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面向任务的PBL在特种加工技术课程改革中的实践探究

2021-03-12 88 上传者：管理员

摘要：特种加工课程具有开拓新工艺思路，解决工艺难题及培养学生对各种加工知识的综合运用能力和创新意识的功用，对社会的进步起着非常重要的作用。针对特种加工课程教学中存在的问题，分析课程特点和典型的PBL教学模式，将该教学模式引入特种加工教学中，提出了面向任务的PBL新型教学模式，构建了面向任务的PBL特种加工技术课程的教学模式。实践运行表明，能够解决教学中的问题。开展基于PBL专业课程教学改革，可有力推动课堂教学革命，有效提升教学质量，激发学生的求知欲和学习兴趣，提高学生的自主学习和解决问题的能力，促进了创新意识和团体合作精神的养成。

关键词：
PBL教学模式
教学设计
教学质量
新型教学模式
特种加工
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随着生产力和科技工业的发展，市场需求对机械产品的比强度、耐腐蚀、耐高温、性价比等方面提出了更高的要求，导致出现所加工的材料越来越硬，结构越来越复杂，加工精度越来越高，传统的加工方法难以满足要求，特种加工就是在这种历史条件下出现的，也叫非传统加工。特种加工技术是发展制造强国的重要技术手段，在国防科技及生产实践中得到了广泛应用，也是衡量尖端制造和国防科技创新能力的关键指标，对我国科技和经济社会发展意义重大。对于大学本科，开设特种加工，目的在于使学生对加工工艺有新认识，开拓新工艺思路，解决工艺难题，培养学生对各种加工知识的综合运用能力和创新意识[1,2]。为此，越来越多的工科高校都开设相关课程，成为机械专业类人才培养必修的高新技术课程。在新时代人才培养模式改革的大背景下，如何结合课程特点，探索教学模式，推动课堂教学革命，进行有效的教学活动，对塑造学生科技创新意识，提高创新能力，满足社会对高质量制造技术人才的需求具有重要的现实意义。

一、研究背景

（一）课程特点及其教学中存在的问题

特种加工技术课程是机械类专业学生必修的一门高新技术专业课程，涉及面广、工程背景强，理论性、技术性和实践性要求高。同时，也是一门多学科的交叉课程，涉及到物理、化学、材料、数字控制、计算机等知识，教学内容[3]包括电火花加工、电化学加工、激光加工、离子束加工、电子束加工、快速成型技术、化学加工、磨料流和水射流加工、超声加工、微细加工及纳米技术和纳米加工等。特种加工技术是有别于传统加工的一种新的技术方式，主要利用除机械能以外的光、电、热、声及化学等能量进行加工。该课程以期培养学生宽广的机电技术加工的概念。目前，教学面临的问题之一是课时缩减，但该领域新知识、新技术日新月异发展，少学时远远不能满足，尽管采用多媒体教学等教学手段，但纵观其教学质量较差。问题之二是该课程覆盖面广，所需的学科知识交叉，涉及的技术领域广，加工方法之间没有必然的知识联系，教学困难。学生认为内容枯燥又难理解，尤其是对于基础一般的同学，缺乏学习兴趣，课程学习效果差等。目前特种加工技术课程教学调整为24学时，教学内容不能少，还要保证教学质量。为了适应这种形势，必须采用行之有效的教学方法和手段进行教学改革探索，才能确保完成教学任务和提高教学质量。

（二）PBL教学模式

近年来，基于问题的学习PBL(Problem-BasedLeaning）教学法已成为国际上较为流行的、成效显著的全新教学模式[4]，是一种将学习者置于贴近生活问题的情境中，解决一些不一定有唯一标准答案的问题，从而获取关键知识的教学模式。它起源于20世纪60年末的美国医学教育领域，随后欧美国家医学教育领域应用推广、修正。我国是在20世纪80年代后期开始应用这种教学模式，并不断地发展和“本土化”。目前，PBL既是一种课堂教学模式，又是一种学习方式，也是一种教学策略，已向工学、理学、管理学等学科教育领域拓展，被誉为“多年来专业教育领域最引人注目的革新”。

PBL教学模式不仅有助于激发学生的学习动力[4,5,6,7]，发展学生的知识、表达技能、团队合作能力[5]，而且能提高教学效率[6]。在该教学模式中，教师在PBL教法中的角色是必不可少的，是学习的组织、指导、帮助和促进者，要为学生的学习创建必要的学习情境，在关键时刻起到点拨与教练的作用。而学生则是自主学习的实施者。在这种模式下，可培养学生的自主学习和自我管理的能力，强调以学生为中心的教学理念[7]。

从认知科学、心理学和社会学相结合的角度来看[8],PBL的精髓体现在交融互动的三个方面：第一学习内容———鼓励跨学科和学科交叉；第二学习方法———以问题为导向，项目为组织的学习方法；第三———学习的社会性，人和环境的互动，通过小组讨论的形式进行。

综上所述，分析特种加工技术课程特征，采用PBL的教学模式是改变现状的有效方式，但PBL教学模式[8]在很大程度上是以具体经验和实践为基础，很难将一个已有PBL模式照搬到另一个不同的情境中，基于此，本文试图结合具体情况和课程特点、规律及实际，探索和实践一种面向任务的PBL教法的新型教学模式，并将之应用于“特种加工”课程的教学改革中。

二、面向任务的PBL教学设计

（一）教学模式的理论建构

面向任务的PBL教学模式包含问题、学生、任务和教师四个要素，是以学生为主体，问题为基础，任务为载体和核心，教师为导向，团体协作为保障的一种启发式教学模式。该教学模式以问题为出发点，解决问题和学习知识点为落脚点，用任务承载课程知识和问题，通过创设内容贴近生活和问题驱动的情境，采用学生课下查阅资料，开展小组讨论，团体合作来解决问题并提出相关其他问题，从而使学生学习隐含在问题中的知识点，同时培养学生的分析问题、研究问题、解决问题的技能和自主学习的能力。在进行该模式的创建时，教师首先要明确课程的教学目标及知识点，从中挖掘能引起学生好奇心的问题公布于学生，科学设计课堂，最后效果校验，评测课程教学要求的满足程度。该教学模式对教师自身的素质和教学技巧都有很高的要求，要求教师除了对专业、课程内容熟练掌握外，还应当掌握相关学科知识，具备创设问题情境和解决问题的能力，要善于调动学生积极性、寓教于乐、灵活控制课堂节奏等教学技巧。

（二）教学实施

构建面向任务的PBL教学模式，教师首先要在熟悉教学目标和熟悉课程知识点的基础上，创设和主题环环相扣的情境，是能引起学生探究欲望的问题情景，即该问题具有看到此问题就有迫不及待地想解决的冲动。具体做法可参照如下流程，首先提出一个和所学内容及课堂情景关联问题，发布给学生，学生在小组长的组织下，在课前分组进行预设问题的分析思考，通过查阅相关资料，进行资料收集，把产生的困惑和问题以小组为单位整理反馈教师，老师根据学生的反馈和教学内容进行优化，创设问题情境和课堂驱动问题，这样教师能从学生的实际情况，进行有重点的讲解和引导，同时学生也能把自己不懂和疑惑的内容，通过教师讲解和提示得到解决，使课堂变得游刃有余，活跃课堂气氛，激发学习兴趣。在教师的讲解、引导和学生的讨论互动下，把情境问题得到完美解决。最后进行学生学习情况评价，分教师评价、自评和同学互评三部分，综合得到学生的学习效果评价，作为学生平时成绩的一部分，使学生积极参与到课堂中，实现了形成性过程评价，促进教学相长，最终完成这项任务。实施步骤如图1所示。

图1面向任务的PBL教学模式的实施

图2电火花加工的教学实施

这里以电火花加工的教学实施为例，创设汽车喷油嘴上微孔加工及喷丝板上异形小孔加工的情景，提出直径0.2mm的小孔怎么加工？喷丝板上异形孔怎么加工？让学生觉得自己学的知识和生活息息相关，触发其学习欲望。为了形成学习欲望和课程的顺利进行，在上课之前，先以一个异形孔怎么加工的问题提前发布给学生，让学生预习内容和查阅资料，以小组形式开展合作学习和问题讨论，把搞不明白和存有疑惑的内容以问题形式整理，提交教师，教师根据教学目标和学生的情况在课上讲解有关学生疑惑的原理进行有侧重点的讲解引导，然后再提出步步深入的驱动问题，以互动的形式开展教学，让学生有一种豁然开朗的境界，课堂最后由小组代表以5分钟的时间（4个组共20分钟）总结自己的收获。课堂气氛活跃，学生参与热情，互动积极，内容充实。整个内容以奇异孔（含各种型腔、型孔及通与不通在内的孔在这里统称为奇异孔）的加工任务作为载体组织教学内容，称之为奇异孔加工任务，如图2所示。

（三）效果分析

为了进一步探索这种教学模式的有效性，积极开展试点教学研究。15级机械设计制造及其自动化专业学生共4个班121人，其中：15机制1-2班为试点班，采用面向任务的PBL教学模式教学，学生人数为61人；15机制3-4班为对照班，采用传统模式教学，学生人数为60人。在授课任务方面，对照班的教学内容为电火花加工、线切割、快速成形和激光加工三个内容。在同样的教学课时内，试点班的教学内容增加了超声加工、电子束加工、离子束加工内容。教学完成后，及时进行学习情况问卷调查，分析教学情况，探索教学规律。调查问卷共发放121份，回收有效问卷121份。调查问卷结果如图3、4、5、6所示。

图3学生学习内容

图4学生学习情况

图5学生学习兴趣

从调查问卷结果分析，可以发现试点班的64.2%以上学生认为可以大部分理解教学内容，61.3%以上学生对课程较感兴趣，65.2%以上学生认为能提高自主学习能力，单位时间内可以在学生能理解的前提下，增加课程内容，能满足教学要求。相比对照班，在概念的理解、学习兴趣、自主学习能力方面都有一定程度的提高。

图6学生自主学习能力

为了进行测试学生对知识点的掌握情况，4个班进行了同堂同卷闭卷考试，卷面考试成绩结果如图7所示，平均提高约6.32%。按教学大纲要求，考试成绩占80%，平时成绩占20%。考虑到学生综合测评和奖学金评定，对照班的平时成绩是按传统方法，主要考核出勤、作业、答疑等，给出的平时成绩偏高，如图所示8所示。试点班是按小组自评、同学互评及教师评价三部分按比例（自评20%，互评30%，师评50%）给出，平时成绩及考试成绩对比图，如图9、10所示。这里没有给出总成绩比较。试点班自评、互评、师评三部分按比例最后给出的平时成绩和学生的卷面成绩还是比较相符的，对照班教师按以往的只参照上课情况以偏高的成绩给出，只是起到了一个提分的效果。从考试结果看出，相比对照班，试点班的学生高分人数比对照班有了一定的提高，不及格人数减少了。总体来看，试点学生对知识点的掌握情况有了大幅提升，而且在单位时间内讲解的内容也比较多。

图7学生卷面考试成绩

采用面向任务的PBL特种加工技术教学模式后，通过评价分析及学生随机个别访谈，学生普遍认为该授课方式能较好地引导学生主动思考，教学效果好，提高了学生的学习兴趣和自主学习及团体合作能力，而且能提高课堂上单位时间内的教学效率。

图8学生平时成绩

图9试点班学生平时成绩与考试成绩

图10对照班学生平时成绩与考试成绩

对已升学12名学生进行回馈调查，普遍认为试点班的学生能较快地适应研究生的学习生活，在很大程度上得益于面向任务的PBL教学模式的应用。从面向任务的PBL教学模式中，学到了一种新的自学的学习方法，改进了思维模式，增强了学习兴趣，对主动思考、提升学习效率和自主学习能力的培养均有较大帮助。

面向任务的PBL教学模式改变了以往的“预习-听课-复习-考试”四段式教学方法，改变了学生不情愿地“让老师牵着鼻子走”的局面，成了变“要我学”为“我要学”的情形，让呆板孤立的知识片化作整体知识链，触类旁通，从而使学生快乐自愿地获取知识，激发了学生的学习兴趣，提升了教学效果和教学质量。

三、结束语

面向任务的PBL教学模式相对于传统教学模式，设置学生较为熟悉的问题情境，能激发学生强烈的求知欲，教师提出的驱动问题，开展互动式教学，使学生积极参与到课堂教学中，学习兴趣大为提高，凸显了学生的主体地位和教师的主导作用，提高了教学效果，有利于培养学生的自主学习能力和团结合作能力，更有利于学生主动思考、分析问题、解决问题和创新意识创新能力的培养。基于PBL开展专业课程教学改革，可有力推动课堂教学革命，也是有效提升课堂教学质量的重要方法。但这种教学模式，对教师的专业水平要求较高，教学评价的科学性和合理性需要进一步地完善。

参考文献：

[1]王莉娜,张好强,贾晓鸣.特种加工课程项目教学法[J].河北联合大学学报(社会科学版),2013,13(2):102-104.

[2]范晖,王善奎.基于特种加工实践教学的本科生创新能力培养方式研究[J].高校实验室科学技术,2019(03):92-94

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[7]谭海珠.中国本科医学教育认证体系下的教学模式改革探析---以PBL教学改革为例[J].中国大学教学,2009(08):31-32.

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韩变枝,王栋,杨胜强.面向任务的PBL在特种加工技术课程改革中的实践[J].高教学刊,2021(09):157-161.

基金:山西省高等学校教学改革创新项目“基于PBL模式的特种加工技术教学改革”(编号:J2018208)