PBL 教学法在土建类硕士研究生课程教学中的探索

时间：2024-06-19

江学良，杨慧，b

（中南林业科技大学a.土木工程与力学学院；b.流变力学与材料工程研究所，湖南长沙 410004）

研究生教育是我国高等教育的最高层次，承担着培养高层次创造型人才的任务。目前，我国的研究生的招生规模虽然已居世界前列，但是教育质量下降、研究生创新能力不足却已成为社会的共识。课程教学是研究生培养的基础环节，在培养研究生的创新精神与创新能力方面起着举足轻重的作用，但我国高校在研究生课程教学方面存在着诸多问题［1］：

（1）课程体系不够系统、课程设置缺乏层次。课程体系没有与培养目标紧密结合，存在着“因人设课”、“因课设人”的情况；有些教师的授课内容和方法比较随意、与课程无关或关联度不高，课程有名无实；在课程设置上，有些学校存在研究生教学“本科化”的倾向，课程内容没有体现出研究生教育的特点。

（2）课程教学内容陈旧、更新速度慢。不少研究生课程内容跟不上知识更新的速度，对学科发展的最新知识、最新进展与最新成果介绍不够，导致学生无法把握学科发展的最新动态。

（3）课程教学方法不科学。大多采用传统的灌输式教学方法，研讨、实验和调查研究等方法应用不足，师生之间缺乏互动，学生课程学习的积极性不高。硕士研究生课程教学有着明显不同于本科生课程教学的本质特性，主要体现在教学内容的学术性与前沿性、教学过程的未知探索性、教学方式的指导性与教学关系的互补性等方面［2］。传统的研究生课程教学模式显然无法很好地满足其本质特性，探索新的研究生课程教学模式、加强研究生创新精神与创新能力的培养是一个迫切需要深入研究的课题。

基于项目的学习（Project－Based Learning），简称为PBL，是一种探究式的学习模式，在教学理念、实施方式及教学效果评估等方面与传统的学习模式（Lecture Based Learning，简称 LBL）有着根本区别。在LBL学习模式中，教师占有主导地位，决定着教学的内容、方法与进度，而学生始终处于被动接受知识的地位，不利于学生创新能力的培养。教师教学方式单一，主要采取灌输式教学，不关心个体的学习兴趣、能力与个性特征。在PBL学习模式中，教师主要起引导作用，学生在老师的引导下，经过提出问题、建立假设、自学解疑、论证假设的逻辑过程获取知识［3］。国外大量的研究与实践证明，PBL学习模式是对传统学习模式的颠覆，需要重新构建课程体系、课程教学内容与教学方法，PBL学习模式的实施有利于提高学生的自主学习能力、创新能力与工程实践能力，也有利于培养学生的团队精神与团队协作能力。

一、研究生课程教学应用PBL的现状分析

PBL学习模式是美国Barrows教授首先创立，最早在医学教育领域得到了广泛应用，后来被欧美国家广泛应用到生物学、生理学、心理学、工程学、经济学、管理学等多个学科领域的教学中，并取得了显著的教学成果。我国在上世纪90年代就引入了PBL理论，但由于我国高等教育总体上还是“以学科为基础”的课程体系，招生规模大，相对不足的师资力量和教学资源难以支撑课程体系的颠覆性改变，PBL真正应用于教学实践的还是非常有限，主要是一些医学教育工作者在某些医学课程的教学中应用或借鉴PBL教学模式，进行了有益的尝试和探索。

朱庆林等［4］将PBL教学法应用在牙体牙髓病学研究生临床教学中，提出了在问题提出、资料收集、集中讨论、临床操作和归纳总结等环节的实施方法；刘星霞等［5］在研究生干细胞课程中采用了PBL教学法，一定程度上克服了传统教学方法的弊端，提高了研究生的科研素质与创新能力；胡冬梅等［6］研究了PBL教学法在研究生卫生统计学实验教学中的应用效果，认为PBL教学法能有效提高研究生实验教学的质量；杜丽坚等［7］将PBL教学理念引入医学硕士研究生实验教学课程，通过对传统教学法与PBL教学法的实施效果的对比分析，认为PBL教学法提高了学生的创新思维能力、自主学习能力、实验操作能力和团队合作精神；祖雅琼等［8－9］设计了PBL教学质量评价问卷，分析了问卷的信度与效度，并对PBL的教学效果与影响因素进行了评价。

在医学以外的其他领域研究生课程教学中，PBL教学法也有一些有益尝试，如张维刚［10］将PBL教学法应用到了电视纪录片创作的课堂教学中，对实施步骤与实施效果进行了研究；郑翔等［11］将PBL教学法引入到工科研究生有限元分析课程，通过改革课程体系、创新评价体系，整合知识、优化教学内容，加强了学生自学能力与科学研究能力的培养。

在课程教学中引入PBL教学法，借鉴了PBL小组讨论、案例学习的理念和方法，但学习和讨论的内容局限于课程或某一学科内部，不涉及多学科的渗透和融合。虽然此种方式为国内外许多推崇PBL教育理念的教育专家所诟病，认为它没有体现跨学科的知识融合与应用，本质上并没有贯彻PBL的内在精神。但应该说它是比较符合我国教育国情和学生特点的初步尝试，有其存在的合理性和不应低估的价值和意义。

土建类专业大学毕业生经过大学四年的本科学习，具备了较为深厚的数学、力学、结构设计等基础知识，但是却缺少有效的教学平台与教学途径将有关知识整合起来，提高学生发现问题与解决实际工程问题的能力。将PBL教学法引入到土建类研究生的课堂教学过程是一条提高学生创新能力的有效途径，它以问题为中心，以学生为主体，在教师的整体把握和指导下，进行自主学习，自主解决问题，在解决问题的过程中可以提高学生实践动手能力与创新能力。目前在土建类研究生课程教学中还少有应用PBL教学法的先例，所以有必要对PBL教学法引入土建类研究生课程教学的实施步骤与效果进行有益探索。

二、土建类研究生课程PBL教学实践

将PBL教学法引入土建类硕士研究生的课程教学，以研究生课程《地下结构》为例，说明PBL教学法的实施过程。

（一）整合课程内容，完善知识结构

首先对《地下结构》的教学内容进行了整合，对各部分教学内容的学时进行了调整，改变原来以理论教学为主的传统教学模式，增加了地下结构分析软件的学习、应用的学时，加强了对地下结构研究学术前沿相关内容的授课学时，构建了基于地下结构基本理论、MIDAS GTS软件操作及开发、地下结构研究前沿三位一体的课程体系，实现了地下结构课程教学的模块化与项目式教学。在课程教学中，引入教师的科研项目与设计院的实际工程项目，并将科研项目与工程项目的解决思路、分析方法与解决方案介绍给学生，使教学与科研项目、工程项目相结合，提高学生解决工程实际问题的能力、创新能力与科研水平。

通过整合地下结构课程涉及的内容，将基础理论分为地下结构静力分析理论与方法、地下结构动力分析理论与方法、地下结构试验与测试技术三个模块，其中地下结构静力分析理论与方法包括荷载－结构法、地层结构法、信息反馈设计方法等。这些内容每一项都十分繁杂，涉及到岩土力学、结构设计、数值分析、动力学与试验技术等许多方面，课堂教学的学时不可能将各个知识点都讲透彻，为此，大量压缩了那些在本科教学中涉及过的知识或是学生经过自学能够理解的知识的讲授课时。

为了加强学生对地下结构前沿学术问题研究的了解，在课程教学中设置了专题理论研究，如地下结构抗震设计研究前沿、长大深埋隧道研究前沿、隧道施工技术研究前沿等。另外，为培养学生的动手能力与创新能力，结合教师科研项目与实际工程，还设置了以项目为导向的专题应用研究，以加强学生对试验方案设计能力培养以及对实际工程项目的建模和分析训练。地下结构课程体系的结构示意图如图1所示。

图1 地下结构课程内容体系

（二）PBL教学法的实施步骤

PBL教学法强调学生参与、强调小组学习与交流，它的实施步骤可以分为选定与设计项目、制定计划、活动实施、成果交流与活动评价5个步骤，如图2所示。基于项目的学习对学生来说是一种全新的模式，所以在实施前将PBL教学的基本理念、方法与过程对学生进行了介绍与说明。

图2 PBL的实施步骤

1.PBL教学法的项目设计

PBL的项目是指针对课程教学内容设计的由学生或学习小组独立完成的任务。项目设计时注意把握以下几个原则：

（1）项目是开放的，是能够自由探索，对学生来说具有一定的挑战性，以此来激发学生的学习、探究的热情。

（2）项目在实施过程中要能够引导学生掌握课程涉及的基本概念、基本理论与基本方法。

（3）项目应接近现实或具有真实情景，应该与教师科研项目或工程实际问题结合。

（4）项目的设计也要考虑到课程的教学目标能否实现，与学生的知识结构、技能水平与时间是否匹配。

根据以上原则与选课的学生人数，一共设计了两个项目，一是“浅埋偏压隧道地震灾变行为与抗震性能评价”（以下简称项目1），要求学生撰写一份国内外研究现状的报告，并完成试验方案的设计；另一个是“三维隧道施工阶段分析”（以下简陈项目2），要求利用MIDAS GTS完成隧道的建模与分析。

2.PBL教学法的计划制定

PBL的计划是指教师根据具体项目制定的指导性计划与学生制定的个人或小组计划。鉴于2012级硕士研究生有8人选修了《地下结构》，将8人分成了2个小组，每个小组4人，设小组长1人，每个小组都要完成项目1与项目2的任务。教师制定的指导性计划如下表1所示。

3.PBL教学法的活动实施

《地下结构》课程PBL教学主要分为三个阶段进行实施。

第一阶段（第1周～第4周）为地下结构基本理论与MIDAS GTS基本原理与基本操作学习阶段。地下结构课程的理论性较强，涉及面很广，必须保留一定的理论教学学时，与传统教学不同的是：（1）内容精炼，课时压缩；（2）教师授课时由工程实际问题入手展开对知识点的讲解，以激发学生学习热情，引导学生由此建构知识体系；（3）要求学生针对某一主题查阅文献，课堂讨论与交流，最后由教师点评。

表1 PBL指导性计划

第二阶段（第5周）为地下结构前沿学术问题专题理论研究。要求每个学生选择 “地下结构抗震设计研究前沿”、“长大深埋隧道研究前沿”、“隧道施工技术研究前沿”三个专题中的一个专题，独立查阅文献资料并制作PPT课件，每个学生都要上台演讲汇报，并与同学、老师讨论。

第三阶段（第6周～第15周）为PBL项目实施阶段。要求2个学习小组按照PBL指导计划表的要求完成相关任务。

4.PBL教学法的成果交流

在PBL教学法实施的各个阶段，学生之间、学生与任课教师之间都广泛开展了讨论与交流，并且在第三阶段的学生过程汇报时，还邀请了地下工程教研室的其他教师参与讨论与交流，通过成果交流，学生开阔了视野，提高了实践动手能力与创新能力。

5.PBL教学法的活动评价

在《地下结构》课程开展PBL教学，还只在2012级硕士研究生中实施过一次，学生对此还有些不大适应，但是教学效果还是得到了学生与教师的一致好评，主要体现在以下几个方面：

（1）PBL教学法能够激发学生的学习兴趣，学生自主学习的积极性明显提高，课堂气氛明显要比传统教学法活跃，学习质量有显著提升。

（2）PBL教学法符合研究生课程的学习特点，能够比较切实地满足研究生课程的本质要求，学生自由度较高，学术研讨氛围较浓厚，能够更好地培养学生的自主学习能力、解决工程实际问题的能力、创新能力与科研能力。

（3）PBL教学法密切了师生关系，增进了同学之间的感情，培养了团队合作精神。

三、PBL教学法实践过程中的难点与对策

（一）教学学时与教学内容的矛盾

《地下结构》课程只有40学时，采取PBL教学模式是远远不够的，如何解决学时与教学内容之间的矛盾是一个很现实的问题。我们在PBL教学中采取了拉长教学时间跨度，利用学生课外时间进行学习的方法来解决这一矛盾，取得了较好的效果。第一阶段与第二阶段的学习，每周安排一次3～4学时的集中教学，在课堂上留下许多问题或作业要求学生在课后利用课外时间进行自主学习；在第三阶段的学习，也每周安排一次2～3学时的集中教学，主要解决学生在项目实施过程中的疑问，项目的实施主要依靠学生的课外时间完成。这种做法在《地下结构》课程教学中有效，但如果有多门课程同时实施PBL教学，势必使学生的负担加重，如何确保教学效果有待进一步深入研究。

（二）理论教学与工程应用的矛盾

地下结构理论涉及的学科较多，知识内容丰富，以往的教学经验表明，学生在理解基本理论方面有一定的难度，并难以将基本理论与工程应用结合起来。在PBL教学实践中，借助教师的科研项目、实际工程项目与MIDAS GTS软件，架设起理论教学与工程应用之间的桥梁，引导学生在制定试验方案、应用软件解决工程实际问题中，加深对基本理论的理解，并提高分析问题与解决问题的能力。这一做法的效果得到了大多数同学的证实，但也有个别同学反映，这种做法要求太高，理论知识与软件操作都没有学好。