新工科背景下基于PBL的工科专业教学研究与实施

张义花,王潍,杨玉娥,赵东,朱晓璇,段德荣（通讯作者）

摘要：针对新工科背景下大学生工程实践能力弱的问题，利用PBL（Project-based Learning）教学模式对专业课程教学过程进行研究与实施。以《汽车创新设计》为例，在PBL教学模式中，以项目为驱动，将教学内容与项目深度融合，通过教师讲授、学生展示等完成知识传授，同时利用项目的实施完成能力培养，最后学生通过答辩和参赛巩固学习效果。从学生的答辩情况、参与竞赛的人数可以看出，PBL教学模式的实施达到了提高学生工程实践能力、团队协作及沟通能力的目的。为PBL教学模式在工科专业中的推广应用提供参考。

关键词：PBL教学模式；工科专业；项目实施；工程实践能力

1引言

2017年教育部办公厅公布了首批“新工科”研究与实践项目[1]，该项目明确了新工科人才培养的要求，即将工程实践能力和创新能力的培养放在重要位置进行推广实施。针对目前学生普遍存在工程实践能力弱的现状，各高校结合国家发展、社会需求、专业培养目标的需要，进行了各种类型的教学改革。北京航空航天大学的张莉等[2]以个性化项目驱动方法对学生的学习过程进行了研究，从项目选题到大小班教学等多维度混合教学过程的实施，解决了零基础大类新生的软件工程专业导论课程学习难度大的问题。刘婷等[3]针对新农科背景，提出了以培养学生的能力为目标，从培养方案、教学过程等多方面入手进行教学改革。改进教学方法是提高教学质量的重要抓手，以提高学生的实践能力为目标的翻转课堂[4]、案例式教学[5]等均得到较好的教学效果。基于前期研究成果[6-8]，将培养学生的工程实践能力为目标，采用PBL教学模式进行教学研究与实施。

PBL（Project-based Learning）教学模式是一种以学生为中心的教学方式，在学习过程中，学生会积极地收集与项目有关的信息、获取专业知识、探讨项目的解决方案，以此来解决项目中的各种问题。因此PBL实施过程中，学生不仅能够应用到所学的专业知识，还可以将工程实践中的问题进行方案的求解和评估，从而提高学生解决复杂工程问题的能力。下面将以《汽车创新设计》为例，进行PBL教学模式的实施。

2教学思路及设计

作为工程教育专业认证的专业，基于PBL教学模式坚持“以学生为中心，以产出为导向，持续改进”教学理念。因此，在《汽车创新设计》课程的PBL教学过程中，形成了如图1所示的教学实施体系图。

图1 基于PBL教学模式的实施体系图

PBL实施过程中的关键是设计和制定一个个与教学内容深度相关联的项目。根据《汽车创新设计》的教学目标和教学内容，表1列出了部分项目，这些项目设计的原则为：包含所有重要的知识点，项目内容要与生活要有紧密的联系。

表1 课程中的部分项目

《汽车创新设计》三个主要内容对应的项目库
功能原理设计	实用化设计	商品化设计
某专用汽车的功能分析及分功能求解	复杂场景救援车的设计	根据价值与功能关系，分析某款汽车的商品化设计
竞赛汽车的创新设计	选择某种经典车型分析人机学设计并进行创新设计	四轮驱动多功能移动平台的设计

教学设计是保证课堂教学效果的关键，在PBL教学模式实施体系的框架下，特别是项目库设置完成后，需要进行PBL的教学设计。如图2所示为基于PBL的教学设计，分为课前、课中和课后，每一阶段都有针对项目的任务和学生需要呈现的内容，使得整个教学过程均以学生为中心，以项目为主线，为提高学生的工程实践能力的培养服务。

图2 基于PBL的教学设计

3教学实施及效果

在PBL教学模式的实施体系下，项目成果的展示方式、教师的引导、评估与总结，以及教学工具及新技术的应用是保证教学效果的重要环节。如图3所示为学生课堂分组讨论环节，该教学环节使得学生就项目的具体问题进行讨论，不仅培养学生的团队协作、沟通能力，而且使得每个学生参与其中、更易理解问题的解决方案在讨论中越辩越明的道理。图4为小组展示环节，即组内同学代表汇报环节，该环节使得解决方案在班级内得到宣传，该过程中教师进行点评和总结，解答学生答惑、分享学习感悟，该环节作为小组互评的重要依据。

图3 课堂中学生分组讨论环节

图4 每组学生代表汇报环节

经过3轮项目驱动式的教学实践，受益学生达到300多人。学生利用项目驱动式教学过程中所做项目，组队参与省级及以上科创赛事，获奖人数逐年增加，见表2，参与度从2018级的24%提高到60%。此外，教学效果还反映在学生学习评价和毕业留言中，近几年学生对教师利用项目驱动式教学的评教成绩逐年提高；从考研同学在毕业留言中反馈：项目驱动式教学在考研复试中发挥重要作用，使得学生能够顺利的回答老师们提出的各类专业问题。

表2 各年级学生参赛人数情况

年级	参赛人数/总人数	参与度
2018级	13/54	24%
2019级	15/52	29%
2020级	30/50	60%

以PBL教学模式为主导，课程组老师多次获得省级、校级教研项目8项，获得校级青年教学能手1名，多次在山东省青年教师教学比赛、校级教学创新比赛、院级教学比赛中获奖。课程组老师们凝练教学关键步骤，不断改革和创新，共发表教学论文十余篇。

为推广PBL教学模式的应用，以课程组为中心，除了每年教学过程不断实践外，将通过院内讲座、校内教学沙龙等专题报告形式宣传教学过程和效果，以教研项目的实施、教研论文的发表等形式，扩大PBL教学模式影响力，为不断提高学生的工程实践能力奠定基础。

4结论

为提高在新工科背景下学生的工程实践能力，进行了基于PBL教学模式的工科教学过程研究与实施，以《汽车创新设计》专业课程为例，得到了如下结论：

1）以项目为主线，将项目与知识深度融合，提高了学生解决工程实践问题的能力；

2）将知识融进项目，通过分组讨论、汇报，培养了学生的沟通、团队协调能力；

3）通过PBL项目的实施，达成了知识传授-能力培养-价值塑造的三位一体育人目标。

参考文献

[1]http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201803/t20180329_331767.html.

[2]张莉,邵兵,葛宁.个性化项目驱动的混合式教学模式设计与实践[J].计算机教育,2023(06):194-198.DOI:10.16512/j.cnki.jsjjy.2023.06.034.

[3]刘婷,胡红,梁剑.新农科背景下“农业机械学”教学实践与改革思考[J].南方农机,2023,54(15):192-194.

[4]张义花,赵东,安延涛等.基于雨课堂的翻转课堂在专业课教学中的应用[J].高教学刊,2019(12):105-107.DOI:10.19980/j.cn23-1593/g4.2019.12.035.

[5]刘瑞芳,孙勇.基于问题导向的人工智能应用案例式教学[J].计算机教育,2023,No.342(06):203-208.DOI:10.16512/j.cnki.jsjjy.2023.06.030.

[6]张义花,赵东,王潍,等.项目驱动式教学在工科专业课教学中的改革实践过程[J].中文科技期刊数据库(全文版)教育科学, 2021(7):2.

[7]张义花 杨玉娥 安延涛 任升峰 赵东刘海龙，《汽车电器与电子技术》线上直播的过程性考核教学研究[J],科学与技术，2022(08)：405.

[8]张义花 赵东 王潍等，课程思政背景下高校通选课教学改革探索与实践— 以《现代汽车概论》课程为例[J],中国科技信息，2022(11):212.