問題驅動式教學環節的提煉與應用

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　　摘  要 問題驅動式教學方法可以培養學員發現問題、解決問題的工程素養和能力。為將問題驅動式教學方法更好地推廣和應用，結合實際教學經驗，提煉問題驅動式教學方法在教學組織中的基本環節，舉例說明問題驅動式教學方法在導航原理與系統課程中的具體實施過程，歸納問題驅動式教學方法的適用原則和實際應用中的注意事項。
　　關鍵詞 問題驅動式教學;導航系統;工程思想;工程素養
　　中圖分類號：G642    文獻標識碼：B
　　文章編號：1671-489X（2019）04-0085-03
　　Abstract The application of question-driven teaching in the course can enhance student’s ability of discovering question and resolving question. In this paper， combining practical teaching experience， the basic approach of question-driven teaching is summarized in tea-ching. And the application detail of question-driven teaching in the course of Navigation Theory and System is given. At last the applica-tion principle of question-driven teaching and notice case are summedup in application.
　　Key words question-driven teaching; engineering idea; engineering literacy; navigation system
　　1 前言
　　問題驅動式教學方法以發現問題、分析問題、解決問題為線索[1-2]，是在教員進行相關內容的背景鋪墊（或創設情境）后，把教學內容巧妙地隱含在一系列具體問題之中或刻意設計好問題漏洞，循序漸進地啟發和引導學員自己發現問題;以問題為核心規劃教學內容，引導學員分析和思考問題，最終在分析和思考過程中讓學員隱約地得出解決問題的思路，再由教員予以肯定，明示正確的解決問題的表述方式。在這個過程中，教員拿捏好孔子所說的“不憤不啟，不悱不發”的狀態，從而激發學員學習知識的內在動力，并在探索和學習過程中獲得參與感、成就感和滿足感。教員在這個過程中是問題的制造者、課程的設計者以及結果的評估者，在整節課堂講授過程中充當穿針引線、啟發引導的角色。
　　結合長期的授課經驗和對教學內容的深入挖掘，筆者總結和提煉出問題驅動式教學方法在課程中的應用步驟和具體的實施過程，達到滲透給學員解決工程問題的工程思想，進而使學員具備分析問題和解決問題的工程素養的目的。
　　2 問題驅動式教學方法的基本環節
　　問題驅動式教學方法的實施一般可分為五個基本環節：背景鋪墊（知識鋪墊）、發現問題、分析問題、明確解決問題的方法、舉例理解（效果評價）。讓學員在這個學習過程中體會科學問題探究過程，或解決工程問題的工程思想。
　　背景鋪墊（知識鋪墊）  為了引出要提出的問題，必須進行相關內容的背景鋪墊或知識鋪墊，這樣可以使學員在一個已經掌握的知識背景下（或學員熟悉的場景），在教員的引導下，自然而然地發現問題。鋪墊包括多種方式，如實驗現象、實驗仿真結果、相關知識內容、背景圖片等，根據具體情況而定。
　　發現問題  在背景鋪墊或知識鋪墊后，教員需要事先設計好相關知識鋪墊中的問題或漏洞（這個問題或漏洞應是利用本次教學內容的某個知識點可以解決的問題），引導學員去發現問題。
　　分析問題  在教員的引導下，根據學員的知識背景一步步有目的地分析問題、剖析問題，幫學員理清問題的思路，最終以尋求找到解決問題的思路為目的。一般情況下，在分析問題過程中已經滲透了相關的知識點，只是知識點引入的時候是以“嘗試”或“暫且”等試探性的詞語，讓學員認為是自己在主動探索的一個過程。往往分析完問題，找到解決問題思路的時候，解決的方法已經了然，這個時候只需教員把這個解決問題的方法或過程或概念下個清晰的定義，即下一步明確解決問題的方法。
　　明確解決問題的方法  此步即是給上述分析問題的過程或方法下一個明確的定義。分析問題時是一個從無到有的逆過程，學員尚處于分析問題、嘗試解決問題的過程，必須和學員明確這個解決問題的方法就是“XXX方法”，并重復“XXX方法”的正向步驟和過程。進一步明確并使學員掌握教學內容，提高學員解決問題的成就感和自我認同感。
　　舉例理解（效果評價）  根據教學內容的特點，此部分可以是舉例理解“XXX方法”，也可以是對“XXX方法”進行效果評價。針對可以結合實例的教學內容或難理解的方法或技術，為了更好地理論聯系實際，可以創設具體實例，通過利用“XXX方法”解決具體情況下的問題，來加深學員對教學內容的理解和掌握。
　　針對一些需要參數和直觀數據驗證的教學內容，或在分析問題時提出兩種以上解決問題的方法時，可以使用參數評價或效果評價。比如數字圖像處理課程中算法效果評價，最直觀的就是圖像效果[3]。
　　3 問題驅動式教學方法在導航原理與系統課程之臺卡導航系統教學中的應用
　　導航原理與系統課程屬于合訓儀器科學與技術專業模塊必修課，為學員第五年的崗位任職以及開展導航技術在艦艇航行中的應用研究奠定理論基礎。課程內容主要包括“多普勒導航系統”“慣性導航系統”“無線電導航系統”“衛星導航系統”“天文導航系統”“水聲定位導航系統”“組合導航系統”“地形輔助導航系統”“現代車輛定位導航系統”以及“飛機進近著陸引導系統”等十個模塊。教學內容雖然分散，但不難找出其共有的特點和認知規律，總的來說，各模塊在內容的講授上采用以系統應用為牽引，以工程思想為靈魂，以原理實現為主線的編排方式。 　　臺卡導航系統教學內容特點分析  臺卡導航系統是“無線電導航系統”模塊中相位差雙曲線定位體制的典型代表，對于幫助學員理解和掌握利用信號相位信息實施導航定位的基本方法具有重要作用，不僅在近距離高精度定位方面具有潛在的軍事應用前景，而且其基本設計思想和關鍵技術對于包括GPS在內的現代導航系統仍有重要的意義。因此，對臺卡導航系統內容的理解直接影響后續講解GPS載波相位定位的基本原理能否打下堅實的理論基礎。
　　臺卡導航系統重點講授相位差測距差的基本原理、頻分多址和巷識別等關鍵技術、性能特點及其在軍事領域的潛在應用前景。此部分內容具有四個特點。
　　1）歷史特色鮮明。本課例講授的臺卡導航系統是伴隨二戰史上的重大歷史事件誕生和發展起來的，具有深厚的歷史背景。
　　2）設計思想生命力強。臺卡導航系統是相位差定位體制的典型代表，其設計思想和關鍵技術對現代高精度定位方法的設計影響深遠。
　　3）信息量大。臺卡導航系統的頻分多址技術、巷識別技術具備足夠的理論深度。
　　4）啟發性和趣味性強。將歷史的發展與課堂教學緊密融合，啟發學員發現和解決工程問題，內容豐富有趣。
　　根據歷屆教學實踐的經驗，臺卡導航系統涉及的無線電、信號處理等方面的基礎知識比較枯燥和抽象，因此，關鍵技術的理解有一定的難度。但是通過整理可以提煉出一條清晰的教學主線，即圍繞提高導航系統的定位精度展開分析和討論：如何提高定位精度？怎樣實現？提煉出的這條教學主線符合問題驅動式的教學方法，即不斷發現問題、解決問題，在這個過程中不僅讓學員掌握了臺卡導航系統的重點和難點，而且在讓學員不斷思考的過程中，體會和掌握解決問題的工程思想。
　　問題驅動式教學方法在臺卡導航系統教學中的實施細節  下面主要以臺卡導航系統中巷識別技術知識點為例，闡述問題驅動式教學方法在教學中的應用過程。巷識別技術用來解決臺卡導航系統“相位差的多值性問題”，即符合針對用“XXX技術”解決“XXX問題”這個特點。
　　1）知識鋪墊。臺卡導航系統的定位原理是用戶通過接收主副臺發射的連續正弦波信號，測量兩個臺站信號的相位差，從而確定以該主副臺為焦點的一條相位差位置線;用戶再收到主臺和另外一個副臺的信號，可以再得到一條以主臺和另外一個副臺為焦點的一條相位差位置線，兩條相位差位置線相交即是用戶的位置。
　　2）發現問題。利用學員已經掌握的工程背景知識引導他們考慮如何實現上述定位原理，在引導學員實現該原理的過程中，發現在測量兩個主副臺信號時，相位差整數周期不可測，只能測得[0，2π]，即在兩個臺站之間所測得的相位差位置線不唯一，存在周期為2π的相位差位置線，即要解決的“相位差的多值性問題”。
　　3）分析問題。利用“找路”的例子來類比理解“相位差的多值性問題”，并啟發學員找到解決該問題的思路。引導給出巷的定義，分析巷的作用，即在一條巷內相位的變化是0到2π，因此只要知道在哪條巷內，通過測相位差就能定位了。分析發現問題：但是如果巷太窄，不能用推算艦位識別巷。解決問題：提示學員自己找到解決問題方法，即拓寬巷。再發現問題：如何拓寬巷？分析問題：分析巷寬和比相頻率之間的關系。解決問題：降低比相頻率（一倍基頻下的巷為區），并分析區的作用（和巷的特點相同），在基頻下比較相位差可以識別巷，即解決相位差多值性問題。
　　4）明確解決問題的方法。下定義：這種解決相位差多值性問題的方法稱為巷識別技術。讓學員覺得自己通過獨立分析和思考也可以解決工程問題，增強解決工程問題的信心和找到正確解決工程問題的思路和方法。
　　5）舉例理解。上述過程為知識或技術從無到有的過程，從反向到正向的過程，而在實際應用時過程則是相反的。比如上述巷識別技術的實現解決問題的過程，先識別巷，巷不夠寬，再定義區;而在應用過程中是完全相反的，應該先進行區識別，再進行巷識別。因此，為了讓學員更清楚應用的過程，教員給出必要的假設條件，由學員自己完成區、巷識別過程，理解巷識別的過程。
　　4 問題驅動式教學方法的適用原則及注意事項
　　問題驅動式教學方法適用于學員已經掌握基本概念和原理的情況下，在教員的引導下能夠綜合運用已學過的知識解決新問題，形成新的方法的教學內容。根據教學內容和學員的認知情況，真正從學員的角度出發設計問題，設計驅動過程，讓學員通過這個過程將舊知識提取、整理、融合、翻新、遷移及融入少許新知識，形成他們自己認知范疇的新理論和新方法，進而達到培養學員工程素養的教學目標[4]。
　　問題驅動式教學方法在教學設計應用過程中要充分考慮“以問題為核心，以教員為主導，以學員為主體，確定問題是核心，怎樣驅動是關鍵，工程素養是目的”。因此，在利用問題驅動式教學方法組織教學過程中要注意三個問題：
　　1）整個過程符合知識發生的過程，是真實或接近真實的，才能真實有趣地反映創造者的思維;
　　2）問題的設計要與知識點密切聯系，既要能牽出教學內容，又要難度適中，不能高出學員的認知范圍;
　　3）驅動過程一定要能夠真正引導學員解決問題，符合學員的認識過程，這個過程可以從模糊到清晰，從現象到本質，從無到有，從已知到未知，而不能脫離學員的認知范疇。
　　“教無定法，貴在得法”，能根據教學內容和學員對先驗知識的儲備情況，使用相應的教學方法因材施教，可以使教學效果更加顯著。對于任何一個學科或一個原理或一個概念，都有其產生的前因后果，只要搞清這個過程，就是一個問題驅動式教學過程。因此，在教學設計時只要本著探究的心態一探究竟，就能找出問題驅動式的教學思路。問題驅動式教學方法的實施要達到讓學員主動參與，充分調動學員思維，激發學員求知欲，實現參與式教學過程的教學目的。
　　參考文獻
　　[1]徐文彬.本原性學科問題驅動課堂教學的理論與實踐[J].教育理論與實踐：學科版，2007，27（6）：38-40.
　　[2]方江.軍校教員教法論[M].北京：海潮出版社，2004.
　　[3]肖紅，王輝.基于計算思維的任務驅動教學模式在“數字圖像處理”課程中的應用[J].教育教學論壇，2014（2）：205-206.
　　[4]李宏巖，趙丕錫.基于創造思維的任務驅動教學模式[J].黑龍江高教研究，2015（10）：166-169.
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