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摘要:阐明了在“传热学”课程教学中引入“基于问题的学习”教学模式的意义,介绍了该教学模式应用于传热学教学过程的方法,指出加强问题情境的设置和实现角色的互换是教学成功的关键。学生作为学习的主体,通过自主学习与小组合作来解决问题,其创造性思维能力,提出、分析、解决问题的能力以及团队合作能力都得到了培养。
关键词:基于问题的学习;教学方法;传热学
作者简介: 严嘉琳 (1968-),女,广西靖西人,广西大学材料科学与工程学院,副教授,工学博士,主要研究方向:合金相图、相变与合金设计。(广西 南宁 530004)
基金项目:本文系新世纪广西高等教育教学改革工程“十一五”项目(桂教高教[2009]83号)“创新研究型金属材料工程专业人才培养模式的研究与实践”(项目编号:2009B004)的研究成果。
随着现代社会越来越强调学生的创新能力,21世纪我国高等教育改革把提高大学生的学习能力、实践能力和创新能力,培养创新型人才,确立为教学工作的重点,倡导在教学过程中推进研究性学习,为学生提供更多的自主学习的时间和空间(教育部教高[2005]1号文件)。由此,各式各样的研究性学习模式得到了迅速发展,“基于问题的学习”(Problem-Based Learning,简称PBL)就是其中一项重要的措施,近年来在国内受到了广泛的重视。[1]事实上,PBL教学模式早已成功地运用于欧美国家大学低年级工程类专业大学生课程教学中。[2,3]我们在“传热学”教学中,发现部分学生因为只看到教材中大量的数学描写和公式,不明了基本理论尤其是定量的数学描写和实际问题的联系,感到困难多,兴趣不高,导致产生畏难情绪而厌学。针对这种状况,为达到良好的教学效果,我们尝试将PBL教学模式引入教学中。本文结合广西大学材料科学与工程学院金属材料工程专业的特点,论述PBL教学法在“传热学”教学中的应用。
一、PBL教学模式的实施及意义
PBL是指把学习置于复杂的、有意义的、真实的问题情境中,通过让学生以小组合作的形式共同解决复杂的实际的问题,来学习隐含于问题背后的科学知识,形成解决问题的技能,并发展自主学习能力的一种新的教学模式。[3]与传统教学方法不同,PBL教学法以学生为主体,其主要特征是以问题为中心的学生自主学习与小组合作。
“传热学”主要研究热能传递过程及其规律,是能源动力类、机械类等专业本科生的一门基础必修课程。这门课包含着一定量的数学计算和经验公式的运用,同时又是一门与工程实际结合紧密的学科,适合于采用一定比例的理论课多媒体教学和PBL教学相结合的教学方式。对于50人的大班,我们采取的方案是在学期初将学生分成小组,固定每组5人。将教学内容围绕问题情境组织编排,有效结合理论课教学和PBL教学活动,各章节知识的引入以其工程背景及应用为切入点,在理论课前先设置一个真实的情境,提出实际问题,然后在学完某一部分内容后,开展一次PBL教学活动,每次持续两到三周时间,让学生有足够的时间来理解和消化所学的基本概念和基本计算方法、利用网络和图书馆资源对所要解决的问题进行调研,通过向专家请教、小组讨论分析等活动,提出解决问题的办法,完成书面报告,并指定代表做口头报告。
传热问题的求解思路通常是将实际问题抽象成物理问题并采用数学方程来定量描写和计算,由于教材中的例题和习题大部分是从实际问题中抽取某一方面进行高度抽象而形成,是为了学习和检测知识点而设定的,这就容易使学生迷失于为计算而计算之中,不理解这些公式或准则数所反映出来的物理意义。PBL教学活动的开展使学生带着问题上理论课,在课后思考这些真实的实际情景与所学公式的联系,通过自主学习和小组讨论尽可能地分析和解决问题,随后在PBL教学课堂上,在教师的引导下学会将复杂的工程实际问题进行必要而合理的简化,一步一步地理解和把握问题的本质和公式方程的物理意义,从而建立计算模型,运用掌握的知识得出一定准确性的结果。PBL教学活动使学生看到了理论知识与实际生活的直接联系,通过解决实际问题,有利于培养学生的工程观念。在基于问题的学习中,学习过程就是解决问题的过程,学生通过自主学习获得知识,产生成就感,这有利于学生明确学习的目的,激发学习的兴趣。另外,在PBL活动中,学生还能学到一些沟通技巧,培养团队意识,提高表达能力。
二、PBL教学模式的应用
1.问题的设置
PBL教学法以问题为中心,因而问题的设置很关键。这就要求教师重视挖掘教材,联系生活,精心设计问题,既要把知识点巧妙地隐藏在问题里,又要问题能吸引学生的兴趣,具有现实性和前沿性,同时难度适中,以大部分学生通过“跳一跳才能摘到桃子”的努力能完成为宜。[4]问题太难会使部分学生丧失信心而不愿参与活动。通常在完成一章的教学后,依据该章要求学生掌握的基本概念和内容,设计一些与实际生活和工业需求相关的问题,使学生在运用知识点解决问题的同时,体会到学习的意义,意识到学习与自己将来的工作前途息息相关,从而产生学习的动力,逐渐从消极的、被动的或应付的学习转向积极的、主动的学习。
“传热学”课程主要分为三大部分:导热、对流和热辐射。随着科技的进步和社会的发展,伴随着世界范围的能源危机问题,传热学的应用领域日渐扩大,如要考虑房屋的节能环保、要考虑微纳米电子器件的散热等等,让学生学会结合实际工程传热问题,应用传热学的基本概念和基本理论来分析问题、解决问题,是课程教学的目的。在第一节课讲授“传热学”绪论时,我们提出很多与生活现象有关的思考题,作为第一次PBL活动的问题,如为什么同样是22度的室温,在夏天人感到热而在冬天感到冷?温室效应的原因?美食与烹饪器具关系?从减少汽车空调制冷能耗的角度考虑,在炎热的南方汽车外壳选什么颜色好等等。这样通过选择学生熟悉的生活中的传热现象作为案例,创造逼真的教学情境,使学生产生学习传热学的兴趣,另外让学生在接触该课程之初就要学会综合导热、对流和热辐射这三种传热方式考虑他们身边熟悉的实际问题,有利于培养学生的创造性思维。随着学习的深入,学生在完成教材中一定量的从各种工程问题中提炼出来的习题(可称之为结构良好的问题)之后,对理论知识、公式、实验关联式的应用有了一定的认识,逐步形成了误差概念,树立了工程的观点,在这个层次上教师可以提出一些设计性的或开放性的、没有唯一答案的问题(结构不良的问题),如为北方寒冷地区的居民设计节能保暖的房屋;发动机叶片设计;电脑芯片的冷却问题等等,开展另一个单元的PBL活动。而有的小组在努力解决真实情境中的问题过程中,发现他们感兴趣的有意义的新问题,从而开始了自由选题、自主研究的路子。
2.角色的转换
在PBL教学活动中,贯彻“以学生为主体”的原则,学生不再是知识的被动接受者,而是主动的知识探索者和问题解决者。他需要主动的思考,在面对问题时分析自己已掌握了什么知识,为有效地解决这个问题,还需要学习什么知识、需要掌握什么技能?在努力解决问题的过程中,逐渐学会综合运用在学习过程中相对独立的关于导热、对流和热辐射三种传热方式的知识,学会围绕问题主动地收集信息、评估信息,学会创造性地思考和设计具体的解决问题的方案。教师则由“台上独角”转变为“场外指导”,巡回于各小组间,监控、倾听小组成员的讨论,适当地给予引导和反馈。例如在讨论电子器件散热器的设计时,各小组成员摆出查阅的资料,通过交流讨论,组合重要的有用的资源,不断地加深对问题的理解,逐渐对问题获得一个较为全面的认识,提出各种设想和可能的解决方案。教师引导学生结合金属材料专业的特点,考虑不同材料(如铝、钢、铜等)、不同大小形状、不同分布对散热效果的影响,考虑生产过程的材料成本、加工难易程度与加工成本、使用寿命与维护费用等,不断地激发学生去思考、去探索,鼓励学生提问,让学生学会全面考虑问题,权衡利弊,综合分析,最终解决问题。
在PBL教学法刚引入课堂之初,对于主体互换的角色转换,学生和教师可能都有不习惯,学生再也不能“偷懒”了,学生“被迫”面对问题、解决问题的过程,也是不断地挑战自己的过程,可能会出错或误入歧途。这时教师要注意自己是学习活动的“引导者”,而不是教学生解决问题的具体办法,不要怕学生走弯路而去提醒学生,要使学生认识到自己是解决问题的主体,而不是助手或旁观者。因为真实情境中的问题往往是复杂的结构不良的,没有唯一正确的解决方法,有的时候问题甚至没有明确提出,需要学生自己去发现,解决这样的问题通常会走很多的弯路,况且在走弯路途中,学生同样可以学到许多知识。
我们也注意到,采用PBL教学法碰到的最大问题是小组里可能会有那么一两个学生“滥竽充数”,不参与活动不作贡献。因此有必要采用“同伴评价”表,要求每个小组在课后开展PBL活动时做好记录,包括参加活动人员名单、时间、每人做了什么贡献,并由同伴给出评价以作为评判小组中个人贡献的依据,同时作为课程考核的一部分。另外,在提倡每次PBL活动汇报由不同的学生来代表小组做口头报告的同时,关注学生个体差异,多设置开放性的问题,允许学生以个人或小组的形式通过公开的口头陈述、展览或不公开的书面报告等展示他们的方案和结果,充分调动每个学生的积极性,培养其责任感,让每个学生都能获得成就感。
三、结语
PBL教学法的应用突出了学生的主体地位,引发了学生强烈的求知欲,使得学生充分发挥学习的主动性和创造性,对所学知识在实际工程应用方面有更深的理解,对自己运用知识解决实际生活中问题的能力也更有信心。实践证明,将PBL教学法引入传热学教学是适应社会需求,培养具有综合思维能力和创造性思维能力的创新人才的有效途径。
参考文献:
[1]许晓东,冯向东.理工科本科研究性教学模式的研究与实践[J].中国大学教学,2008,(11): 9-13.
[2]刘宝存.美国研究型大学基于问题的学习模式[J].中国高教研究,2004,(10):60-62.
[3]James Busfield and Ton Peijs.Learning Materials in a Problem Based Course [OL]. http://www.materials.ac.uk/guides/pbl.asp
[4][美]Linda Torp,Sara Sage.基于问题的学习——让学习变得轻松而有趣[M].刘孝群,李小平译.北京:中国轻工业出版社,2004.
[5]王永花.PBL在高校教学中的应用初探[D].南京:南京师范大学,2007.
(责任编辑:苏宇嵬)
关键词:基于问题的学习;教学方法;传热学
作者简介: 严嘉琳 (1968-),女,广西靖西人,广西大学材料科学与工程学院,副教授,工学博士,主要研究方向:合金相图、相变与合金设计。(广西 南宁 530004)
基金项目:本文系新世纪广西高等教育教学改革工程“十一五”项目(桂教高教[2009]83号)“创新研究型金属材料工程专业人才培养模式的研究与实践”(项目编号:2009B004)的研究成果。
随着现代社会越来越强调学生的创新能力,21世纪我国高等教育改革把提高大学生的学习能力、实践能力和创新能力,培养创新型人才,确立为教学工作的重点,倡导在教学过程中推进研究性学习,为学生提供更多的自主学习的时间和空间(教育部教高[2005]1号文件)。由此,各式各样的研究性学习模式得到了迅速发展,“基于问题的学习”(Problem-Based Learning,简称PBL)就是其中一项重要的措施,近年来在国内受到了广泛的重视。[1]事实上,PBL教学模式早已成功地运用于欧美国家大学低年级工程类专业大学生课程教学中。[2,3]我们在“传热学”教学中,发现部分学生因为只看到教材中大量的数学描写和公式,不明了基本理论尤其是定量的数学描写和实际问题的联系,感到困难多,兴趣不高,导致产生畏难情绪而厌学。针对这种状况,为达到良好的教学效果,我们尝试将PBL教学模式引入教学中。本文结合广西大学材料科学与工程学院金属材料工程专业的特点,论述PBL教学法在“传热学”教学中的应用。
一、PBL教学模式的实施及意义
PBL是指把学习置于复杂的、有意义的、真实的问题情境中,通过让学生以小组合作的形式共同解决复杂的实际的问题,来学习隐含于问题背后的科学知识,形成解决问题的技能,并发展自主学习能力的一种新的教学模式。[3]与传统教学方法不同,PBL教学法以学生为主体,其主要特征是以问题为中心的学生自主学习与小组合作。
“传热学”主要研究热能传递过程及其规律,是能源动力类、机械类等专业本科生的一门基础必修课程。这门课包含着一定量的数学计算和经验公式的运用,同时又是一门与工程实际结合紧密的学科,适合于采用一定比例的理论课多媒体教学和PBL教学相结合的教学方式。对于50人的大班,我们采取的方案是在学期初将学生分成小组,固定每组5人。将教学内容围绕问题情境组织编排,有效结合理论课教学和PBL教学活动,各章节知识的引入以其工程背景及应用为切入点,在理论课前先设置一个真实的情境,提出实际问题,然后在学完某一部分内容后,开展一次PBL教学活动,每次持续两到三周时间,让学生有足够的时间来理解和消化所学的基本概念和基本计算方法、利用网络和图书馆资源对所要解决的问题进行调研,通过向专家请教、小组讨论分析等活动,提出解决问题的办法,完成书面报告,并指定代表做口头报告。
传热问题的求解思路通常是将实际问题抽象成物理问题并采用数学方程来定量描写和计算,由于教材中的例题和习题大部分是从实际问题中抽取某一方面进行高度抽象而形成,是为了学习和检测知识点而设定的,这就容易使学生迷失于为计算而计算之中,不理解这些公式或准则数所反映出来的物理意义。PBL教学活动的开展使学生带着问题上理论课,在课后思考这些真实的实际情景与所学公式的联系,通过自主学习和小组讨论尽可能地分析和解决问题,随后在PBL教学课堂上,在教师的引导下学会将复杂的工程实际问题进行必要而合理的简化,一步一步地理解和把握问题的本质和公式方程的物理意义,从而建立计算模型,运用掌握的知识得出一定准确性的结果。PBL教学活动使学生看到了理论知识与实际生活的直接联系,通过解决实际问题,有利于培养学生的工程观念。在基于问题的学习中,学习过程就是解决问题的过程,学生通过自主学习获得知识,产生成就感,这有利于学生明确学习的目的,激发学习的兴趣。另外,在PBL活动中,学生还能学到一些沟通技巧,培养团队意识,提高表达能力。
二、PBL教学模式的应用
1.问题的设置
PBL教学法以问题为中心,因而问题的设置很关键。这就要求教师重视挖掘教材,联系生活,精心设计问题,既要把知识点巧妙地隐藏在问题里,又要问题能吸引学生的兴趣,具有现实性和前沿性,同时难度适中,以大部分学生通过“跳一跳才能摘到桃子”的努力能完成为宜。[4]问题太难会使部分学生丧失信心而不愿参与活动。通常在完成一章的教学后,依据该章要求学生掌握的基本概念和内容,设计一些与实际生活和工业需求相关的问题,使学生在运用知识点解决问题的同时,体会到学习的意义,意识到学习与自己将来的工作前途息息相关,从而产生学习的动力,逐渐从消极的、被动的或应付的学习转向积极的、主动的学习。
“传热学”课程主要分为三大部分:导热、对流和热辐射。随着科技的进步和社会的发展,伴随着世界范围的能源危机问题,传热学的应用领域日渐扩大,如要考虑房屋的节能环保、要考虑微纳米电子器件的散热等等,让学生学会结合实际工程传热问题,应用传热学的基本概念和基本理论来分析问题、解决问题,是课程教学的目的。在第一节课讲授“传热学”绪论时,我们提出很多与生活现象有关的思考题,作为第一次PBL活动的问题,如为什么同样是22度的室温,在夏天人感到热而在冬天感到冷?温室效应的原因?美食与烹饪器具关系?从减少汽车空调制冷能耗的角度考虑,在炎热的南方汽车外壳选什么颜色好等等。这样通过选择学生熟悉的生活中的传热现象作为案例,创造逼真的教学情境,使学生产生学习传热学的兴趣,另外让学生在接触该课程之初就要学会综合导热、对流和热辐射这三种传热方式考虑他们身边熟悉的实际问题,有利于培养学生的创造性思维。随着学习的深入,学生在完成教材中一定量的从各种工程问题中提炼出来的习题(可称之为结构良好的问题)之后,对理论知识、公式、实验关联式的应用有了一定的认识,逐步形成了误差概念,树立了工程的观点,在这个层次上教师可以提出一些设计性的或开放性的、没有唯一答案的问题(结构不良的问题),如为北方寒冷地区的居民设计节能保暖的房屋;发动机叶片设计;电脑芯片的冷却问题等等,开展另一个单元的PBL活动。而有的小组在努力解决真实情境中的问题过程中,发现他们感兴趣的有意义的新问题,从而开始了自由选题、自主研究的路子。
2.角色的转换
在PBL教学活动中,贯彻“以学生为主体”的原则,学生不再是知识的被动接受者,而是主动的知识探索者和问题解决者。他需要主动的思考,在面对问题时分析自己已掌握了什么知识,为有效地解决这个问题,还需要学习什么知识、需要掌握什么技能?在努力解决问题的过程中,逐渐学会综合运用在学习过程中相对独立的关于导热、对流和热辐射三种传热方式的知识,学会围绕问题主动地收集信息、评估信息,学会创造性地思考和设计具体的解决问题的方案。教师则由“台上独角”转变为“场外指导”,巡回于各小组间,监控、倾听小组成员的讨论,适当地给予引导和反馈。例如在讨论电子器件散热器的设计时,各小组成员摆出查阅的资料,通过交流讨论,组合重要的有用的资源,不断地加深对问题的理解,逐渐对问题获得一个较为全面的认识,提出各种设想和可能的解决方案。教师引导学生结合金属材料专业的特点,考虑不同材料(如铝、钢、铜等)、不同大小形状、不同分布对散热效果的影响,考虑生产过程的材料成本、加工难易程度与加工成本、使用寿命与维护费用等,不断地激发学生去思考、去探索,鼓励学生提问,让学生学会全面考虑问题,权衡利弊,综合分析,最终解决问题。
在PBL教学法刚引入课堂之初,对于主体互换的角色转换,学生和教师可能都有不习惯,学生再也不能“偷懒”了,学生“被迫”面对问题、解决问题的过程,也是不断地挑战自己的过程,可能会出错或误入歧途。这时教师要注意自己是学习活动的“引导者”,而不是教学生解决问题的具体办法,不要怕学生走弯路而去提醒学生,要使学生认识到自己是解决问题的主体,而不是助手或旁观者。因为真实情境中的问题往往是复杂的结构不良的,没有唯一正确的解决方法,有的时候问题甚至没有明确提出,需要学生自己去发现,解决这样的问题通常会走很多的弯路,况且在走弯路途中,学生同样可以学到许多知识。
我们也注意到,采用PBL教学法碰到的最大问题是小组里可能会有那么一两个学生“滥竽充数”,不参与活动不作贡献。因此有必要采用“同伴评价”表,要求每个小组在课后开展PBL活动时做好记录,包括参加活动人员名单、时间、每人做了什么贡献,并由同伴给出评价以作为评判小组中个人贡献的依据,同时作为课程考核的一部分。另外,在提倡每次PBL活动汇报由不同的学生来代表小组做口头报告的同时,关注学生个体差异,多设置开放性的问题,允许学生以个人或小组的形式通过公开的口头陈述、展览或不公开的书面报告等展示他们的方案和结果,充分调动每个学生的积极性,培养其责任感,让每个学生都能获得成就感。
三、结语
PBL教学法的应用突出了学生的主体地位,引发了学生强烈的求知欲,使得学生充分发挥学习的主动性和创造性,对所学知识在实际工程应用方面有更深的理解,对自己运用知识解决实际生活中问题的能力也更有信心。实践证明,将PBL教学法引入传热学教学是适应社会需求,培养具有综合思维能力和创造性思维能力的创新人才的有效途径。
参考文献:
[1]许晓东,冯向东.理工科本科研究性教学模式的研究与实践[J].中国大学教学,2008,(11): 9-13.
[2]刘宝存.美国研究型大学基于问题的学习模式[J].中国高教研究,2004,(10):60-62.
[3]James Busfield and Ton Peijs.Learning Materials in a Problem Based Course [OL]. http://www.materials.ac.uk/guides/pbl.asp
[4][美]Linda Torp,Sara Sage.基于问题的学习——让学习变得轻松而有趣[M].刘孝群,李小平译.北京:中国轻工业出版社,2004.
[5]王永花.PBL在高校教学中的应用初探[D].南京:南京师范大学,2007.
(责任编辑:苏宇嵬)