基于問題學習的“光學”課程教學改革

王紅成，李洪濤，凌東雄

(東莞理工學院電子工程學院，廣東東莞 523808)

基于問題學習PBL模式已在國外很多院校用來進行教學。該教學模式能更好地培養(yǎng)學生自主學習的能力，推動學生創(chuàng)新思維的建立，提高學生解決實際問題的能力［1-3］。

PBL模式是一種以學生為中心的教學法，其核心是“先問題，后學習”［4］。教師在這種教學法中，根據(jù)實際情況將學生分成若干個小組后，設計一些接近現(xiàn)實的實際問題。學生根據(jù)根據(jù)問題分組學習和討論，通過合作的形式提出解決問題的方案，驗證解決問題方案的正確性(或合理性)，歸納、總結、評價與反思，以此學習和理解相關的學科知識，掌握解決問題的基本技能，形成自主學習的能力［5］。教師圍繞問題為學生提供學習資源并指導學生學習，及時給出反饋。PBL模式學習法可以引發(fā)學生進行深層次的學習。

1 “光學”課程教學中三種PBL模式

1.1 問題引導模式

教師在“光學”課程開展PBL教學中傳授知識時首先提出一個或一系列經(jīng)簡化的實際問題，然后圍繞解決問題的思路和方法，講解知識要點，啟發(fā)學生跟隨教師共同解決問題，并在解決問題的過程中引導學生建構面向?qū)嶋H的知識體系。

例如，在講解“光的衍射”之前，我們首先讓學生透過兩支鉛筆間的縫隙看日光燈會看到明暗相間的條紋，然后提出問題:這明暗相間的條紋是如何得來的?在這個基礎上教師引入衍射的概念。又如，在講解“光的吸收、散射、色散”這一章之前，可以提問學生“為什么晴朗的天空會是藍色的呢?彩虹是如何形成的呢?”等問題，并在此問題的基礎上進行講解“光的散射和色散”等概念。

1.2 問題研討模式

教師將課程內(nèi)容分為若干單元，在每個單元的教學中先講授重點內(nèi)容，在此基礎上提出一個或一系列比較復雜的近似實際問題，并提示解決問題的思路和資源。學生在課外以小組為單位查閱資料和研究討論，形成解決問題的方案;再回到課堂上交流研究成果，教師和其他學生共同進行評價和修正。最后由教師引導學生共同總結和反思學習情況。

例如，在講解“光的偏振”這一章時，教師可以設計一個實驗:讓一束橢圓偏振光通過一個偏振片。若偏振片透振方向沿某方向時強度取得最大值為1.5I0，沿其垂直方向時強度取得最小值為I0，設問那么在其他方向上時強度取何值呢?通過一個1/4波片后再經(jīng)過偏振片情況又如何呢?教師可以提示學生要掌握和運用橢圓偏振光、波片的作用和偏振光的干涉等內(nèi)容，讓學生自主學習相關章節(jié)，回到課堂后再進行討論，最后由教師總結并講解相關知識。

1.3 問題主導模式

教師提出一個完全現(xiàn)實問題，并適度提示解決問題的思路;學生以小組為單位進行分工協(xié)作，通過對本課程和相關課程已學知識的再學習，彌補知識結構上的缺臨，在解決問題的過程中實現(xiàn)能力的遷移，建構解決實際問題的知識結構。

例如在講授完楊氏雙縫干涉知識之后，我們讓學生動手做這個干涉實驗。學生在實驗中觀察到干涉圖樣，但觀察到的干涉圖樣不是書本上所講到的等光強明暗相間干涉條紋，而是具有一定光強分布的明暗相間等間距條紋，其干涉圖樣如圖1所示。這時，教師可以讓學生去尋求實驗結果和理論結果存在差異的原因，啟發(fā)學生自己分組學習衍射相關知識，討論衍射和干涉之間的區(qū)別與聯(lián)系，并讓學生分組研究如何設計一個光柵單色儀。

圖1 實驗中所觀察到的楊氏雙縫干涉圖樣

學生在畢業(yè)后若從事教學儀器設計等工作時，就很有可能遇到這個完全現(xiàn)實的問題。學生運用已經(jīng)學過的光柵衍射和其他光學知識，并學習光學設計方法，通過分工合作完成這一問題的解答，最終設計出滿足條件的小型光柵單色儀。

2 PBL效果評估

由于PBL教學過程中解決問題的答案并不是唯一的，教師要評判學生的成績面臨著巨大的挑戰(zhàn)。我們在“光學”課程成績評定過程中按照課程內(nèi)容、概念性知識和解決問題能力這三方面對學生的PBL進行評價。三者經(jīng)過一定的加權總和之后便可以得到學生的最終成績。這三者的比重依次按照70%、10%和20%進行設定。

課程內(nèi)容考察可以源自課后習題和書本例題等，可以為多項選擇或計算等，主要考察學生對某一特定領域內(nèi)知識的理解程度，主要在期末考試中進行考察。概念性知識評估主要考察學生對各知識點之間關系的理解程度，如考察學生幾種干涉之間的關系、它們的相同點及不同點和它們的優(yōu)缺點等，主要通過其學習報告及課程小論文進行考察。對學生解決問題能力的考察可以通過形成性評估的形式來進行判斷。這種形成性評估需要教師在PBL教學過程中對學生自主學習情況進行了解，分析其掌握知識的程度及運用知識解決問題的能力，可以在學習的過程中進行多次考察或考試。

我們在過去兩學期所開展的PBL教學活動中，均設置了若干次“問題引導模式”教學、3次“問題研討模式”教學、以及2次“問題主導模式”的教學。在教學結束時向?qū)W生發(fā)放138份問卷調(diào)查，收回134份，調(diào)查內(nèi)容及結果如表1所示。

表1 教學滿意度調(diào)查(%)

從表中可知，對PBL教學活動大多數(shù)學生是滿意的，但也有極數(shù)學生認為這種教學方法占用太多課外時間，對PBL教學存有抵觸情緒。

3 結語

PBL是一種深層次的學習，是以實際問題為背景、以解決實際問題為目標的教學過程。我們將PBL教學模式應用于“光學”課程的課堂教學當中，可以促進學生主動參與教學、形成自主學習能力、發(fā)展創(chuàng)新能力。通過一年來的教學實踐發(fā)現(xiàn)，采用PBL學習法，有機地化解了理論知識與工程實踐脫節(jié)的矛盾。取得了良好的教學效果。

但是，在“光學”教學實踐中還有許多問題需要在以后的教學實踐中不斷反思及改進，如怎樣設計出更有針對性地適應教學內(nèi)容并更貼近實際應用的問題，以及如何進一步改進教學方法提高學生學習興趣等。只有深入研究教學理論，不斷探索新的教學方法，借鑒PBL在其他學科成功的經(jīng)驗，PBL教學模式才能在我?！肮鈱W”課程教學中發(fā)揮更大的作用，取得更好的效果。

［1］Hmelo-Silver，C.E.Problem-Based Learning:What and How Do Students Learn?［J］Educational Psychology Review 2004，16(3):235-266.

［2］劉雷，以問題為基礎的自主學習的教學模式的研究［D］.南昌:江西師范大學碩士論文，2006.

［3］黃顯華，霍秉坤，高蘭芳，問題為本學習法:概念、研究與教師角色［J］.上海:全球教育展望，2009，38(8):30-34.

［4］Hmelo C E，F(xiàn)errai M.The Problem-Based Learning Tutorial:Cultivating Higher Order Thinking Skills［J］.Journal for the Education of the Gifted，1997，20(4):401-422.

［5］William G Cunningham，Paula A Cordeiro.Educational Administration:A Problem-Based Approach［M］.Boston:Allyn＆ Bacon，2000:370