建构主义的移动PBL教学法思考范文
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【摘要】《机器人学基础》作为自动化和机器人专业一门理论与实践联系紧密的专业课程，其教学改革一直受到教学者的密切关注。本文针对该课程理论知识专深、综合性强且与工程实践关系紧密的特点，提出了一种以工程项目为引导，以线上慕课资源为辅助的合作研讨教学模式。通过分析移动 PBL 及建构主义思想的相关理论，对该教学方法的可行性进行了分析论证，并从教学目标、教学实施与教学评价三个维度对基于此方法的课程建设方案展开了讨论。本文提出的教学模式也可向本科高年级相关专业实践性较强的其他课程进行推广。
一、移动 PBL 教学法
近年来，PBL(Problem-Based Learning) 教学法在国内的控制学科一些专业课，诸如单片机、电机与电气控制技术、自动控制原理、计算机控制技术等的教学中受到了广泛关注。随着无线网络、智能手机、i Pad 和笔记本电脑等的大量使用，移动 PBL 教学法应运而生。移动 PBL 教学法是一种利用网络和移动电子设备，以问题为中心，在传统 PBL 的基础上，可以更好地实现教师与学生、学生与学生随时随地讨论学习的方法。从本质上讲，微课和慕课都是将翻转课堂思想与移动设备相结合的新兴教学手段，它们将传统课堂教学时间和地点的局限扩展至随时随地，因而，这种教学手段更加凸显了学习者的主动性。移动 PBL 教学法除了可打破上述的学习时空局限之外，移动设备和网络的热门，如“弹幕”“点赞”“二维码”“词云”和“直播”等在教学时的有效使用，也会取得意想不到的效果。将移动 PBL 教学法应用到以机器人学基础为代表的控制类课程教学过程中，是现代科学信息技术对传统课堂教学方法的一次重建，该教学法能提高教学效率和效果，同时也体现出以人为本、以学生为中心的理念，符合高等教育教学改革的思想和趋势，更是建构主义与课程思政的有效结合。
二、建构主义与课程思政
由瑞士心理学家皮亚杰提出的建构主义教学理论着重强调学生才是教学的主体，是知识的主动建构者。知识并不是由教师灌输的，而是由学生在一定的情境下使用必要的条件和信息资源主动建构而成的，属于认知学习理论的一部分。由于学生个体的认知发展与学习过程密切相关，因此，利用建构主义可以较好地践行人类学习过程的认知规律，即能较好地说明学习如何发生、意义如何建构、概念如何形成，以及理想的学习环境应包含哪些主要因素等。移动 PBL 教学法中所涉及的科学问题或实际工程项目，以案例的形式作为课程的导入，然后学生需要或自己独立学习、或小组合作学习，从发现问题，到提出问题，经由反复探究，最终解决问题，完成案例的最终要求。在这个学习过程中，学生可以利用移动设备，通过线上慕课等资源，学习与项目或问题相关的知识点，再利用小组讨论、探究等模式进行线下实体课堂的教学，这一学习过程符合建构主义中对教学目标、教学内容的解构，学习者通过学习对知识体系进行自主构建。此外，该教学法也符合哲学中的“认识论”，即：由表及里、由感性到理性、由现象到本质等。践行移动PBL 教学法本身就是引导学生完成的一次课程思政。
三、机器人学基础课程特点
机器人学基础课程是工科学生理论与实践相结合、多学科交叉、理论与实践、学科与学科相结合，着重提高学生创新实践能力的实践型专业课。目的是通过一系列项目的实训，让学生能够独立完成机器人的结构组装、控制电路的搭建，并实现编程控制。同时，学生还需要掌握机器人的运动学、动力学及相应的控制技术，使机器人具备身处较复杂环境的识别与决策能力，实现灵敏、安全导航。由此可见，该课程不但培养学生实践动手能力，而且重在激发学生的创新潜能和今后专业学习的兴趣。目前，机器人课程的教学已经在许多高校中开展，但是所存在的问题却不容忽视，尤其在实践教学方面，主要存在如下问题。
1. 传统的实验项目多依附于理论课程，一般不进行单独考核。即使单独设置的实验项目，各实验之间相互联系也不紧密，系统性较差。而机器人是控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学等多学科结合的产物。传统实验项目设置的方法出现理论与实践的脱节，无法满足机器人课程这一交叉学科实验的要求。
2. 教学内容无法满足教学目标的需要，缺乏科学规划与教学设计。现有机器人教学的“教材”质量不高，大多属于“产品说明书”或“用户指南”式的，缺少课程与教学专家的参与和指导。实验教学内容陈旧，教材更新速度慢，演示性、验证性实验项目偏多。在教学进度安排上，也多放在理论教学之后，沦为理论教学的辅助手段，留给学生自主发挥的余地相当小，无法激发学生的学习兴趣。
3. 教学方法无法满足教学目标的需要。有些机器人课程的实验是以小班为教学单位，按照安排好的上课时间进入实验室，在规定的时间内按照实验教材，利用教辅人员已准备好的实验设备按部就班去做，无法发挥学生的主观能动性，更谈不上实施创新教育和个性化教育。
四、教学设计、实施与评价
1. 教学目标制定原则
本课程立足于产出导向的理念，探索和建构学生主动参与、自主协作、勇于创新的新型教学模式，以更好地促进机器人学基础课程教学改革。因此，教学目标的制定不能再使用传统的以教师为中心的形式，而是应该基于整体性与层次性兼顾、以学生发展为本、丰富课堂动态多样性的同时又具备可测性的原则，旨在通过本课程的理论教学、项目研讨以及实验训练，让学生从知识获取、技能提升、价值塑造、批判精神与创新意识等多维度得到锻炼和提高，如图 1 所示。此外，教学目标的确立还需要综合考虑社会需求、专业发展、培养方案及毕业要求。立足以上四个方面，逐层解构，细化深入，明确具体。如：学生能在不看书的情况下，用自己的话至少说出机器人的三个特点。这一教学目标给出了主体是学生，情境是不可以看书，测量要求有三个：用自己的话描述、至少三个、机器人的特点。若学生可以做到，即可表明该教学目标已经达到。这比此前常用的教学目标：理解机器人的特点，更易于让教师和学生清晰，更有利于学生自己掌握自己的学习程度。
2. 混合式教学实施
采用先进教学手段，发挥课堂教学的优势，开展基于产出导向课程教学模式，并不是完全丢弃现有的课堂教学。课程教学方法以工程项目为引导，结合理论讲解，采用启发与归纳相结合的方式，加强学生理论联系实践的综合能力。鼓励开放交流，采用团队式互动研讨和分工合作，增强学生的团队意识和沟通能力。互动式研讨贯穿整个教学过程中，充分调动学生的积极性与主动性，以项目案例为引导的混合式教学实施过程如图 2 所示。建构主义思想强调学习者借助教师和学习伙伴的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得知识。因此，建构主义学习理论认为“情境”“协作”“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大核心要素。在案例项目引导的教学实施过程中，以案例项目为载体，采用小组合作学习的模式，在完成项目过程中，小组成员彼此协作交流，取长补短，并自主学习机器人课程中的知识要点，充分利用线上讨论区，进行师生、生生交流互动，从而逐渐构建出属于学生自己的知识架构。再通过线下课程，教师引导下的组间汇报，进行小组与小组之间的互教互学，让学生在“讲授给别人”的同时，既做到理论内化，又做到表达外化。教师则需要在课前精心准备，注重课程目标达成的科学性，精细进行项目设计。首先，项目内容要有层次，需要考虑到学生的专业特点与知识接受能力的差异，项目实施前注重引导，实施中注重指导；其次，项目选题要充分恰当，以教学内容为依据，既要包含基本教学知识点又要充分调动学生解决问题的积极性；最后，还需要保证项目教学的实践性和自主性，区别于纯学术书本知识传授，将鼓励学生自主选择和主动探究，将学生的需要、动机和兴趣置于核心地位，为其个性充分发展创造空间。
3. 评价机制
本课程成绩满分为 0 分，课程考核包括过程性评价与终结性评价。(1) 出勤 采用签到及随机抽查结合的方式，占 5%。(2) 实验 设有综合实验，分 5 次完成。要求学生认真准备、全程参与、独立完成并按时提交实验报告，占15%。(3) 线上慕课及作业 规定时间完成线上基础知识学习，并完成相应作业，占 30%。(4) 项目研讨 要求学生按照项目分组查阅资料，归纳总结，撰写报告，制作汇报用 PPT，并进行汇报答辩，采用教师评分和组间互评的原则，评分要点如表 1 所示，占 20%。(5) 结课考试 本科课程的终结性评价，采用闭卷，考核时间 2 小时，占 30%。
结语
综上所述，基于建构主义思想，以工程项目为依托，以线上慕课为辅助，提出了一种科学合理的线上线下混合研讨式教学模式。它不仅利于调动学生自主学习的积极性，还能够有效培养学生发现、分析、解决问题和创新的能力。此外，该教学方法对机电类、电气类相关课程，如电机控制、过程控制及机电一体化等也有一定的借鉴意义。
作者：胡云峰 唐志国 林佳眉 马彦 单位：吉林大学通信工程学院 吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室