问题驱动式教学环节的提炼与应用

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　　摘  要 问题驱动式教学方法可以培养学员发现问题、解决问题的工程素养和能力。为将问题驱动式教学方法更好地推广和应用，结合实际教学经验，提炼问题驱动式教学方法在教学组织中的基本环节，举例说明问题驱动式教学方法在导航原理与系统课程中的具体实施过程，归纳问题驱动式教学方法的适用原则和实际应用中的注意事项。
　　关键词 问题驱动式教学;导航系统;工程思想;工程素养
　　中图分类号：G642    文献标识码：B
　　文章编号：1671-489X（2019）04-0085-03
　　Abstract The application of question-driven teaching in the course can enhance student’s ability of discovering question and resolving question. In this paper， combining practical teaching experience， the basic approach of question-driven teaching is summarized in tea-ching. And the application detail of question-driven teaching in the course of Navigation Theory and System is given. At last the applica-tion principle of question-driven teaching and notice case are summedup in application.
　　Key words question-driven teaching; engineering idea; engineering literacy; navigation system
　　1 前言
　　问题驱动式教学方法以发现问题、分析问题、解决问题为线索[1-2]，是在教员进行相关内容的背景铺垫（或创设情境）后，把教学内容巧妙地隐含在一系列具体问题之中或刻意设计好问题漏洞，循序渐进地启发和引导学员自己发现问题;以问题为核心规划教学内容，引导学员分析和思考问题，最终在分析和思考过程中让学员隐约地得出解决问题的思路，再由教员予以肯定，明示正确的解决问题的表述方式。在这个过程中，教员拿捏好孔子所说的“不愤不启，不悱不发”的状态，从而激发学员学习知识的内在动力，并在探索和学习过程中获得参与感、成就感和满足感。教员在这个过程中是问题的制造者、课程的设计者以及结果的评估者，在整节课堂讲授过程中充当穿针引线、启发引导的角色。
　　结合长期的授课经验和对教学内容的深入挖掘，笔者总结和提炼出问题驱动式教学方法在课程中的应用步骤和具体的实施过程，达到渗透给学员解决工程问题的工程思想，进而使学员具备分析问题和解决问题的工程素养的目的。
　　2 问题驱动式教学方法的基本环节
　　问题驱动式教学方法的实施一般可分为五个基本环节：背景铺垫（知识铺垫）、发现问题、分析问题、明确解决问题的方法、举例理解（效果评价）。让学员在这个学习过程中体会科学问题探究过程，或解决工程问题的工程思想。
　　背景铺垫（知识铺垫）  为了引出要提出的问题，必须进行相关内容的背景铺垫或知识铺垫，这样可以使学员在一个已经掌握的知识背景下（或学员熟悉的场景），在教员的引导下，自然而然地发现问题。铺垫包括多种方式，如实验现象、实验仿真结果、相关知识内容、背景图片等，根据具体情况而定。
　　发现问题  在背景铺垫或知识铺垫后，教员需要事先设计好相关知识铺垫中的问题或漏洞（这个问题或漏洞应是利用本次教学内容的某个知识点可以解决的问题），引导学员去发现问题。
　　分析问题  在教员的引导下，根据学员的知识背景一步步有目的地分析问题、剖析问题，帮学员理清问题的思路，最终以寻求找到解决问题的思路为目的。一般情况下，在分析问题过程中已经渗透了相关的知识点，只是知识点引入的时候是以“尝试”或“暂且”等试探性的词语，让学员认为是自己在主动探索的一个过程。往往分析完问题，找到解决问题思路的时候，解决的方法已经了然，这个时候只需教员把这个解决问题的方法或过程或概念下个清晰的定义，即下一步明确解决问题的方法。
　　明确解决问题的方法  此步即是给上述分析问题的过程或方法下一个明确的定义。分析问题时是一个从无到有的逆过程，学员尚处于分析问题、尝试解决问题的过程，必须和学员明确这个解决问题的方法就是“XXX方法”，并重复“XXX方法”的正向步骤和过程。进一步明确并使学员掌握教学内容，提高学员解决问题的成就感和自我认同感。
　　举例理解（效果评价）  根据教学内容的特点，此部分可以是举例理解“XXX方法”，也可以是对“XXX方法”进行效果评价。针对可以结合实例的教学内容或难理解的方法或技术，为了更好地理论联系实际，可以创设具体实例，通过利用“XXX方法”解决具体情况下的问题，来加深学员对教学内容的理解和掌握。
　　针对一些需要参数和直观数据验证的教学内容，或在分析问题时提出两种以上解决问题的方法时，可以使用参数评价或效果评价。比如数字图像处理课程中算法效果评价，最直观的就是图像效果[3]。
　　3 問题驱动式教学方法在导航原理与系统课程之台卡导航系统教学中的应用
　　导航原理与系统课程属于合训仪器科学与技术专业模块必修课，为学员第五年的岗位任职以及开展导航技术在舰艇航行中的应用研究奠定理论基础。课程内容主要包括“多普勒导航系统”“惯性导航系统”“无线电导航系统”“卫星导航系统”“天文导航系统”“水声定位导航系统”“组合导航系统”“地形辅助导航系统”“现代车辆定位导航系统”以及“飞机进近着陆引导系统”等十个模块。教学内容虽然分散，但不难找出其共有的特点和认知规律，总的来说，各模块在内容的讲授上采用以系统应用为牵引，以工程思想为灵魂，以原理实现为主线的编排方式。 　　台卡导航系统教学内容特点分析  台卡导航系统是“无线电导航系统”模块中相位差双曲线定位体制的典型代表，对于帮助学员理解和掌握利用信号相位信息实施导航定位的基本方法具有重要作用，不仅在近距离高精度定位方面具有潜在的军事应用前景，而且其基本设计思想和关键技术对于包括GPS在内的现代导航系统仍有重要的意义。因此，对台卡导航系统内容的理解直接影响后续讲解GPS载波相位定位的基本原理能否打下坚实的理论基础。
　　台卡导航系统重点讲授相位差测距差的基本原理、频分多址和巷识别等关键技术、性能特点及其在军事领域的潜在应用前景。此部分内容具有四个特点。
　　1）历史特色鲜明。本课例讲授的台卡导航系统是伴随二战史上的重大历史事件诞生和发展起来的，具有深厚的历史背景。
　　2）设计思想生命力强。台卡导航系统是相位差定位体制的典型代表，其设计思想和关键技术对现代高精度定位方法的设计影响深远。
　　3）信息量大。台卡导航系统的频分多址技术、巷识别技术具备足够的理论深度。
　　4）启发性和趣味性强。将历史的发展与课堂教学紧密融合，启发学员发现和解决工程问题，内容丰富有趣。
　　根据历届教学实践的经验，台卡导航系统涉及的无线电、信号处理等方面的基础知识比较枯燥和抽象，因此，关键技术的理解有一定的难度。但是通过整理可以提炼出一条清晰的教学主线，即围绕提高导航系统的定位精度展开分析和讨论：如何提高定位精度？怎样实现？提炼出的这条教学主线符合问题驱动式的教学方法，即不断发现问题、解决问题，在这个过程中不仅让学员掌握了台卡导航系统的重点和难点，而且在让学员不断思考的过程中，体会和掌握解决问题的工程思想。
　　问题驱动式教学方法在台卡导航系统教学中的实施细节  下面主要以台卡导航系统中巷识别技术知识点为例，阐述问题驱动式教学方法在教学中的应用过程。巷识别技术用来解决台卡导航系统“相位差的多值性问题”，即符合针对用“XXX技术”解决“XXX问题”这个特点。
　　1）知识铺垫。台卡导航系统的定位原理是用户通过接收主副台发射的连续正弦波信号，测量两个台站信号的相位差，从而确定以该主副台为焦点的一条相位差位置线;用户再收到主台和另外一个副台的信号，可以再得到一条以主台和另外一个副台为焦点的一条相位差位置线，两条相位差位置线相交即是用户的位置。
　　2）发现问题。利用学员已经掌握的工程背景知识引导他们考虑如何实现上述定位原理，在引导学员实现该原理的过程中，发现在测量两个主副台信号时，相位差整数周期不可测，只能测得[0，2π]，即在两个台站之间所测得的相位差位置线不唯一，存在周期为2π的相位差位置线，即要解决的“相位差的多值性问题”。
　　3）分析问题。利用“找路”的例子来类比理解“相位差的多值性问题”，并启发学员找到解决该问题的思路。引导给出巷的定义，分析巷的作用，即在一条巷内相位的变化是0到2π，因此只要知道在哪条巷内，通过测相位差就能定位了。分析发现问题：但是如果巷太窄，不能用推算舰位识别巷。解决问题：提示学员自己找到解决问题方法，即拓宽巷。再发现问题：如何拓宽巷？分析问题：分析巷宽和比相频率之间的关系。解决问题：降低比相频率（一倍基频下的巷为区），并分析区的作用（和巷的特点相同），在基频下比较相位差可以识别巷，即解决相位差多值性问题。
　　4）明确解决问题的方法。下定义：这种解决相位差多值性问题的方法称为巷识别技术。让学员觉得自己通过独立分析和思考也可以解决工程问题，增强解决工程问题的信心和找到正确解决工程问题的思路和方法。
　　5）举例理解。上述过程为知识或技术从无到有的过程，从反向到正向的过程，而在实际应用时过程则是相反的。比如上述巷识别技术的实现解决问题的过程，先识别巷，巷不够宽，再定义区;而在应用过程中是完全相反的，应该先进行区识别，再进行巷识别。因此，为了让学员更清楚应用的过程，教员给出必要的假设条件，由学员自己完成区、巷识别过程，理解巷识别的过程。
　　4 问题驱动式教学方法的适用原则及注意事项
　　问题驱动式教学方法适用于学员已经掌握基本概念和原理的情况下，在教员的引导下能够综合运用已学过的知识解决新问题，形成新的方法的教学内容。根据教学内容和学员的认知情况，真正从学员的角度出发设计问题，设计驱动过程，让学员通过这个过程将旧知识提取、整理、融合、翻新、迁移及融入少许新知识，形成他们自己认知范畴的新理论和新方法，进而达到培养学员工程素养的教学目标[4]。
　　问题驱动式教学方法在教学设计应用过程中要充分考虑“以问题为核心，以教员为主导，以学员为主体，确定问题是核心，怎样驱动是关键，工程素养是目的”。因此，在利用问题驱动式教学方法组织教学过程中要注意三个问题：
　　1）整个过程符合知识发生的过程，是真实或接近真实的，才能真实有趣地反映创造者的思维;
　　2）问题的设计要与知识点密切联系，既要能牵出教学内容，又要难度适中，不能高出学员的认知范围;
　　3）驱动过程一定要能够真正引导学员解决问题，符合学员的认识过程，这个过程可以从模糊到清晰，从现象到本质，从无到有，从已知到未知，而不能脱离学员的认知范畴。
　　“教无定法，贵在得法”，能根据教学内容和学员对先验知识的储备情况，使用相应的教学方法因材施教，可以使教学效果更加显著。对于任何一个学科或一个原理或一个概念，都有其产生的前因后果，只要搞清这个过程，就是一个问题驱动式教学过程。因此，在教学设计时只要本着探究的心态一探究竟，就能找出问题驱动式的教学思路。问题驱动式教学方法的实施要达到讓学员主动参与，充分调动学员思维，激发学员求知欲，实现参与式教学过程的教学目的。
　　参考文献
　　[1]徐文彬.本原性学科问题驱动课堂教学的理论与实践[J].教育理论与实践：学科版，2007，27（6）：38-40.
　　[2]方江.军校教员教法论[M].北京：海潮出版社，2004.
　　[3]肖红，王辉.基于计算思维的任务驱动教学模式在“数字图像处理”课程中的应用[J].教育教学论坛，2014（2）：205-206.
　　[4]李宏岩，赵丕锡.基于创造思维的任务驱动教学模式[J].黑龙江高教研究，2015（10）：166-169.
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