据所学知识很好完成实验。但对半桥、全桥特性没有做要求，因此，在开放性实验中，学生可在单臂特性的基础上，搭建半桥和全桥电路，并在此基础上比较单臂、半桥、全桥输出时的特性，得出相应的结论。对于学习能力强的同学，可利用全桥电路来搭建电子秤并進行测量，使得理论知识进一步应用于实际场景。

另一方面，建立实验教学开放制度为本专业学生使用，实验室实行预约方式，学生可在线填写实验室预约申请表，实验室教师根据实验任务以及人数，确定实验室开放的时间，使学生有较多的自由时间来安排实验和进行实验，满足不同层次的学生需求，提高了学生学习的主动性，并延伸了课外学习的能力。

（二）创新性的扩展性实验

作为一种基于项目式的学习模式，创新性实验最主要的特征是以学生的内驱力和成就感作为驱动，基于原有的知识经验体系以及现有的任务，依托各类国家级、省级、校级创新创业类项目和科技竞赛的方式[6-7]。在整个实践过程中，可以有效促进学生创新性能力的培养，从一定程度上来看，是对教师教学方式的有效补充，使得教与学相互促进，所学的知识能得到更广泛的应用，极大提升了学生的创新能力以及动手能力。

创新性实验主要结合学生的兴趣，学生自主选题，与指导教师协商课题的难易程度和可行性，以确保选题能具有一定的科学意义和可操作性。其次，合理组合项目团队成员，以专业结构为选择基准，团队成员分工明确并要具备一定的协作精神。项目负责人一般选择大三年级或者大四年级学生，具有一定的项目实施经验，团队成员可选择大二或者大三的学生，尽量保证老带新的承接性分布。

创新性实验的实施主要是培养学生的科研兴趣，学生根据团队情况，从课题选择、实验设计、测试完成、数据分析等环节都要有合理分配，每个步骤都是层层激发学生们的兴趣，培养团队合作精神，增强学生的创新意识和动手能力。经过创新性实验的锻炼，培养出的负责人可以成为学生自主学习的带头人，推动学生自主组织课外活动，提高学生的综合能力。近几年，本团队指导本科生获得4项省级、校级的创新性项目资助，并都顺利结题，后续我们还将进一步推行创新性实验的个性化的培养，完善实验室的管理制度，充分发挥大学生在创新性实验中的能力培养。

三、以学科竞赛、科研项目为导向的教学

基于学科竞赛和科研项目的教学目的主要是对学生的综合能力的培养[8-9]。以学科竞赛以及科研项目推动教学改革，在提高教学质量的同时培养学生的综合能力，还可将部分的科研项目和竞赛内容孵化为可操作性的創新创业实践活动。

（一）以学科竞赛的实践教学

近年来，中国大学生计算机设计大赛、全国大学生生物医学工程创新设计竞赛、电子设计大赛等各种竞赛活动以及国家和省级的大学生创业计划等都为学生的实践能力提供了很好的条件和机会。为了使更多的学生参与到此类竞赛中，结合本校生物医学工程专业学生情况，学生在大二阶段可以根据兴趣爱好组队参加不同类别的竞赛，教师组织学生定期对相关的知识点进行讨论学习、交流心得，以各种形式来激发学生的学习兴趣。这种以兴趣小组的方式组织学生参加校级或院级的学科竞赛，加深了学生对前沿技术领域的认识，对提高学生的动手能力，积累经验，并为高层次的竞赛提供了帮助。

近三年来，本专业在团队老师的教育教学工作中，通过学科竞赛的方式指导学生获得国家级别奖励7项，省级项目4项，校级项目2项，以学科竞赛的实践教学加快了本专业教学创新与改革，提高了学生工程实践的能力，目前本专业有两届毕业生，通过对参赛毕业生的追踪调查发现，这些学生毕业后大部分继续深造或者进入企业研发部，并且有很好的发展前景，得到用人单位的肯定。

（二）以科研项目的实践教学

大学生投身社会后，在工作中会遇到很多问题，而这些问题并没有现成的解决方案，需要自己摸索方法。传统的教学方式使学生在这方面的能力得不到锻炼，而学生需要一个完整的实践经历，从发现问题，解决问题到优化方案都应有了解。而现有的实践教学方式并不能满足此要求，因此，提出以科研项目为主线的训练模式，此方式更加能发挥学生的主动性，并可进一步提高学生的综合能力，包括分析和解决问题能力，协作能力等[10-11]。科研项目与前述的实践不同，并非程序化的教学方法。以科研为主导的实践教学在实施过程中具有多样性，属于创新性很强的项目，对学生的要求相对比较高，需要学生综合应用所学的知识和自身能力，还需要学生具备知识迁移的能力。在整个实施过程中，对教师和学生双方面都具有一定挑战，教师需要根据学生的能力以及个人发展，选取优秀的学生作为科研项目的参与者，同时要保证科研项目的进度。科研项目不同于学科竞赛，它更加具有科学性和系统性，而本科阶段的大学生们尚未具备独立承担科研项目的能力。而让学生参与科研项目的主要目的是为了让他们了解课题实施的过程以及需要储备的知识和能力，感受如何从总体上把握科研项目的进展。

在参与科研项目的过程中，主要是以教师作为主导，教师根据难易程度将项目划分为子项目分给学生负责，而学生方面主要以问题为导向，在教师或者老生的指导下，独立完成单个模块的任务。在项目实施的过程中，学生可以获得更大的学习空间，并进一步激发学生的学习兴趣，锻炼学生的思维方式和动手能力。团队建设主要采取老生带新生，随时间推移，不断引入低年级学生，使研究团队保持平衡运作，学生专业技能得以传承，新同学实践创新能力得到快速提升。目前，本专业本科学生在国内外期刊上发表论文5篇，发明专利2项。

以科研项目为主的实践教学方式实现了全面提高大学生的创新能力和就业率，学生根据实际的科研项目进行自主的创新学习活动，转变了教师和学生之间的关系，使得教师和学生共同从事和解决复杂的科研问题，带动了学生学习的积极性，学生也能在项目中获得成就感。

四、结束语

培养创新性人才是社会发展的需求，更是当前高等教育的责任，如何在学习基本理论和专业知识的基础上，进一步提高学生的创新能力培养，是需要深入研究的话题。本着“理论用于实践，枯燥变为趣味”的教学模式，本文结合生物医学专业的特点和实际情况，提出基于项目实践的探究式教学、扩展型教学和以学科竞赛、科研项目为导向的教学模式，对教学的方式进行积极探索，从一定程度上提高了学生的自主学习能力、实践动手能力和综合分析能力。

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