建構主義的移動PBL教學法思考范文
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【摘要】《機器人學基礎》作為自動化和機器人專業一門理論與實踐聯系緊密的專業課程，其教學改革一直受到教學者的密切關注。本文針對該課程理論知識專深、綜合性強且與工程實踐關系緊密的特點，提出了一種以工程項目為引導，以線上慕課資源為輔助的合作研討教學模式。通過分析移動 PBL 及建構主義思想的相關理論，對該教學方法的可行性進行了分析論證，并從教學目標、教學實施與教學評價三個維度對基于此方法的課程建設方案展開了討論。本文提出的教學模式也可向本科高年級相關專業實踐性較強的其他課程進行推廣。
一、移動 PBL 教學法
近年來，PBL(Problem-Based Learning) 教學法在國內的控制學科一些專業課，諸如單片機、電機與電氣控制技術、自動控制原理、計算機控制技術等的教學中受到了廣泛關注。隨著無線網絡、智能手機、i Pad 和筆記本電腦等的大量使用，移動 PBL 教學法應運而生。移動 PBL 教學法是一種利用網絡和移動電子設備，以問題為中心，在傳統 PBL 的基礎上，可以更好地實現教師與學生、學生與學生隨時隨地討論學習的方法。從本質上講，微課和慕課都是將翻轉課堂思想與移動設備相結合的新興教學手段，它們將傳統課堂教學時間和地點的局限擴展至隨時隨地，因而，這種教學手段更加凸顯了學習者的主動性。移動 PBL 教學法除了可打破上述的學習時空局限之外，移動設備和網絡的熱門，如“彈幕”“點贊”“二維碼”“詞云”和“直播”等在教學時的有效使用，也會取得意想不到的效果。將移動 PBL 教學法應用到以機器人學基礎為代表的控制類課程教學過程中，是現代科學信息技術對傳統課堂教學方法的一次重建，該教學法能提高教學效率和效果，同時也體現出以人為本、以學生為中心的理念，符合高等教育教學改革的思想和趨勢，更是建構主義與課程思政的有效結合。
二、建構主義與課程思政
由瑞士心理學家皮亞杰提出的建構主義教學理論著重強調學生才是教學的主體，是知識的主動建構者。知識并不是由教師灌輸的，而是由學生在一定的情境下使用必要的條件和信息資源主動建構而成的，屬于認知學習理論的一部分。由于學生個體的認知發展與學習過程密切相關，因此，利用建構主義可以較好地踐行人類學習過程的認知規律，即能較好地說明學習如何發生、意義如何建構、概念如何形成，以及理想的學習環境應包含哪些主要因素等。移動 PBL 教學法中所涉及的科學問題或實際工程項目，以案例的形式作為課程的導入，然后學生需要或自己獨立學習、或小組合作學習，從發現問題，到提出問題，經由反復探究，最終解決問題，完成案例的最終要求。在這個學習過程中，學生可以利用移動設備，通過線上慕課等資源，學習與項目或問題相關的知識點，再利用小組討論、探究等模式進行線下實體課堂的教學，這一學習過程符合建構主義中對教學目標、教學內容的解構，學習者通過學習對知識體系進行自主構建。此外，該教學法也符合哲學中的“認識論”，即：由表及里、由感性到理性、由現象到本質等。踐行移動PBL 教學法本身就是引導學生完成的一次課程思政。
三、機器人學基礎課程特點
機器人學基礎課程是工科學生理論與實踐相結合、多學科交叉、理論與實踐、學科與學科相結合，著重提高學生創新實踐能力的實踐型專業課。目的是通過一系列項目的實訓，讓學生能夠獨立完成機器人的結構組裝、控制電路的搭建，并實現編程控制。同時，學生還需要掌握機器人的運動學、動力學及相應的控制技術，使機器人具備身處較復雜環境的識別與決策能力，實現靈敏、安全導航。由此可見，該課程不但培養學生實踐動手能力，而且重在激發學生的創新潛能和今后專業學習的興趣。目前，機器人課程的教學已經在許多高校中開展，但是所存在的問題卻不容忽視，尤其在實踐教學方面，主要存在如下問題。
1. 傳統的實驗項目多依附于理論課程，一般不進行單獨考核。即使單獨設置的實驗項目，各實驗之間相互聯系也不緊密，系統性較差。而機器人是控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學等多學科結合的產物。傳統實驗項目設置的方法出現理論與實踐的脫節，無法滿足機器人課程這一交叉學科實驗的要求。
2. 教學內容無法滿足教學目標的需要，缺乏科學規劃與教學設計。現有機器人教學的“教材”質量不高，大多屬于“產品說明書”或“用戶指南”式的，缺少課程與教學專家的參與和指導。實驗教學內容陳舊，教材更新速度慢，演示性、驗證性實驗項目偏多。在教學進度安排上，也多放在理論教學之后，淪為理論教學的輔助手段，留給學生自主發揮的余地相當小，無法激發學生的學習興趣。
3. 教學方法無法滿足教學目標的需要。有些機器人課程的實驗是以小班為教學單位，按照安排好的上課時間進入實驗室，在規定的時間內按照實驗教材，利用教輔人員已準備好的實驗設備按部就班去做，無法發揮學生的主觀能動性，更談不上實施創新教育和個性化教育。
四、教學設計、實施與評價
1. 教學目標制定原則
本課程立足于產出導向的理念，探索和建構學生主動參與、自主協作、勇于創新的新型教學模式，以更好地促進機器人學基礎課程教學改革。因此，教學目標的制定不能再使用傳統的以教師為中心的形式，而是應該基于整體性與層次性兼顧、以學生發展為本、豐富課堂動態多樣性的同時又具備可測性的原則，旨在通過本課程的理論教學、項目研討以及實驗訓練，讓學生從知識獲取、技能提升、價值塑造、批判精神與創新意識等多維度得到鍛煉和提高，如圖 1 所示。此外，教學目標的確立還需要綜合考慮社會需求、專業發展、培養方案及畢業要求。立足以上四個方面，逐層解構，細化深入，明確具體。如：學生能在不看書的情況下，用自己的話至少說出機器人的三個特點。這一教學目標給出了主體是學生，情境是不可以看書，測量要求有三個：用自己的話描述、至少三個、機器人的特點。若學生可以做到，即可表明該教學目標已經達到。這比此前常用的教學目標：理解機器人的特點，更易于讓教師和學生清晰，更有利于學生自己掌握自己的學習程度。
2. 混合式教學實施
采用先進教學手段，發揮課堂教學的優勢，開展基于產出導向課程教學模式，并不是完全丟棄現有的課堂教學。課程教學方法以工程項目為引導，結合理論講解，采用啟發與歸納相結合的方式，加強學生理論聯系實踐的綜合能力。鼓勵開放交流，采用團隊式互動研討和分工合作，增強學生的團隊意識和溝通能力。互動式研討貫穿整個教學過程中，充分調動學生的積極性與主動性，以項目案例為引導的混合式教學實施過程如圖 2 所示。建構主義思想強調學習者借助教師和學習伙伴的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得知識。因此，建構主義學習理論認為“情境”“協作”“會話”和“意義建構”是學習環境中的四大核心要素。在案例項目引導的教學實施過程中，以案例項目為載體，采用小組合作學習的模式，在完成項目過程中，小組成員彼此協作交流，取長補短，并自主學習機器人課程中的知識要點，充分利用線上討論區，進行師生、生生交流互動，從而逐漸構建出屬于學生自己的知識架構。再通過線下課程，教師引導下的組間匯報，進行小組與小組之間的互教互學，讓學生在“講授給別人”的同時，既做到理論內化，又做到表達外化。教師則需要在課前精心準備，注重課程目標達成的科學性，精細進行項目設計。首先，項目內容要有層次，需要考慮到學生的專業特點與知識接受能力的差異，項目實施前注重引導，實施中注重指導；其次，項目選題要充分恰當，以教學內容為依據，既要包含基本教學知識點又要充分調動學生解決問題的積極性；最后，還需要保證項目教學的實踐性和自主性，區別于純學術書本知識傳授，將鼓勵學生自主選擇和主動探究，將學生的需要、動機和興趣置于核心地位，為其個性充分發展創造空間。
3. 評價機制
本課程成績滿分為 0 分，課程考核包括過程性評價與終結性評價。(1) 出勤 采用簽到及隨機抽查結合的方式，占 5%。(2) 實驗 設有綜合實驗，分 5 次完成。要求學生認真準備、全程參與、獨立完成并按時提交實驗報告，占15%。(3) 線上慕課及作業 規定時間完成線上基礎知識學習，并完成相應作業，占 30%。(4) 項目研討 要求學生按照項目分組查閱資料，歸納總結，撰寫報告，制作匯報用 PPT，并進行匯報答辯，采用教師評分和組間互評的原則，評分要點如表 1 所示，占 20%。(5) 結課考試 本科課程的終結性評價，采用閉卷，考核時間 2 小時，占 30%。
結語
綜上所述，基于建構主義思想，以工程項目為依托，以線上慕課為輔助，提出了一種科學合理的線上線下混合研討式教學模式。它不僅利于調動學生自主學習的積極性，還能夠有效培養學生發現、分析、解決問題和創新的能力。此外，該教學方法對機電類、電氣類相關課程，如電機控制、過程控制及機電一體化等也有一定的借鑒意義。
作者：胡云峰 唐志國 林佳眉 馬彥 單位：吉林大學通信工程學院 吉林大學汽車仿真與控制國家重點實驗室