基于项目式学习的船舶测试与诊断课程教学实践研究

刘树勇 柴凯 陈萍 张帅 李婧

摘  要：针对课堂教学重知识传授，轻学生能力培养的问题，采用基于项目式学习翻转课堂教学模式，提出相应的教学设计思路及活动框架。课前设置多样化的线上学习任务，学生完成任务清单、评价和自我矫正等活动，开展自主式个性化差异化学习;依托智慧教学工具分析学情，适时调整课堂教学内容和教学策略;以项目为牵引，学生经历认知冲突、深层次互动、反思如何解决问题、增加元认知以及掌握知识的应用与迁移等，有效提升教学效果，促进课程学习目标达成。

关键词：项目式学习;翻转课堂;教学改革;教学实践;军事人才

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）31-0054-04

Abstract： In view of the problem that classroom teaching emphasizes knowledge imparts and ignores students' ability cultivation， the flipped classroom teaching model based on project-based learning is adopted to put forward the corresponding teaching design ideas and activity framework. A variety of online learning tasks are set before class. Students complete tasks list， evaluation， self-correction and other activities to carry out independent personalized and differentiated learning. Relying on intelligent teaching tools to analyze learning situation， timely adjust classroom teaching content and teaching strategies. Guided by the project， students experience cognitive conflict， deep interaction， reflection on how to solve problems. The study increases metacognition and grasp the application and transfer of knowledge， which effectively improves the teaching effect and promotes the achievement of the course learning objectives.

Keywords： project-based learning （PBL）; flipped classroom; teaching reform; teaching practice; military talent

船舶机械设备测试与诊断课程作为机电管理人才培养的主干课程之一，其目的是要培养学生在掌握测试基本理论和方法的基础上，能够应用振动监测、油液监测、红外监测等方法，在设备持续运行且基本不拆卸的情况下，获取设备的运行状态，并能够诊断设备故障的部位、性质和严重程度。该课程涉及理论力学、材料力学、振动机理、机械电子、计算机技术以及信号分析处理等学科知识，具有典型的学科交叉性特点。在传统教学中，为使学生掌握这些监测诊断知识，通过老师讲授为主，学生做作业、做实验进行理解消化掌握。在规定的时间内，大多数学生能够紧跟老师节奏，完成课程学习，甚至获得了不错的考试成绩。然而，随着科学技术的迅速发展，近年来新技术、新设备在船上大量使用，新故障時常出现，传统教学并没有考虑如何应对新故障的发生，包括如何监测、诊断、分析以及给出科学整治方案;二是随着船舶远航等任务的增加，设备使用的强度急剧增加，船舶出现的故障数量陡增，故障种类也不胜枚举，教学内容与岗位需求出现了差距。为此，迫切需要采用基于项目式学习的翻转课堂教学方法，开发远洋航行、无人值守、水下巡查等不同工程应用背景下的监测诊断项目，激发学生学习兴趣，吸引学生广泛参与，促进学生能够通过自主个性化学习、查阅资料、国内外文献阅读、同伴互学和师生深层次讨论交流等多样化学习途径，增强机械设备监测诊断能力，适应新任务下监测岗位对人才的更高需求。

项目式学习（Project-Based Learning，简称PBL）是教师提供高复杂性、高真实性的项目，让学生通过项目实施来寻找问题、规划方案、收集资料、解决问题、进行决策和完成研究过程，并最终呈现产品的学习方式[1]。教师以“项目”为教学载体，将课程知识体系视为一个可分解为阶段任务的项目整体，通过探究式、体验式等不同学习模式，将课程核心概念和原理通过系列目标植入项目推进过程。而学生则受高度精炼的问题驱动，通过项目规划、实地调研、文献查阅和资料收集等一系列过程，采取“做中学”的方式对既有认知不断更新并促成新的知识建构[2]。当前国内外对PBL教学方法的相关研究众多，大都关注“教学的应用”，其次是“模式”“问题与对策”和“理论基础”等研究。例如，丹麦洛斯基勒大学和奥尔堡大学率先在工程教育领域实施以项目为基础的PBL教学模式，项目包含复杂工程问题的课程任务，学生围绕课程项目选择相应的理论、方法和工具，以团队协作的形式进行探究式学习[3];卢海丽等[4]结合教学实践提出了智能时代项目式学习的模式和实施过程，并通过Python的项目式学习案例展示了该模式在高等教育领域的应用;谭江月等[5]在PBL模式的实施过程中引入Padlet网络在线协作平台，并建立了“项目绩效”分层考核体系;顾剑锋[6]提出利用PBL模拟不同工作环境、在单元教学中设置项目、分组合作，然后汇报并展示成果等具体措施，以提升高职英语课堂效率与学生学习能力。PBL教学模式强调学生在学习过程中的主体地位，能有效培养学生自主学习能力和团队协作精神，这与“以学生为中心”教育理念相吻合。

因此，本文将针对船舶机械设备测试与诊断课程课堂教学重知识传授、轻学生能力培养的问题，采用基于项目式学习翻转课堂教学模式，提出相应的教学设计思路及活动框架。本文研究成果有助于提高学生的学习主动性、能动性和创造性，打破现实课堂中时间和空间的限制，提升学生的学习体验度以及教与学的有效性，对于推进高等教育教学改革，培养高素质、专业化新型军事人才具有重要意义。

一  基于PBL的教学设计路线图

PBL的基本流程或操作程序分为选定项目、制订计划、活动探究、产品制作、成果交流和活动评价六个步骤[7]。具体流程如图1所示。

为了有效地完成基于PBL的教学活动，系统设计了船舶机械设备测试与诊断课程在各个阶段的任务，从而帮助学生清晰找到学习途径，直到目标达成。

（一）  课前阶段

尽管基于PBL的教学目的是大力提升学生的能力，但知识部分的学习也是不可或缺的。个性化、多样化的学习方式是确保学生有效学习的保障。实践表明，通过在线资源的学习，学生可以反复学习或者重点学习在线课程的内容，满足了个性化学习需求;同时，在线课程课后的一些挑战性难题，也能够满足不同层次的同学学习需求，实现了在线课程的内涵，即个性化自主学习，基本模式如图2所示。

需要注意的是需要采取一些策略防止在线学习走过场。第一，学习活动的多样化。在线课程的学习活动不能过于单一，要包含选择题，适当的问答题，信号处理过程中的编程或者补充缺失程序语句等，让学习者不会觉得视觉疲劳;让不同层次的学生都能找到适合自己的题目、任务。第二，学习过程的规范化。学习要有评估，不能够只完成任务，不实现评估和自我矫正;将测试结果一并计入过程成绩评估，同时又允许学生多次尝试答题，有利于个性化自主学习。第三，学习时间的制度化。在课程教学计划中，课内留出特定的时间让学生线上学习，有基本的时间保证。第四，学习流程的职业化。学习内容关联学生未来的岗位需求，涉及知识点、业务流程能激发学习热情。

（二）  课中阶段

课堂授课阶段主要采取翻转课堂的模式，也是线上线下有机衔接阶段。线下教学活动过程的特点是：基于问题导向的精准化教学，主要解决作业难题及线上智能教学工具统计的共性问题、项目实施中遇到的棘手问题等，通过任务驱动解决问题。其主要形式是参与式互动教学，师生各自的任务明确，学生负责展示和讨论，教师是组织者和引导者，负责点评和答疑。

教师通过引入问题，观察各学习小组的反应，随着认知冲突的加剧，实时介入并提供一些“弹药”。课堂貌似混沌状态，实则是一种符合自然规律的深度耦合状态，即课堂多自由度非线性系统的内共振，产生了非线性耦合，将产生非常丰富的“成果”。有的小组争得面红耳赤;有的旁征博引，用大数据说话;有的直接冲上黑板图示化據理力争。大风大雨过后，老师进一步引导学生反思问题的解决方法，增加元认知。引导学生将本单元模块的知识如何引用到解决同类问题甚至新出现的问题中，实现知识的应用迁移，如图3所示。

（三）  PBL项目式学习任务

教学过程中，学生是主体，老师起引导作用。老师的任务仍然需要讲授，但打破了传统的“眉毛胡子一把抓”“重复性讲授低阶内容”，这里要求的是一种具有高阶性、创新性和挑战度的精准互动[8]。

学生需要积极参与把当前遇到的疑惑及时解开，并迎接下一个挑战。老师构建了一个充满未知元素的学习环境，点燃了学生学习的热情，在每一个PBL项目里，教学小组设置了多种可能遇到的情况，学生在接收到推送的信息后，要迅速做出反馈，包括向外界提出需求，软件的支持、硬件的支持、自发组织攻关小组、同伴协作学习等等，具体如图4所示。项目的内容具有牵引作用，其是一种通过现有知识来解决未来问题的实战化模拟，更是一种知识的迁移，从而使得培养的学生更具有自主学习能力和创新能力。

在项目式学习过程中，学生会积极收集信息、获取知识、探讨方案，以此来解决具有现实意义的问题，因此，在项目式学习过程中，不仅仅要求学生能够应用所学的学科知识，还要懂得如何在工程实际中，将这些知识学以致用。通过学中用、用中学，实现学用合理。学生学习新知识的过程，也是运用知识解决问题的过程。学生运用知识及解决问题的过程也是学习新知识的过程，其本质是做中学和深度学习。

在这个过程中，学习的目标是学生能掌握知识和概念，具有运用知识的能力，培养获得成功的技能，教师的作用是一个设计者、支持者、引导者或激励者。

二  实践案例

在船舶测试与诊断课程中，设备监测诊断的方法有振动监测、油液分析、红外监测等。第1单元教学模块中，主要学习振动监测诊断方法的应用。设备监测部门在日常检查中，发现新修ABCD四艘船中，A船的空压机组振动剧烈，“只要一开机，全船都知道。”既严重影响大家的工作环境，又具有潜在的巨大隐患。究竟是什么原因呢？怎么处理这个问题呢？将项目布置给6个学习小组，每组4人，时间2周完成。实际操作如图5所示。

6个学习小组根据课前学习，课后搜集资料分析，课中讨论，有3组分析认为机组振动大的原因是系统产生了共振。因此，首先需要通过测试脉冲振动响应，证实这个判断，其次，想办法消除共振。有2组认为，是机组安装问题，出现了松动或者不对中，需要测试振动，分析频谱特征，重新检查安装情况，并加固安装就可以了。有1组认为可能是机器本身有故障，要检查机组的各种性能指标，如气缸的温度、压力等，并和其他机组进行比较。

看到学生通过项目式学习，能够得到这些专业的解答，是非常有成效的。因为每一个结论背后，都蕴含了课前对理论的深度学习和思考。例如，第1组提出了“通过测试脉冲振动响应”来判断是否共振。其中，就包括其建立系统数学模型，得到一个二阶振动系统，通过冲击作用，产生有阻尼单自由度振动响应，从而解算出系统的固有频率。

通过项目化学习，体验主动和坚持，学会团队合作并在实践探究中形成解决问题的能力。其次，将知识从零散理解到综合理解，改变以往对知识的理解是碎片的、孤立的和零散的状态，通过项目把知识与知识，知识与工程问题统一起来，有利于学生对知识的理解，以及跨领域的理解，从而对知识的整体认知和把握。

从脱离情境到情境认知。传统课堂的学习脱离了工程实际应用的情境，这种学习变成了信息的加工;而项目化学习依托一件具体的事情，让学生在实践中参与学习，注重了情境认知，使得学习更有意义。项目化学习强调从被动机械到主动构建转变。学习不是一个被动过程，而应该是主动建构。强调学生自己去发现，去解决，去创造，从而调动了学生学习的主动性。

三  结束语

基于PBL的教学模式，是以能力提升为目标的教和学，符合人才培养目标中三位一体的目标要求，不仅能够提升自身教师专业的发展，还能够推动教育的改革与发展。在实施过程中，有三个重要特点。一是线上、线下有机结合。线上需要依托相关软件，进行学习过程数据分析、通过教育智能实现教师智慧;通过新技术赋能教育发展;线下需要大力提倡同伴学习，协作学习。二是注重学生的应用迁移能力。迫切需要关注学生对岗位的适应能力，通过学生完成项目，培养他们自主发现问题、分析问题、解决问题的能力;通过课堂的各种展示、辩论、讨论、同伴互帮互学，构建自身的知识体系，并将知识内化为能力;通过系统化训练眼光更睿智，思维更敏捷，能够在未来的工作中科学识变、精准应变、主动求变;能够在危机中发现新机、在变局中开辟新局。三是对学习效果的科学评价。无论采用哪种形式进行教学，必须以学生的学习效果为中心。开展科学的教学评价是一种规范要求;老师除了构建学习的环境氛围，当好学生学习的脚手架;需要做好过程管理，评价学习效果，包括评价的内容、评价的方法、评价的依据与标准。

参考文献：

[1] 吳晗清，穆铭.科学领域核心素养达成的利剑：融合理化生的项目式学习[J].教育科学研究，2019（1）：50-54，60.

[2] 王贞.结合课堂派的PBL教学法在健康评估课程教学中的效果评价[J].中国现代教育装备，2019（7）：98-100.

[3] BARROWS H S， MYER A， KELSON M A. Problem-Based Learning：ATotal Approach to Education[M]. Illinois： Southern Illinois UniversityPress，1993.

[4] 卢海丽，王彬彬，高兴苹.智能时代项目式学习的设计与实践研究-以Python课程的PBL教学为例[J].河南教育学院学报（自然科学版），2022，31（2）：67-75，90.

[5] 谭江月，李虎杰，徐志强.在线协作PBL教学模式实践及“项目绩效”分层考核体系研究[J].高教学刊，2021（13）：54-58.

[6] 顾剑锋.信息化背景下基于项目式学习方式（PBL）的高职英语教学分析[J].创新创业理论研究与实践，2020，3（16）：50-52.

[7] 田铮.实践共同体视域下项目式学习效果提升策略研究[J].山东科技大学学报（社会科学版），2021，23（3）：102-108.

[8] 甘琳，李刚.基于项目学习模式的智库团队建设[J].智库理论与实践，2021，6（3）：28-36.

基金项目：海军工程大学教育科研课题“基于认知负荷理论的舰艇装备监测诊断课程教学效果提升策略研究”（NUE2023ER51）

第一作者简介：刘树勇（1975-），男，汉族，湖南望城人，博士，教授，博士研究生导师。研究方向为舰船动力装置监测与诊断教学。

*通信作者：柴凯（1989-），男，汉族，湖南益阳人，博士，讲师。研究方向为舰船动力装置振动噪声控制教学。