“互联网+”时代下《材料物理》的PBL教学改革与实践

来源:用户上传      作者:赵文燕 田传进 常启兵 徐序 孙良良 王艳香 曾涛 王乐莹

　　摘要：在“联网+”时代下，微课、慕课和翻转课堂等信息化教学中，我国的高等教育也从精英教育转向大众教育，如何提高教育质量，增进学生的学习兴趣和实践能力，培养合格的应用型工科人才是一个突出问题。文章根据《材料物理》课程的特点，结合理工科学生的实际情况，从教学内容、教学方法和考核方式出发，结合成果导向，提出“互联网+”时代下，《材料物理》的教学改革与实践。
　　关键词：“互联网+”;材料物理;教学改革
　　中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）41-0171-03
　　 随着“互联网+”时代的到来，翻转课堂、微课、慕课纷纷来袭，而我国的高等教育也从精英教育向大众教育转变，教育质量成为一个突出的问题。教师如何寻求更为积极、有效的教学方式，为学生多元化、全方位的学习给予指导是一个关键。
　　《材料物理》是一门兼具理论性与实践性的课程，是材料科学与工程学院材料物理专业的重要专业基础课。对刚进入专业课程的学生而言，该课程内容较为抽象，学习比较困难。如何调动学生的学习积极性和主动性，培养学生扎实的材料物理学基础知识，使学生熟练掌握物理性能的研究和实验技能，并培养学生的创新能力，引起人们的重视。
　　在一般教学活动中，我们要解决四个问题：我们想让学生取得的学习成果是什么，为什么要让学生取得这样的学习成果，如何有效地帮助学生取得这些学习成果，如何知道学生已经取得了这些学习成果？“以问题为基础的学习”（PBL）教学模式作为一种优秀的教学模式，强调把学习设置到复杂、有意义的问题情境中，鼓励学生通过自主学习和集体讨论、相互协作分析、解决问题，从而掌握相关的科学知识[1]。1966年，加拿大的Mcmaster大学首先开创了PBL教学，随后在60多所医科学校中得到推广和修正，20世纪80年代在北美获得较快发展，至1991年，美国70%的医学院不同程度地采用了PBL教学法，包括培养研究生的领域、中小学及大学教育领域。90年代，PBL引入我国。2004年，我国加快了对学生自主学习模式的研究，相继设置了PBL课程[2-5]。本文结合教学工作实践，把“互联网+”时代下的PBL教学应用到本校的《材料物理》课程教学中，运用计算机和网络丰富教学形式，培养学生的创造性思维、综合分析问题、解决问题、自主学习、团队合作和组织协调能力。
　　一、PBL教学模式对提高教学质量的作用
　　这里所说的教学质量是指学生最终取得的学习结果，是学生通过某一阶段学习后取得的最大能力，而PBL教学模式的作用体现在实现教学成果的过程中。
　　（一）“互联网+”时代下的PBL教学使学生对《材料物理》的学习具有探索性、主动性
　　在《材料物理》的教学中，传统的灌输式教学一般是“老师讲，学生听”，这种方式以教师为中心，以知识为本位，学生处于被动地位，学生的学习只能跟随老师的思路为学知识而学习，不能发挥学生的探索性和主动性。而“互联网+”时代下的PBL教学法以学生为中心，以问题为基础，学生通过互联网平台讨论、查找资料等多种方式获得解决问题的方法和答案，这就使学生的学习由被动变为主动，由盲目变为有目的地探寻问题的答案和实质的主动探索过程。
　　（二）“互联网+”时代下的PBL教学使学生对《材料物理》的学习具有问题性和参与性
　　在《材料物理》的传统教学模式中，学生只是知识的接受者，没有参与感。在“互联网+”时代，PBL教学法以问题为基础组织学生学习，要求学生通过互联网等手段，围绕问题进行学习，问题成为学生学习的动力和培养综合思考能力及解决问题能力的材料;通过探索、解决一个个问题，学生不但学习了材料物理的相关知识，也学会了解决问题的思路和方法，同时解决问题的过程又成为学生发现问题、提出问题进而解决问题的过程。以学生为中心的教学法，要求学生作为课堂教学的主体，使学生参与到教与学的过程中，最大限度地发挥学生的能动性和创造性，有利于学生真正理解、掌握知识及多方面能力的培养。
　　（三）“互联网+”时代下的PBL教学能激发学生对《材料物理》的学习兴趣，培养思考和解决问题的能力
　　《材料物理》课程的内容比较抽象、难懂，传统的教学方法容易使学生产生厌倦感，而在PBL教学法中，我们在课程的开始就提出了问题，学生带着问题学习，有兴趣解决这些问题，就会变被动学习为积极主动参与和探索，学生要利用互联网等多种途径进行知识质疑、判断、比较、选擇及分析、综合、概括等认识活动，利用多种思维和认知方式解决问题，其实就是学生逐步获得综合思考和解决问题能力的过程。
　　二、PBL教学设计的具体实施方案
　　传统教育是学科导向的，遵循专业设置按学科划分的原则，教育模式倾向于解决确定、线性、静止封闭问题的科学模式，知识结构强调学科知识体系的系统性和完备性，教学设计更加注重学科的需要，在一定程度上忽视了专业的需求。而“互联网+”时代下的PBL教学由教师制定学习目标，分析学习内容、学习者特点，并通过网络平台为学习者提供学习资源，同时设计问题，并根据学生的特点合理分组，让学生通过互联网等手段分析、探究问题从而解决问题，以达到学习的目的。具体实施方案为：
　　（一）分配小组
　　在作为一个小组探索问题之前，学生们要互相认识，为合作学习建立基本的规则，创设舒适的气氛。学习者和促进者（facilitator）（通常为教师）分别做自我介绍，互通姓名，形成毫无偏见的氛围。
　　（二）设计一个新问题
　　用少量的信息给学生提供一个复杂的问题，这个问题应该尽量与其在现实世界中的情况相接近，能够吸引学生。学生要选一个人做记录员，负责在“白板”（whiteboard）上记录解决问题的过程，包括问题所给的事实信息、学生们的想法和假设以及所确定的学习要点和活动计划。在开始解决问题前，学生和促进者要对问题解决的目标形成共同的理解。教师可能会问学生：“通过这个问题你想学到什么？”这个问题可以形成共同的学习目标，而参照该目标，教师可以更好地了解小组的进步情况，及时纠偏，或提醒学生看是否需要调整目标。学生可能会向教师提出问题，以便获得有关信息，也可能通过自己查资料、做实验或其他探究活动获取更多的事实资料。在解决问题的过程中，学生要确定对解决问题很重要、他们又不太理解、需要进一步学习的概念，即学习要点（learning issues）。在开始解决问题时，教师可能会更多地引导，比如问学生是否该把某些概念列在他们的学习要点中。随着学习的进行，学生能更多地管理学习要点，促进者就要慢慢地“隐退”。当学生对问题已经形成了一定的理解，而某些知识的缺乏又严重阻碍了问题的解决时，学生们就要分头去探索他们所确定的学习要点了。 　　（三）后续行动
　　小组成员再次集合，沟通他们所学的知识，基于他们新学习的知识形成新的解决问题的假设。在分享他们的学习成果时，学生们要评价自己的信息以及他人的信息，看信息是如何得来的，来源是否可靠等，这是促成自主学习的重要途径。
　　（四）活动汇报
　　各小组采用用各种不同形式报告自己的结论以及得出结论的过程。PBL强调的不只是让学生解决问题，而且要让他们理解问题背后的关系和机制。
　　（五）问题后的反思
　　为了提炼他们所学到的知识，学生们要有意地反思解决问题的过程。要考虑这个问题与以前所遇到的问题的共同点与不同点，这可以帮助他们概括和理解新知识的应用情境。此外，学生们在评价自己以及他人的表现时，同也是对自主学习和通过合作解决问题的活动进行反思，这对高级思维技能的发展是很有意义的。
　　总之，“互联网+”时代下的PBL教学模式有利于学生更好地记忆、理解、运用知识。在现行教育体制理论与实践脱节的现实下，PBL教学模式是很好的解决方案，它有助于培养学生的创造性思维、综合分析能力、自主学习能力、解决实际问题的能力、团队合作和组织协调能力，这与现代社会对人才培养的要求基本一致，值得推广和实施。但是在推广实施过程中还存在很多问题，针对这些问题，我们可以采取逐步过渡的方式，首先对部分内容进行PBL教学模式试点，在实践中不断探索，努力克服传统教学模式的弊端，促进PBL教学模式的推广，使我国的教学模式更加科学、合理、高效。
　　三、PBL教学模式能够解决现实问题
　　“互联网+”时代下的PBL教学模式相较传统的教学模式优势显而易见，能够解决一些传统教学中存在的问题：
　　（一）可以改变传统教学理念，转变教师角色
　　传统课堂是“填鸭式”的灌输课堂，“以教师为主体、以讲课为中心，知识主宰着课堂，老师成了知识的权威，学生成了知识的“容器”，教学过程成了“复制”知识的过程，容易忽视学生的个人兴趣、爱好、能力及个性特征，学生始终处于消极被动的地位。PBL教学模式“以学生为主体、以问题为中心”，在教师的整体把握和指导下，学生充分利用图书馆、电脑学习软件、文献检索系统、磁带、录像、模型以及网络等多种形式进行自学，主动参与，大大提高了学习效果。
　　从教学的角度，指导老师长期与同一小组学生接触，了解学生的兴趣、爱好和个性特点，重视学生的个体差异，更便于在学习过程中进行有的放矢的指导，密切师生联系，加深师生感情，形成双向交流的新型师生关系。
　　（二）能够完善教学评价体系
　　传统的教学模式评价的主体是老师根据考试的成绩量化，但这不适合PBL教学模式。PBL教学模式下学生的教学效果很难用一张试卷量化，它强调的是学生的自学、学生之间的协作及发现问题、解决问题等能力的提高程度，这些都是现存的评价体系无法满足的。因此，我们要完善教学评价体系。
　　PBL模式的考核可根据每次讨论会学生发言的次数、质量及资料复习、书面报告进行综合评估，从基本概念、解决问题的能力、方法、思路等方面考查，在一个学习模块结束后，进行客观性技能知识考核，这种分散的主题考试和最终的综合考试、主观和客观、定性和定量相结合的评估体系，科学地判断了学生学习的实际效果，与课程的进行形成良性循环，激励学生在下一个主题模块的学习中更加投入，从而进一步加强学习效果，也推进了考试的改革。
　　四、总结
　　本文结合《材料物理》课程对“互联网+”时代下的PBL教学模式的流程和问题设计原则进行了阐述，PBL教学模式使学生由传统教学模式向数字化学习模式转变，对学生综合素养的提升有一定的促進作用。而问题设计的优劣决定了此教学模式的应用效果，教师要将重心放在问题的设计上，并在指导学生的同时进行过程性评价;探索和完善此教学模式。
　　致谢：本文工作得到江西省普通本科高校中青年教师发展计划访问学者专项资金项目资助和江西省高校教改课题“互联网+”时代下《材料物理》的PBL教学研究项目资助，项目号JXJG-16-1-6，特此感谢！
　　参考文献：
　　[1]赵文燕，田传进.“互联网+”时代下PBL教学模式及问题设计的原则[J].大学教育，2018，（2）.
　　[2]杨海莲.以学生为中心进行基础生物化学研究性教学[J].中国大学教学，2006，（2）：35-36.
　　[3]麻彦坤，叶浩生.维果茨基最近发展区思想的当代发展[J]，心理发展与教育，2004，（2）：89-93.
　　[4]Chuska K R.Improving Classroom Questions：A Teacher's Guide to Increasing Student Motivation，Participation，and Higher-Level Thinking[M].Phi Delta Kappa Educational Foundation，8th St.and Union Ave.Bloomington，IN 47402，1995.
　　[5]Atwood V A，Wilen W W.Wait Time and Effective Social Studies Instruction：What Can Research in Science Education Tell Us[J].Social Education，1991，55，（3）：179-81.
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