以问题为导向的高效课堂的研究——以中美合作办学的电子类专业基础课为例

罗春娅，李 丹，马智超，吉紫娟，王怀兴

(1.湖北第二师范学院 物理与机电工程学院，武汉 430205；2.湖北省环境净化材料工程技术研究中心，武汉 430205)

1 引言

电子类专业基础课包含有《高等数学》、《线性代数》和《概率论与数理统计》等数学类的基础课，也包含有《电路》、《数字电路》和《模拟电路》等电类的基础课程，更有C语言和MATLAB等工程语言类的基础课程。以上各门课程由于其自身的特点，一直存在以下的问题：理论教学的内容一是公式概念推导多且没有后续专业课的实用性，很容易消磨掉学生的学习积极性，使得该类课程的学习绩点较低，也不利于提升学生的学习能力，二是由于中美合作办学电子班的学生普遍是00后，他们出生在信息化的时代背景下，伴随着电脑和网络长大，可以随时了解到各种最新的资讯，接受新事物的能力强[1]。而且在后续的教学评价上，考核方式单一，使得学生能力素质考查不足[2]。并且由于中美合作办学的性质，他们普遍对语言类的学习兴趣浓厚，而对于公式理论等不重视，不擅长。

基于以上的分析，可以认识到传统的教学模式对于这一批中美合作办学特色班的学生来说，专业基础课的成绩很难顺利达到出国的绩点要求，迫切需要新的教学模式以改善目前的状况。经过学习其他翻转课堂的优势，可以发现“以问题为导向”的教学模式可以紧紧抓住学生的注意力，提升学习效率。

2 以问题为导向的高效课堂的教学改革与探索

“数学真正的组成部分应该是问题和解，问题才是数学的心脏”这是美国数学家哈尔莫斯的名言[3]，可以作为理工科学习的指挥棒。以问题作为教学的出发点，这正是以问题为导向的教学理念的来源。以问题为导向的教学，是指以学生为主体、将专业知识的各种问题为学习起点，让学生围绕问题寻求解决方案的一种学习方法[4]。本文以《高等数学》为例，指出将以问题为导向的教学模式引入到专业基础课程教学的必要性，并以问题为导向对课堂教学模式进行了尝试。

2.1 案例一：以问题做宏观引领，让同学们明白学有所用

在提出问题的时候，以教师为主，围绕教学的过程和教学重难点提问。当然，提问也可以是学生，但是，教师要控制提的问题，在教学中有知识体现，不能过于分散。在刚开始接触高等数学时，同学们就问：“为什么有两本《高等数学》的书呢？课时还这么多，有什么用啊？它和我们后面的专业课有什么联系？”可能公共课的老师会回答：“和我们的专业课有很重要的联系，具体的运用，大家可以去问专业课教师。”可是很多学生哪里会去问呢？作为电子信息类的专业教师，我也很认真的回答了大家：“虽然大家还没有学习高等数学和专业课，但是我可以很认真的跟大家说，后面的专业课的理论基础都是数学，不然理工科的考研不会将这门课作为必考课程，举个简单的例子，后面大家学习《信息理论与编码》课程的时候，有个章节要求大家计算信道容量，就是求某个函数互信息量的最大值，这个函数最大值大家是不是学过了？”大家开始兴奋起来，纷纷回答我高中就学过函数最大值的问题了，就是求导数为零的变量值，然后求出该点函数值就行了。我解释道：“这个互信息量是两个变量的函数，怎么办？这就涉及到多元函数最大值的求法，要用多元函数极大值的拉格朗日乘数法来求解。《电路》课程的功率匹配等一系列问题建模之后都是数学极值问题。”最后我把这个问题留给了同学们，让大家37个人分成7组进行学习，充分利用他们在网络上的优势，进图书馆，访问老师和高年级的同学去收集“高等数学在生活中和电子类专业课中的作用”。搜集完资料后整理分类，下次课，每个小组选一位代表展示并讲解本组的结果。

有了任务，学生就会利用所长，展开网络搜索，使学生加深了对课程的了解，提升了学生的主动性和参与程度。

2.2 案例二：以问题为开端联系旧知，让同学们开拓创新

课堂的进展仍然是首先提出问题，围绕上一讲留下的问题，让同学们积极讲解思路和答案。这一阶段仍以学生为主。各小组在问题提出之后，自主选择，然后进行成果汇报。例如在多元函数条件极值的问题下，先让同学们联系一元函数求导数，进行求解，降低学习门槛，如固定体积求成本的问题等，同学们均可以在条件中求解出两个变量的关系然后带入函数，以一元函数极值法求二元函数的极值。在一个小组讲解完问题的答案后，将问题升华为三元函数和四元函数的极值，让同学们认识到拉格朗日乘数法的不可替代性。后面让一组同学进行总结，最后是让同学们运用新方法求解新问题。教师在此阶段也要发挥引导作用，当讨论发生跑题或者学生问题分析有错的时候，可以及时提醒和指正。

2.3 案例三：结果评价多样化，并总结提高

教师针对学生给出的最终结果给予评价，并对不足和遗漏之处进行补充说明。

为了克服高等数学课程的枯燥性，引导同学们对电子领域的前沿技术进行拓展，部分章节中引入了数学软件的学习，如MATLAB。在三重积分和多元函数的学习过程中，适当引入了MATLAB画图，让同学们对于三重积分比较复杂的积分范围画图后所见即所得，降低学习难度，增强同学们的学习信心。在后续的傅里叶级数中引入了傅里叶变换，使得同学们对《信号与系统》和《DSP》等课程的学习积极性暴涨，达到了专业基础课为专业课服务的目的，不仅使同学们提高了成绩绩点，更是增强了专业自信心和基础课的学习热情。

当然，以问题为导向的教学模式还需要学生对学习的总体框架有深刻认识，部分学生对于自己讲解的部分知识掌握很好，整体却有欠缺，所以需要构建思维导图，教师可以在每次课后将新知识导图呈现给学生，也需要其他教学手段的配合和充分利用网络，如在QQ 群和个人网页上传教学大纲和课件，并提供优秀MOOC，培养学生自主学习的习惯。

3 结语

以问题为导向的教学模式作为传统教学模式的有力补充，具有一定的优势：可以增强学习的目的性，增加学生的学习成就感，充分调动学生的积极性和主动性，培养学生自主学习的习惯。提升学生的表达能力和自学能力，也提升了团队合作的能力，增强了班级凝聚力。但是要求教师有更好的组织和引导能力，对任课老师们也提出了更高的要求。