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[關(guān)鍵字] 課程合作,課程內(nèi)容,教學(xué)方法,歷史思維,課程評價
[中圖分類號]G40-058
[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]C
[文章編號]0457-6241(2004)12-0048-05
國會最近對美國歷史教學(xué)基金(the Teaching American History Grants)(該基金旨在鼓勵中小學(xué)教師、高校教員和公共歷史學(xué)家的合作)的空前投入在中小學(xué)的歷史教學(xué)中激發(fā)了新的興趣。本來,各個層次的歷史學(xué)家已經(jīng)在某種程度上參與了中小學(xué)教師的專業(yè)發(fā)展,現(xiàn)在,受聯(lián)邦政府空前積極性的影響,越來越多的歷史學(xué)家正加入到這些合作性的專業(yè)發(fā)展課程中來。
2002年6月,美國歷史聯(lián)盟(the National Coalition for History)的主任,BruceCraig,與美國教育部的人員組織了一次會議,討論美國歷史教學(xué)基金問題。參加會議的有美國歷史協(xié)會(the American Historical Association)、美國歷史學(xué)家組織(the Organization of American Historians)及美國國家社會科委員會(the National Council for the Social Studies)等三個組織的執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)。這三個組織多年來一直鼓勵和支持大中小學(xué)教師之間的合作,并出版了多種資料,包括圖書和小冊子等,這些資料將合理的歷史學(xué)、教育學(xué)學(xué)術(shù)成就與建議性的課堂教學(xué)(suggesting classroom practice)整合起來。
會議的一項成果是,教育部人員責(zé)成上述三個組織制訂一個文件,以便為美國歷史教師確立合理的專業(yè)發(fā)展基準(zhǔn)。他們要求組織者提出一個良好的專業(yè)發(fā)展課程的具體內(nèi)容及其預(yù)期結(jié)果。于是,2002年8月,三個組織從中小學(xué)校、大學(xué)歷史系、教育學(xué)院的教師以及公共歷史學(xué)家中遴選有關(guān)人員組成了一個工作小組,開會探討美國歷史教師的專業(yè)發(fā)展問題。以下內(nèi)容就是他們思考和經(jīng)驗的反映。
歷史是對于過去的研究(包括對一定的時間里所發(fā)生的沿革的研究)。歷史學(xué)家Peter Steams(譯者按:世界史研究者和歷史教育研究者,喬治?馬森大學(xué)教務(wù)長,曾任美國歷史協(xié)會副會長,他是制訂本文件的工作小組的主席)認(rèn)為:“過去產(chǎn)生現(xiàn)在,現(xiàn)在產(chǎn)生未來。有時候,雖然晚近的歷史足以說明某個重要的發(fā)展變化,然而我們卻經(jīng)常要回過頭去進(jìn)一步確認(rèn)變遷的各種因由。只有通過歷史研究,我們才能把握事物的變遷歷程;只有通過歷史,我們才能逐步領(lǐng)會引起變遷的各種因素;也只有通過歷史,我們才能理解一種制度或一個社會的哪些因素不因變遷而延續(xù)下來?!睂W(xué)習(xí)歷史不僅能培養(yǎng)學(xué)生恰如其分地把事件置于歷史視野中加以考察,而且能發(fā)展其研究技能(research skills),增強(qiáng)其分析性思維能力(analytical thinking)。為確保這些思維和研究技能的實現(xiàn),我們應(yīng)該隨時重新審視教學(xué)的專業(yè)發(fā)展方案。
本文件建議,為了歷史教學(xué)的專業(yè)發(fā)展,必須對各類合作加以規(guī)劃,并優(yōu)先考慮以下幾個方面:第一,必須按照某種普遍的標(biāo)準(zhǔn)來確立合作,并考慮其計劃性、參與面和持續(xù)的時間。第二,合作必須包含處理歷史內(nèi)容的合理方法。第三,合作必須充分關(guān)注教師的教學(xué)方法和學(xué)生的主動學(xué)習(xí)。第四,合作必須強(qiáng)調(diào)幾種可界定的思維習(xí)慣,它涉及在各種成形的辯論中運(yùn)用證據(jù)和解釋,以及理解歷史中的各種變遷問題。第五個也是最后一個,合作必須幫助教師掌握各種特定的評價方法。最重要的是,所有的合作性課程都必須依靠以下兩個基本的假設(shè):
課程內(nèi)容、教學(xué)方法與歷史思維三者應(yīng)該互相交織、相互關(guān)聯(lián);
課程內(nèi)容、教學(xué)方法和歷史思維必須與課堂教學(xué)經(jīng)驗聯(lián)系起來。
專業(yè)合作的基準(zhǔn)
為了專業(yè)的合理發(fā)展,合作規(guī)劃一開始就要吸收中小學(xué)教師參加。
考慮到教師所在學(xué)校的利益以及教師對開發(fā)自己的專業(yè)課程的意識,一開始就應(yīng)吸收中小學(xué)老師參與合作,使之成為咨詢委員會(Advisory Committee)的成員。咨詢委員會應(yīng)當(dāng)考慮:是吸收一整個部門的教師參加(不管是大學(xué)還是中小學(xué)),還是只吸收相關(guān)年級或特定學(xué)科(如美國史、世界史、經(jīng)濟(jì)學(xué)、地理學(xué)、公民以及其他社會學(xué)學(xué)科)的教師參加。討論的內(nèi)容應(yīng)包括:哪些書籍、論文和網(wǎng)站可為不同的研討會所用;各種研討機(jī)構(gòu)應(yīng)該邀請哪些人開講座;教師們的各種要求和期望等。
要預(yù)先評定師生的知識基礎(chǔ)及其課堂需求。
應(yīng)當(dāng)考慮參與項目的師生在內(nèi)容知識方面的優(yōu)勢、不足,以及對他們而言,相關(guān)教學(xué)材料的可利用性。
專業(yè)發(fā)展課程的重心應(yīng)該是:經(jīng)由評估而確定下來的教師和學(xué)生的發(fā)展目標(biāo)。
合作應(yīng)該包括:讓教師們參與擬訂基金項目的各項目標(biāo),并對這些目標(biāo)的修訂提出建議。
各類專業(yè)發(fā)展課程必須長時期地維持下去。
合作的具體安排(可能通過大學(xué)里的合作者進(jìn)行)應(yīng)包括:邀請大中院校的教師參加各種年度性的專題討論會和大型研討會,以推動教師專業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,因此,支持這些合作的資金要足可支撐。
應(yīng)該大力提倡教師與其同事之間進(jìn)行專業(yè)方面的合作。
這些合作方式包括各種非正式座談會或研究會的探討(及在網(wǎng)站上的有效交流),合作出版,以及專業(yè)研討會上的報告交流。
在地方教育機(jī)構(gòu)中,應(yīng)當(dāng)要求資深教師為其同事指導(dǎo)各種小型專題討論會。
給在職培訓(xùn)或?qū)I(yè)發(fā)展課程提供機(jī)會,讓資深教師或大學(xué)院系的同行指導(dǎo)如何處理從各種專題論文中獲得的原始材料及相關(guān)內(nèi)容,并將它們用于課堂教學(xué)中。在職培訓(xùn)機(jī)會還包括:為教師提供一份課程概要,其內(nèi)容從各種讀物、講座及教學(xué)計劃樣本中收集而成,教師將以這些資料為基礎(chǔ)實施教學(xué)。
教師隊伍中那些各方面能力都很強(qiáng)、能充任促進(jìn)者(facilitators)(facilitator:會議的主持人或活動的促進(jìn)者、推動者,此處取后一種意思。教師培訓(xùn)的促進(jìn)者不僅要維持大學(xué)與中小學(xué)的密切合作,而且要實現(xiàn)理論與實踐的結(jié)合,即讓參與培訓(xùn)的教師和新手理解如何將大學(xué)課程中學(xué)到的知識運(yùn)用到基礎(chǔ)教育的課堂中去。其任務(wù)是為教育活動提供信息資源或教育識見,從而促進(jìn)一個集體(例如討論小組或課程編制組中其他成員)相互間的積極作用??梢?其職責(zé)不是提供專門知識,而是溝通與提高他人的專門知識。)角色的,應(yīng)確認(rèn)其資格,并在合作方案中授以領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)。
合作方案應(yīng)盡量吸收大學(xué)/學(xué)院的歷史教師,尤其是那些有中小學(xué)教育經(jīng)驗的教師參與。
如果專業(yè)發(fā)展課程面向一個特定的學(xué)區(qū),那么,項目規(guī)劃一啟動,就要請該學(xué)區(qū)里的歷史科與社會科協(xié)調(diào)員(coordinator)(coordinator:“召集人”或“協(xié)調(diào)人”,前者如某校歷史委員會的召集人,后者如某市(或?qū)W區(qū))學(xué)科課程或教學(xué)的協(xié)調(diào)員,此處應(yīng)為后一種意思。)充當(dāng)顧問。在這種有特定學(xué)校和學(xué)院的學(xué)區(qū)里,培訓(xùn)活動既要在中學(xué)、也要在學(xué)院里舉行。凡對培訓(xùn)新歷史教師負(fù)有責(zé)任的人都要參與到這些活動中。
課程內(nèi)容的基準(zhǔn)
為教師提供機(jī)會,使之及時了解新近的、主要的歷史研究成果。
教師們應(yīng)該探討有關(guān)美國史的主要時代劃分法(periodization schemes)及這些分期法內(nèi)在的問題。
課程內(nèi)容遠(yuǎn)非歷史“事實”的干癟敘述。因此必須使教師養(yǎng)成以各種方式豐富課程內(nèi)容的能力。
必須幫助教師運(yùn)用現(xiàn)有的、合理的課程模式(contentmodels)。諸如“1994美國歷史教育成果評價框架”(theU.S.History Framework for the 1994 National Assessment of Education Progress)等文件皆為有益的指南。假如在某些州的課程標(biāo)準(zhǔn)里,歷史被當(dāng)作一門獨(dú)立的學(xué)科對待,那么歷史學(xué)科的專業(yè)發(fā)展就要遵循該州的課程標(biāo)準(zhǔn)。
為教師提供一份合理的閱讀書目。
閱讀書目包括與特定歷史主題相關(guān)的一手材料、新近的二手材料及歷史網(wǎng)站,當(dāng)然也要包括探討學(xué)生如何學(xué)習(xí)歷史的材料。
ABR記者劉寶華
有必要將兒童交通安全課程引入學(xué)校日常教學(xué)計劃,成為學(xué)校必修課的一部分嗎?當(dāng)《汽車商業(yè)評論》記者面對梅賽德斯-奔馳在中國的“安全童行”項目時,不由發(fā)出這樣的疑問。
這實際是很多人共同的疑問。講到交通安全,大家的第一個反應(yīng),會覺得道路出行安全其實很簡單,不就是一些交通規(guī)則嗎?國際權(quán)威的非營利教育機(jī)構(gòu)——JA 國際青年成就中國部項目經(jīng)理張靜芬博士則澄清了這樣的疑問。
“安全童行”進(jìn)入中國
“小學(xué)生了解交通規(guī)則后在馬路上是否一定會有正確的交通行為?”她告訴《汽車商業(yè)評論》,答案常常是否定的。
“他們的注意力常常沒有集中在信號燈和車輛上,原因在于6到10歲的兒童,跟成人的注意力是不一樣的,他們會非常關(guān)注在他們感興趣的點(diǎn)上,比如說馬路上是否有孩子在玩耍,是否有一只貓走過等等?!?/p>
張靜芬認(rèn)為,小學(xué)生實際上在認(rèn)知和行為之間是有斷層的,“這些東西你不讓他通過做一些游戲去體驗的話,他不會意識到。他可能第一個回答會告訴你,我過馬路一定看紅綠燈??墒堑秸嬲プ龅臅r候,他未必能做到”。
為此,2012年4月28日,梅賽德斯-奔馳(中國)汽車銷售有限公司(以下簡稱“奔馳中國”)攜手中國青少年發(fā)展基金會、JA 國際青年成就等合作伙伴,把“安全童行”項目引入中國,通過寓教于樂的形式,利用課堂內(nèi)和課堂外兩種渠道幫助6~10歲的中國小朋友學(xué)習(xí)如何在不斷變化的道路環(huán)境中實現(xiàn)自我保護(hù)。
“安全童行”項目起源于德國。早在2001年,戴姆勒集團(tuán)邀請教育學(xué)家、兒童心理學(xué)家開發(fā)完成了兒童道路安全教育的整體性方案,并以教材的形式推廣。過去10年間,該項目已在德國、意大利、以色列、馬來西亞等16個國家推廣,走進(jìn)多個學(xué)校、家庭,使130萬兒童受益。
引入中國的“安全童行”采取“兩個課堂”——課堂教學(xué)與社會實踐相結(jié)合的教育模式。課堂教學(xué)方面,將原版“安全童行”教材進(jìn)行本土化改造,引入學(xué)校日常教學(xué)計劃中,作為一門課程增強(qiáng)孩子們的交通安全知識。在社會實踐方面,奔馳中國提供了長期性的、與課本內(nèi)容匹配的課外互動體驗場所,同時建立網(wǎng)上互動社區(qū),開展學(xué)校日、體驗日等主題活動,形成面向課外活動的“第二課堂”。
2012年到2015年,是“安全童行”項目的第一個三年規(guī)劃。在這一階段,“安全童行”課程將以校本課程的形式首先進(jìn)入北京、上海、廣州、成都的200所小學(xué)。在北京,為“第二課堂”提供專業(yè)道路安全教育的公眾體驗中心——“安全童行”道路安全教育星愿基地、國內(nèi)最大的兒童交通安全體驗館也于2012年4月在北京藍(lán)天城正式揭牌。
作為三年規(guī)劃的開始,“安全童行”項目在2012年以矚目成績?nèi)〉昧己瞄_端,課程本土化、教師培訓(xùn)、試點(diǎn)教學(xué)都獲得參與各方的高度認(rèn)可與評價。
《汽車商業(yè)評論》認(rèn)為,奔馳在華推出的這個最新CSR項目,具有深廣意義,堪為近年來中國車企CSR的經(jīng)典作品之一。
本土化、二課堂、網(wǎng)絡(luò)化
“安全童行”項目全程參與者、梅賽德斯-奔馳(中國)汽車銷售有限公司高級經(jīng)理陳征告訴《汽車商業(yè)評論》,僅課程的本土化改造就耗時近5個月,借助了國際青年成就等專業(yè)NGO組織、邀請了國內(nèi)50名教育專家,進(jìn)行了諸多創(chuàng)新嘗試。
德國版課程已經(jīng)是相關(guān)領(lǐng)域?qū)<业臋?quán)威之作,而且經(jīng)過10年、多個國家的實踐檢驗。但之所以要進(jìn)行如此嚴(yán)肅的改造,原因在于中國道路狀況復(fù)雜得多,引進(jìn)方奔馳中國希望改造后的課程能夠最大限度符合中國兒童需求,既參考國際先進(jìn)經(jīng)驗,又適合中國國情。為了達(dá)成這一目標(biāo),奔馳中國選擇了國際青年成就(JA)作為合作方,JA多年來致力于開發(fā)從小學(xué)到大學(xué)的系列課程,在改編教材方面擁有豐富的教育資源和經(jīng)驗。
課程本土化的內(nèi)容涉及多個方面,首先是德國交通法規(guī)、道路標(biāo)識與中國不同,需要作出相應(yīng)變化。
其次是授課方式的不同,德國小學(xué)課時短、形式活潑,更像是做游戲,而中國以老師講授為主,課程開發(fā)需要考慮這種實際情況,最大程度地保留德國版課程的互動性和啟發(fā)性,也要讓中國兒童易于接受。
更為復(fù)雜的是,課程的本土化不僅僅是改編為一個版本,因為各地教育體制的不同,往往需要各地區(qū)不同的版本。比如北京小學(xué)一個課時為45分鐘,而上海一個課時為40分鐘,如何按照區(qū)域特點(diǎn)分配課程內(nèi)容就成為一個問題。同時整個教材分為三大模塊,分別在三個學(xué)年內(nèi)教授,每個模塊分為8個課時,怎樣把相同的內(nèi)容分配到不同課時中也是需要解決的問題。
事實上,對已經(jīng)受到“安全童行”培訓(xùn)的小學(xué)生來講,作為“第二課堂”的交通安全體驗館既能夠讓他們鞏固知識,又能夠體驗樂趣,真正做到寓教于樂。
奔馳中國在這個250多平方米的區(qū)域內(nèi)模擬了真實的道路場景,同時設(shè)置了Moki(“安全童行”形象大使和吉祥物,藍(lán)色小超人)學(xué)校、Moki講堂等區(qū)域。孩子們既可以在模擬駕駛中切身體驗真實駕駛感受,又可以在互動游戲中體驗日常交通中遇到的種種挑戰(zhàn);不僅可以通過暗室、手工制作、角色扮演等教材中涉及的游戲?qū)W習(xí)如何面對復(fù)雜多變的日常交通環(huán)境,還可以穿越時空隧道,暢想未來交通。
體驗館中放置著一輛大卡車車頭,每個小朋友可以進(jìn)到高高的駕駛艙,坐在駕駛員位置上觀察路面狀況。這種前所未有的視角讓他們直觀理解了一個小小身軀是多么容易被司機(jī)忽略,也明白了哪些位置是大卡車的盲區(qū),也就是小朋友的危險區(qū)域。
有些環(huán)節(jié)是同時針對小朋友和家長的,比如在實驗中家長可以了解到不同天氣讓小朋友穿什么顏色的衣服最容易被辨認(rèn)——晴天穿什么、陰天穿什么、大霧天氣穿什么、沙塵暴穿什么最容易被首先發(fā)現(xiàn)。
這種知識并不是簡單地以講授方式告訴小朋友,而是模擬不同天氣環(huán)境,讓家長和小朋友自己觀察哪種顏色的衣服最顯眼,這樣得出的結(jié)果也更容易被小朋友記住。
相對于第一課堂,體驗館里的課程全部以體驗和游戲表現(xiàn)。比如過馬路要看紅綠燈,并不是一句簡單的說教,而是讓小朋友們扮演不同角色,比如開車的、騎自行車的、行人,道路上還設(shè)置了小貓小狗在旁邊吸引注意力,最終讓參與者自己判斷誰做得對、誰做得不對,應(yīng)該是怎么樣的。
道路安全教育基地以“模擬真實世界”為宗旨,除了安全教育環(huán)節(jié)之外,還比照真實社會設(shè)置了各類小游戲,小朋友可以扮演銀行職員、消防隊員等不同職業(yè),但這些游戲中都滲透了交通安全教育,讓大家在游戲中收到潛移默化的教育。
此外,“安全童行”的第三個渠道——網(wǎng)絡(luò)在線也在不斷完善中。除出在線課堂等內(nèi)容外,也設(shè)計了交通標(biāo)識連邊看、安全偵察兵、Moki拼圖等在線游戲,讓孩子在玩耍間加深交通安全意識。
上海虹口區(qū)教師進(jìn)修學(xué)院院長張陽認(rèn)為,“授人以魚不如授人以漁,這個課程不僅僅是教會了小朋友要做到什么,而且還要求他們建立這種安全的意識、生命的意識、規(guī)則的意識”。
“以交通安全為切入點(diǎn),教學(xué)生遵守規(guī)則、尊重生命,學(xué)會對自己,對他人負(fù)責(zé)任?!北本┦芳倚W(xué)主任陳綱同意這種說法,“這么一個小的切入點(diǎn),一個小的課程,已經(jīng)不僅僅是一個安全教育了,已經(jīng)上升為對學(xué)生責(zé)任、公民意識的一種教育?!?/p>
主動性、立體化、體驗式
在完成課程本土化改造后,項目組于2012年9月率先對北京、上海的25所學(xué)校授課教師進(jìn)行了培訓(xùn)。10月,北京、上海兩地首批25所小學(xué)正式開始試點(diǎn)教學(xué)。
陳征說:“進(jìn)入校本課程說明這已經(jīng)不是簡單地發(fā)本書、發(fā)份資料,已經(jīng)成為一堂課了,我們要確保它的質(zhì)量、確保學(xué)生的接受程度。所以我們先選25所小學(xué)做試點(diǎn),希望通過試點(diǎn)結(jié)果去調(diào)整教學(xué)模式,真正做到因材施教?!?/p>
在教師培訓(xùn)和試點(diǎn)教學(xué)中,學(xué)校和老師激發(fā)出了很大積極性,老師們自己動手制作教具,延展和豐富教程,連形象大使Moki都被老師們擴(kuò)展成了有爺爺奶奶、爸爸媽媽、兄弟姐妹的Moki家族。
這也給項目組帶來了驚喜,陳征說:“大家的力量更大,我們希望奔馳可以做一個引領(lǐng),讓一線的老師們來自主豐富這個課程?!?/p>
上海新虹橋小學(xué)校長胡靜波沒有想到課程竟然取得了極大的效果。一般而言,孩子的注意力是有時間限制的,80分鐘對于一個8歲的三年級孩子已經(jīng)很長,但實際上他們在課程實施過程中,80分鐘里20個孩子沒有一個走神,從頭到尾跟著做下來,甚至到下課的時候,學(xué)生會追著說,老師,我們下節(jié)課學(xué)什么?原因在于活動貫穿課程始終,有參與性、實踐性和互動性,讓孩子們有了學(xué)習(xí)的渴望。
胡校長主動將“安全童行”這門課納入2012年年秋季的校本課程。她說:“雖然我們學(xué)校只有17個班級授這門課,但是我是要求所有76位專職教師全部參加安全課程的培訓(xùn),因為這是全校每一位教師的責(zé)任。”
著名公益人士才讓多吉在《汽車商業(yè)評論》雜志社主辦的“2012中國汽車業(yè)CSR沙龍”上說:“現(xiàn)在不少廠商在做兒童安全訓(xùn)練營,但問題是什么?訓(xùn)練的都是有錢人的孩子,這些孩子每天車接車送不需要交通安全訓(xùn)練,真正需要的是北京農(nóng)民工的孩子,他們天天坐公交車上學(xué)放學(xué),他們才最需要交通安全訓(xùn)練?!?/p>
“安全童行”走出了這個誤區(qū),2012年下半年在北京、上海25所小學(xué)試點(diǎn)和改進(jìn)之后,項目將在2013和2014年進(jìn)入四個城市的200所小學(xué),其中包括城鄉(xiāng)結(jié)合部小學(xué)和打工子弟小學(xué),覆蓋約7萬名小學(xué)生。
奔馳中國規(guī)劃,未來“安全童行”將與奔馳快樂音樂教室聯(lián)動起來,讓“安全童行”走進(jìn)現(xiàn)有的300所快樂音樂教室,也就是300所希望小學(xué),把安全教育送給最需要的人。
因為硬件設(shè)施、師資力量遠(yuǎn)不如城市學(xué)校,“安全童行”課程正式進(jìn)入打工子弟小學(xué)、希望小學(xué)還需要一段時間的反饋和完善。同時,2012年暑假期間,奔馳中國為打工子弟小學(xué)組織了夏令營專場,讓小朋友們在藍(lán)天城的安全體驗館體驗。
戴姆勒東北亞及梅賽德斯-奔馳(中國)集團(tuán)公關(guān)事務(wù)及媒體傳播副總裁王燕說:“我們在與學(xué)校合作的時候,并不是把‘安全童行’作為精英教育的一部分。它一定是多層級的,我們希望星星之火可以燎原,好學(xué)校能夠幫助我們起到示范帶頭引領(lǐng)作用,我們要匯集更多層級的學(xué)校,讓更多的孩子受益?!?/p>
一、構(gòu)建具有影響力的校園文化,詮釋合作的真正內(nèi)涵
我校在進(jìn)行校園墻體文化建設(shè)時,有意識地將“合作”這一理念作為一種工作和學(xué)習(xí)的需要進(jìn)行大膽而又創(chuàng)意的構(gòu)想,我們在已有的校園文化的基礎(chǔ)之上進(jìn)一步提出“團(tuán)結(jié)協(xié)作務(wù)實求是”的校風(fēng),將“團(tuán)結(jié)協(xié)作”作為師生的共同修養(yǎng)加以強(qiáng)調(diào),在學(xué)校的日常工作中逐步滲透、逐步展現(xiàn)出來。
經(jīng)過一年的實踐,教師隊伍中有了更多的合作,一起運(yùn)動健身,在教師運(yùn)動會上大展身手;一起精心地進(jìn)行教學(xué)研究,論文創(chuàng)作;一起為學(xué)生編排舞蹈而各抒己見;一起為建設(shè)怎樣的校園文化爭論不休,方案確定后個個都全心全意地投入工作。大家無論是在生活上,還是在工作中都能謙虛地和作。但又不乏朝氣蓬勃的競爭。“團(tuán)結(jié)協(xié)作”變成一種工作作風(fēng),在平時的工作中點(diǎn)點(diǎn)滴滴的流向?qū)W生……
與此同時,我們提出了我校的學(xué)風(fēng)“勤奮博學(xué)自主合作”將“自主合作”又加以強(qiáng)調(diào)投射到學(xué)生的學(xué)習(xí)中去,在已有的教師合作氛圍的影響下,學(xué)生中也逐漸有了合作的跡象,班級中出現(xiàn)了互幫互帶的可喜勁頭;在“唱紅歌誦經(jīng)典”活動中,學(xué)生自發(fā)編排的詩朗誦、紅歌串燒等節(jié)目獲得了大家的一致好評。
事實勝于雄辯。合作取得的成功讓師生歡喜之余,更多的應(yīng)該是關(guān)于合作的重要性的深刻的反思。正如卡耐基說的:現(xiàn)代社會的變化日新月異,如果我們沒有與人合作的思想,靠著單打獨(dú)斗是不可能取得大成就的,世界上任何一個奇跡的創(chuàng)造都是集體智慧的結(jié)晶。中國的一句古語:眾人拾柴火焰高。也能充分說明與人合作的重要性。
二、構(gòu)建良好教學(xué)課堂,促進(jìn)合作意識的養(yǎng)成
德國著名教育家哥特富爾德?海納特說過:教師凡欲促進(jìn)它的學(xué)生的創(chuàng)新力,就必須在他的班倡導(dǎo)一種合作、明主、社會一體的作風(fēng)。我想整個學(xué)校更是這樣。學(xué)校就是一個小社會,學(xué)校中有人的交流與相處,也會有矛盾和沖突;學(xué)校的組織形式以班級建構(gòu),其中的人可能與我們非親非故,這給我們的相處帶來了新的要求,這也是需要學(xué)生學(xué)會共處的一個重要原因所在。
現(xiàn)在大多數(shù)家庭的生活條件十分優(yōu)越,不少的學(xué)生已漸漸成為家庭的“中心”。尤其是獨(dú)生子女,更容易形成“人人為我,我為自我”的個人中心主義,不明與人為善的重要性,不分場合地以自我為中心。逐漸養(yǎng)成心胸狹窄,性格孤僻,自私自利,仇視他人的心理,缺乏合作精神,這勢必會阻礙學(xué)生的健康成長。
心理學(xué)認(rèn)為:學(xué)生認(rèn)知、情感、行為三個不同層次的學(xué)習(xí)心理狀態(tài)的提高。提倡合作教育,在教學(xué)中為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個能積極交往的機(jī)會,將學(xué)習(xí)的內(nèi)容分散成若干個板塊,盡量在教學(xué)中讓學(xué)生進(jìn)行合作完成學(xué)習(xí)任務(wù)。新課程改革中提出的“探究合作”學(xué)習(xí)對于學(xué)生形成良好的人際關(guān)系,養(yǎng)成良好的合作意識,培養(yǎng)合作能力方面是有極大作用的。
我校進(jìn)行的“合作學(xué)習(xí)”嘗試:將具有不同特長的學(xué)生12人整合成一個學(xué)習(xí)小組,進(jìn)行同一內(nèi)容的學(xué)習(xí)。短短一周的嘗試,讓我們感慨萬千。十二人之間的學(xué)習(xí)方式,學(xué)習(xí)心態(tài)都得到了極大地改善,甚至是優(yōu)化。合作,真正地讓參與的人優(yōu)勢互補(bǔ)!
三、經(jīng)典故事感動靈魂,育人于有聲之中
故事是學(xué)生的最愛,幾乎沒有哪一個學(xué)生不愛聽故事,生動而富有寓意的故事往往能啟發(fā)學(xué)生的心智,陶冶學(xué)生的性情。我們就利用這一特點(diǎn),在“每日一故事”的校園廣播中,每周插播一則關(guān)于合作的重要性的小故事。如《五指兄弟》讓學(xué)生通過聽故事明白人與人相互炫耀是不對的,誰也離不開誰,就像五指,如果不合心,都不能拿起沉重的鐵球。從而明白為什么要合作的道理?!短禊Z、梭魚和大蝦》通過聽故事讓學(xué)生明白,離開了合作 不大的困難也克服不了等等。在班級故事會中有意識地安排這樣的故事。日積月累,學(xué)生頭腦中自然而然地對合作的重要性有了更為深刻的了解,在日常生活中也會不經(jīng)意地與別人合作完成一些學(xué)習(xí)或工作。這不僅幫助了他人,自己也得到了實惠。小雨潤如酥,潤物細(xì)無聲。我們讓這有聲的語言悄無聲息地流淌到學(xué)生的心田,用智慧滋潤智慧,用美好培育美好
四、重視勞動實踐,嘗試合作的快樂
農(nóng)村學(xué)??倳羞@樣那樣的勞動需要學(xué)生參與完成,我們就利用勞動的機(jī)會對學(xué)生進(jìn)行合作意識和合作能力的培養(yǎng)。我校有一百多人住校生活,每學(xué)期要到山上撿柴。在上山之前老師就會對撿柴過程中需要合作的環(huán)節(jié)進(jìn)行說明,并簡要提出合作的要求與方法:分工合作 。
都說農(nóng)村的孩子早當(dāng)家。的確是這樣。幾乎沒有一個學(xué)生愿意一直在別人的幫助下完成勞動,他們都希望自己能夠是這個群體中最棒的,自己能為這個群體付出最多的勞動。有的忙著鉆進(jìn)灌木叢中撿拾干柴,有的將撿到的柴一支一支理好,有的用繩子將理好的柴一捆一捆地捆好,沒多大一會兒學(xué)生已經(jīng)完成任務(wù)。通過自己切身感受學(xué)生更加真實的體會了合作的快樂。俗話說:“失敗是成功之母?!逼鋵?,成功又何嘗不是成功之母呢?我們的勞動,在簡單之中進(jìn)行,以求在成功的基礎(chǔ)之上獲得新的成功,在小的成功的基礎(chǔ)之上總結(jié)有利經(jīng)驗,以獲得做大事的勇氣,獲得通向成功的有效方法。成功越多,學(xué)生的興趣越濃;興趣越濃,成功越多,周而復(fù)始,螺旋上升,學(xué)生就在其中天天向上了。
同時,我們在結(jié)合學(xué)生中的相關(guān)情況及時地進(jìn)行總結(jié)、分析,給予必要的評價鼓勵,以提高學(xué)生的積極性和合作興趣。讓興趣成為引領(lǐng)成長的最好的老師。
五、教育學(xué)生細(xì)心觀察,師法自然
合作,在我們的自然界和社會生活中是無處不在的,應(yīng)該說沒有合作,就不可能有如此發(fā)達(dá)的社會文明!為了讓學(xué)生更為直觀地了解合作的意義,我們利用外出活動的機(jī)會引導(dǎo)學(xué)生,觀察螞蟻合作搬糧的活動場面;觀察蜜蜂釀蜜的工作狀況,讓學(xué)生通過觀察理解螞蟻和蜜蜂兩種昆蟲利用團(tuán)結(jié)合作精神所創(chuàng)造的偉大奇跡。感受團(tuán)結(jié)合作的重要作用,進(jìn)而,將螞蟻、蜜蜂的這種精神運(yùn)用到我們的學(xué)習(xí)和生活中來,創(chuàng)造屬于我們自己的奇跡。印度哲學(xué)家菩德曼曾說:“播種一個行為,你會收獲一個習(xí)慣;播種一個習(xí)慣,你會收獲一個個性;播種一個個性,你會收獲一個命運(yùn)?!惫耪Z云:“少年若天性,習(xí)慣成自然?!绷己玫牧?xí)慣存放在大腦里,取之不盡用之不絕。我們的教育,就因該從培養(yǎng)學(xué)生的行為開始,讓他們養(yǎng)成良好的習(xí)慣,為他們收獲一個個精彩的命運(yùn)做好鋪墊。
六、注重學(xué)生的平時管理,樹立合作的新典范,將合作意識由被動便主動
一、小組合作學(xué)習(xí)的含義
合作學(xué)習(xí)是一種社會型學(xué)習(xí)模式,是指學(xué)生在小組或團(tuán)體中為了完成共同任務(wù),有明確的責(zé)任分工和互的學(xué)習(xí)。
在這樣的學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生之間由原來相對獨(dú)立的個體關(guān)系轉(zhuǎn)化為密切合作的伙伴關(guān)系。學(xué)生之間的合作關(guān)系詳細(xì)表現(xiàn)在以下四個方面的積極的相互依賴上。
1·目標(biāo)相互依賴。小組成員需要共同努力,完成同一個學(xué)習(xí)目標(biāo),成員個體的活動由小組的共同任務(wù)所統(tǒng)一,只有每個成員都完成了自己所承擔(dān)的工作,小組的目標(biāo)才能達(dá)到。
2·角色相互依賴。小組需要確定每個成員的任務(wù)和責(zé)任,進(jìn)行明確的分工,這就形成了小組內(nèi)相互補(bǔ)充和相互支持的角色系統(tǒng)。
3·資源相互依賴。為了實現(xiàn)共同的學(xué)習(xí)目標(biāo),小組成員之間必須交流信息和分享有關(guān)材料,因為在一般情況下沒有一個人會具備全部的知識及資源并獨(dú)立完成課題。
4·獎勵相互依賴。在小組學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成后,全體成員得到一個相同的針對小組成果的評價或獎勵。這一評價取決于每一個成員在探究過程中的表現(xiàn)與努力。
在這些相互依賴關(guān)系的作用下,學(xué)生之間由原來的競爭轉(zhuǎn)化為合作,呈現(xiàn)出學(xué)生互動、團(tuán)結(jié)協(xié)作的新局面。這與傳統(tǒng)教學(xué)觀“只強(qiáng)調(diào)學(xué)生個體在學(xué)習(xí)中的表現(xiàn),而忽視學(xué)生群體的社會性合作”形成了鮮明對照。
二、開展小組合作學(xué)習(xí)的操作流程
小學(xué)教學(xué)中小組合作學(xué)習(xí)要達(dá)到面向全體與個別化教導(dǎo)的和諧統(tǒng)一,自主發(fā)展與個性發(fā)展的和諧統(tǒng)一,要遵循自主性原則、個性化原則、交互性原則、開放性原則、激勵性原則。在這些原則指導(dǎo)下,小學(xué)教學(xué)中開展小組合作學(xué)習(xí),有以下的操作流程:
(一)科學(xué)分組,傳授合作方法
分好學(xué)習(xí)小組,是合作學(xué)習(xí)的前提。建立學(xué)習(xí)小組要考慮到“量”和“質(zhì)”兩個因素:在人員數(shù)目上,小組規(guī)模不宜過大,一般4~6人,人數(shù)過多容易使分工和責(zé)任模糊,減少成員之間緊密而積極的互動;在人員“質(zhì)”的方面,成員的組成既要考慮到學(xué)習(xí)成績好、中、差的搭配,又要考慮到他們原有的性格、情感特征等非智力型的合作基礎(chǔ)。
組內(nèi)的每個成員都有明確的分工,可以采取輪換制,如組長、記錄員、資料員、報告員等由每個成員輪流擔(dān)任。組長負(fù)責(zé)組織、治理,記錄員負(fù)責(zé)合作過程的記錄,資料員負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)資料的收集,報告員負(fù)責(zé)寫學(xué)習(xí)報告,代表小組進(jìn)行學(xué)習(xí)成果報告。一定時間后角色互換,使每個成員都能從不同的位置上得到體驗、鍛煉和提高。同時我們還在積極地對分組形式加以嘗試與優(yōu)化,而不局限于固定不變的分組模式,比如有時為了營造競爭的氛圍,嘗試按男女生進(jìn)行分組,有時為了合作的密切按愛好進(jìn)行分組,也有時為了合作的便捷按座位實施組際合作形成大組等多種做法。
小組合作學(xué)習(xí)中,教師要指導(dǎo)好小學(xué)生積極采取討論、實驗、歸納等探究形式,才能有效開展小組合作學(xué)習(xí)。教師要通過觀察、參與、巡視、指導(dǎo)等方式積極地加以調(diào)控,從而不斷深化學(xué)生對知識的探索過程,培養(yǎng)學(xué)生良好的合作學(xué)習(xí)習(xí)慣。
(二)提出研討問題,明確要求
提出恰當(dāng)?shù)难杏憜栴}是實施小組合作學(xué)習(xí)勝利的基礎(chǔ)一個好的研討問題,可以使學(xué)生有的放矢,在既定的目標(biāo)下積極合作探索,使合作效果達(dá)到最優(yōu)化,否則可能適得其反早在20世紀(jì)二三十年代,前蘇聯(lián)聞名的心理學(xué)家維果茲基就提出了“最近發(fā)展區(qū)”理論,他認(rèn)為只有當(dāng)教學(xué)走在發(fā)展的前面,這才是最好的教學(xué)。根據(jù)他的理論,我們在教學(xué)中設(shè)置的問題應(yīng)該盡可能與學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”相適應(yīng),既要把握學(xué)生能夠達(dá)到,又要有一定的難度,而又不能輕易達(dá)到還要含有一定的趣味性,讓學(xué)生覺得研討這樣的問題有勁、有趣、有意義,能促進(jìn)思維的發(fā)展。因此教師應(yīng)從學(xué)生的經(jīng)驗和知識背景出發(fā),努力組織一些有意義的討論活動,設(shè)計啟發(fā)性、開放性和合作性的問題。
教師設(shè)計的問題要有利于促進(jìn)學(xué)生動腦,主動探究數(shù)學(xué)知識,有利于集體研究,促進(jìn)合作學(xué)習(xí)。不提出過于簡樸,不假思索就能解決的問題。問題過于簡樸,學(xué)生張口就會,看起來氣氛活躍,久而久之,學(xué)生容易形成思維惰性,不利于創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。如教學(xué)乘法意義時,當(dāng)出現(xiàn):2+2+2=6,3+3+3+3=12,5+5+5=15后,不提這樣的問題“每個算式的加數(shù)都怎么樣?”“三個算式有什么共同特點(diǎn)?”而提出“請仔細(xì)觀察三個算式,你發(fā)現(xiàn)了什么?”這樣的問題,促進(jìn)學(xué)生去尋找算式之間的聯(lián)系,抓住本質(zhì),尋找共同點(diǎn),促進(jìn)組內(nèi)交流,有利于合作學(xué)習(xí)。
(三)適時分組討論,給足討論時間
分組研討是合作學(xué)習(xí)勝利的要害。這里的研討時間大致可分為兩個階段:
首先小組研討前必須有一個較為充足的獨(dú)立思索時間,即在自己原有的知識水平和能力基礎(chǔ)之上感知新知,進(jìn)行思索。學(xué)生合作的主要目的之一是在解決問題的過程中促進(jìn)每個人的發(fā)展,培養(yǎng)創(chuàng)新精神、實踐能力和解決問題的能力,發(fā)展情感態(tài)度和價值觀,然后才能談到合作意識和能力的培養(yǎng)。因此,學(xué)生們在小組合作前必須有一個較為充足的獨(dú)立思索時間,在自己原有的知識水平和能力上感知新知,進(jìn)行思索,而不僅僅作為小組中的一位聽眾,要使每個學(xué)生有了初步的想法后再進(jìn)行探究、交流,共同解決問題。這樣做也給那些不愛動腦思索或?qū)W習(xí)有一定困難的學(xué)生提供了進(jìn)步的機(jī)會,對提高這部分學(xué)生的學(xué)習(xí)能力是有幫助的。教師在此時要鼓勵學(xué)生,非凡是能力中等和較差的學(xué)生,引導(dǎo)其觀察、審題。假如一味追求合作氣氛,在呈現(xiàn)問題情境后,不留給學(xué)生片刻思索時間,就連忙公布“下面開始小組合作學(xué)習(xí)”,這樣學(xué)生還沒來得及思索問題情境,更談不上自己的獨(dú)立方案,容易造成要么組內(nèi)優(yōu)生一言堂,要么使討論流于形式,達(dá)不到合作學(xué)習(xí)的目的。
第二階段是進(jìn)行合作研討,小組成員交流各自思索成果,互相啟發(fā)、互相幫助、共同解決問題,形成初步的小組共識,并整理預(yù)備報告。在這一階段的小組合作學(xué)習(xí)、討論中,教師要注重在教學(xué)中要有意識地讓學(xué)生學(xué)會收集資料,提供機(jī)會讓學(xué)生多表達(dá)自己的觀點(diǎn),發(fā)現(xiàn)問題及時指點(diǎn),在要害處予以指導(dǎo),讓學(xué)生逐漸學(xué)會討論問題的步驟和方法。同時,教師要有意識地使學(xué)生認(rèn)識到合作學(xué)習(xí)的重要性,進(jìn)而建立互相信任、團(tuán)結(jié)互助的關(guān)系,加強(qiáng)小組成員的集體責(zé)任感,從而以友好的方式對待爭議。
合作學(xué)習(xí)是需要花時間的,這也是該模式讓人想投入而又往往不大敢投入的重要“瓶頸”,但我們認(rèn)為:這個時間應(yīng)該花,而且非常值得花,因為那是屬于孩子們自己的合作探究的時間。波利亞曾說:“學(xué)習(xí)任何知識的最佳途徑是由學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn),因為這種發(fā)現(xiàn),理解最深,也最容易把握其中的規(guī)律、性質(zhì)和聯(lián)系?!边@是一種探究性的學(xué)習(xí)策略,它體現(xiàn)了一種全新的教學(xué)理念,但這種學(xué)習(xí)策略必須向?qū)W生提供充足的學(xué)習(xí)時間,否則學(xué)生的研究探索將一事無成。
(四)全班交流評價,提高學(xué)生合作質(zhì)量
全班交流評價是小組合作學(xué)習(xí)流程中極為重要的環(huán)節(jié),有效進(jìn)行這一環(huán)節(jié)可使各小組之間互相學(xué)習(xí)、互相競爭、互相促進(jìn),通過交流可以把小組和認(rèn)知成果轉(zhuǎn)化為全體組員的共同認(rèn)知成果,可以互相啟發(fā)、開辟思維,進(jìn)一步深化對知識的理解,也可有效地糾正在學(xué)生中帶有共性的錯誤認(rèn)識。同時,在互相學(xué)習(xí)的過程中還能使每個學(xué)生正確認(rèn)識和評價自己,這樣可從若干個橫向縱向的比較,讓生與生(每個學(xué)生)、組與組(每個小組)意識到相互之間的差距,而達(dá)到使每個學(xué)生共同進(jìn)步。
三、小組合作學(xué)習(xí)的評價原則
在小學(xué)教學(xué)活動中實施了小組合作學(xué)習(xí),其成效如何?怎樣獲得有效的數(shù)據(jù),通過比較研究來驗證學(xué)生在學(xué)業(yè)、情感態(tài)度和價值觀等方面所獲得的實質(zhì)性進(jìn)展?其評價的原則如何?這些是我們實施小組合作學(xué)習(xí)時不得不面對的問題。小組合作學(xué)習(xí)的評價應(yīng)遵循兩個原則:
(一)過程與成果的統(tǒng)一
對學(xué)生小組合作的評價,既要關(guān)注學(xué)生開展小組合作的結(jié)果,更要關(guān)注學(xué)生在小組合作過程中的變化和發(fā)展,包括知識技能的發(fā)展,情感態(tài)度的發(fā)展。如在教學(xué)“一位數(shù)除多位數(shù)的筆算”中,教師提問:上面的計算中,你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律?小組合作討論及交流中先后得出:(1)從被除數(shù)的高位除起,用除數(shù)先試除被除數(shù)的前一位,假如前一位不夠除,就試除前兩位數(shù);(2)除到被除數(shù)的哪一位,就把商寫在哪一位的上面;(3)0除以任何不是0的數(shù)都得0等。這樣一個討論、評價與補(bǔ)充的轉(zhuǎn)化過程,不僅培養(yǎng)了學(xué)生認(rèn)真聽取別人發(fā)言的良好品質(zhì),也培養(yǎng)了學(xué)生思維邏輯性和總結(jié)歸納的習(xí)慣,同時還激發(fā)了學(xué)生參與討論,體驗勝利的積極性。此外,在學(xué)生小組合作交流后,不妨讓學(xué)生說說自己或同學(xué)是否樂意進(jìn)行小組合作,自己或同學(xué)是否積極地投入到小組的合作學(xué)習(xí)中,在小組合作學(xué)習(xí)中有什么收獲等等。然后教師用鼓勵性語言對學(xué)生小組合作的過程與結(jié)果給予肯定,鼓勵學(xué)生要樂于與他人合作共同解決問題。通過學(xué)生對小組活動的過程與結(jié)果的反思,使學(xué)生感觸到小組合作學(xué)習(xí)有利于交流解決問題,有利于發(fā)展自己的思維廣度和深度,把小組合作學(xué)習(xí)內(nèi)化為學(xué)生解決問題與進(jìn)行教學(xué)思索的需要。
(二)小組成就與個人貢獻(xiàn)的統(tǒng)一
小組合作學(xué)習(xí)以小組團(tuán)體的成績作為評價標(biāo)準(zhǔn),這無疑是正確的。但這可能會把實施小組合作學(xué)習(xí)的教師引向一個誤區(qū):教師在教學(xué)時往往把評價和獎賞過多地放在小組整體上,從而忽略個體的發(fā)展。我們必須認(rèn)識到小組合作學(xué)習(xí)只是一種形式,它是為學(xué)生個性的全面發(fā)展服務(wù)的。因此,對小組探究綜合成績的評定就必須兼顧兩個方面:一是檢查小組成員集體取得的成果,二是記錄和考查每個學(xué)生在小組研究中的詳細(xì)工作及表現(xiàn)??此麄儌€人的責(zé)任完成得如何。按照這個思路,每個人得到的總評成績即為兩部分之和———小組得分和個人得分,這樣,既體現(xiàn)出群體的智慧和力量,也體現(xiàn)出個人的能力和水平,將合作與自主這兩個要求同時在評價中反映出來。
四、小組合作學(xué)習(xí)的作用
1.小組合作學(xué)習(xí)實現(xiàn)了應(yīng)試教導(dǎo)向素質(zhì)教導(dǎo)的轉(zhuǎn)變目前,我國的學(xué)校教導(dǎo)過多強(qiáng)調(diào)競爭,而忽略合作,許多學(xué)生都認(rèn)為別人的勝利就是自己的失敗,在這種氛圍中學(xué)生養(yǎng)成了一種被扭曲的競爭意識和與之相對應(yīng)的利己行為,他們大多缺乏合作意識,缺乏與別人相處與交流的能力。而小組合作學(xué)習(xí)把個人的競爭變?yōu)樾〗M之間的競爭,把個人計分改為小組計分,以小組總體成績決定獎勵或認(rèn)可的依據(jù),形成組內(nèi)成員合作,組間成員競爭的新格局,利于實現(xiàn)課堂教學(xué)由應(yīng)試教導(dǎo)向素質(zhì)教導(dǎo)的轉(zhuǎn)變。
2.小組合作學(xué)習(xí)改變了傳統(tǒng)的師生觀
在傳統(tǒng)教導(dǎo)中,教師是既當(dāng)“導(dǎo)演”又當(dāng)“演員”,結(jié)果是“導(dǎo)”不明,“演”不精,事倍功半,苦不堪言;而學(xué)生只能跑跑龍?zhí)?敲敲邊鼓,充當(dāng)配角或背景,甚至是旁觀者。在小組合作學(xué)習(xí)中提倡教師當(dāng)好“導(dǎo)演”,學(xué)生當(dāng)好“演員”,它不再像傳統(tǒng)教學(xué)那樣保持所謂的教師權(quán)威,而是巧妙地運(yùn)用了師生之間互動,“導(dǎo)”與“演”進(jìn)行分離與分工,充分尊重學(xué)生的主體地位,力求“導(dǎo)”為前提,“演”為主體,把大量的課堂時間留給了學(xué)生,使他們有機(jī)會進(jìn)行相互切磋,共同提高。
3.小組合作學(xué)習(xí)注重并發(fā)揮課堂教學(xué)的情意功能
傳統(tǒng)教學(xué)理論大都只注重教學(xué)的認(rèn)知功能,注重學(xué)生的學(xué)業(yè)成績,而對教學(xué)的情意功能則重視不足,忽視了學(xué)生非認(rèn)知品質(zhì)的發(fā)展。小組合作學(xué)習(xí)理念認(rèn)為:只有學(xué)生愿意學(xué),才能學(xué)得好。學(xué)生在小組合作中學(xué)習(xí),小組成員之間可以相互交流,相互尊重,既滿足了感情和友愛,又像課外活動那樣布滿互助和競賽,同學(xué)之間通過提供幫助而滿足了自己影響別人的需要。同時,通過相互關(guān)心滿足了歸屬的需要。在合作小組中,每個人都可以發(fā)表自己的觀點(diǎn)與看法,也樂意傾聽他人的意見,當(dāng)學(xué)生們在一起合作融洽、工作出色時,他們得到的更多,學(xué)得也更加舒暢。
【關(guān)鍵詞】構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論;機(jī)器人;嵌入式系統(tǒng);學(xué)習(xí)情境設(shè)計
【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【論文編號】1009―8097(2011)02―0144―05
引言
長期以來,我國大學(xué)教學(xué)一直以知識為本位,在知識傳授過程中,教師起主體作用,學(xué)生則被動接受知識,大學(xué)教學(xué)重知識輕能力、重共性輕個性、重灌輸輕引導(dǎo)。在這種師生授受教學(xué)模式中,學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和獨(dú)立性不強(qiáng),沒有探索知識提高創(chuàng)新能力的意識,容易造成學(xué)習(xí)目的性不明確,知識掌握片面,面對具體問題時無法靈活運(yùn)用所學(xué)知識給予解決。對此,很多研究者提出以學(xué)生為主體的教學(xué)觀,將學(xué)生從被動接受知識的容器變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)的探索者,積極運(yùn)用主體教學(xué)原則,通過創(chuàng)設(shè)問題情境,以問題驅(qū)動式引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識嘗試性解決所面對的問題,通過學(xué)生自身的主動學(xué)習(xí)和探索進(jìn)行知識的內(nèi)化。
在以學(xué)生為主體的教學(xué)思潮中,構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論最有影響力。該理論最早由心理學(xué)家皮亞杰(J. Piaget)在研究兒童認(rèn)知發(fā)展的基礎(chǔ)上提出來的,其核心內(nèi)容強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心,強(qiáng)調(diào)學(xué)生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對所學(xué)知識意義的主動建構(gòu)。隨著現(xiàn)代教育技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展,建構(gòu)主義所要求各要素可得到滿足,這促使建構(gòu)主義理論日益與廣大教師的教學(xué)實踐結(jié)合起來,成為國內(nèi)外學(xué)校深化教學(xué)改革的指導(dǎo)思想。
建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論雖然在中小學(xué)教育中得到廣泛接納,然而,在高校實際教學(xué)中,受教學(xué)大綱、教學(xué)計劃(課時)和教材所限制,理論課程在授課方式上主要以“教”為主,教學(xué)模式依然以教師為中心,與建構(gòu)主義思想有一定出入。并且在很多情況下是大班教學(xué),若完全采用以學(xué)生為中心,強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)過程,一則由于學(xué)生學(xué)習(xí)差異性超出預(yù)期,在教學(xué)時間上把握難度大,無法控制教學(xué)進(jìn)度;二則在大班教學(xué)下,學(xué)生數(shù)量多,無法在兩節(jié)課的時間里良好把握個體的學(xué)習(xí)情況。對此,理論教學(xué)以教師“教”為主,實驗教學(xué)以學(xué)生“學(xué)”為主,是當(dāng)前高校中普遍采用的教學(xué)方式。因此,可在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中,采用建構(gòu)主義教學(xué)理論,積極把握“情境”、“協(xié)作”、“會話”和“意義建構(gòu)”四大學(xué)習(xí)要素,以取得良好教學(xué)效果。
雖然在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)能較好地發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)能動性,但對于具體一門實驗課,其實驗?zāi)康募皩嶒瀮?nèi)容安排上是圍繞對應(yīng)課程設(shè)計的,往往缺乏課程之間的聯(lián)系性,在教學(xué)效果上,學(xué)生對知識的把握仍然具有很大的狹隘性,無法將以前所學(xué)的相關(guān)課程聯(lián)系起來,當(dāng)面對實際問題時,依然無法運(yùn)用所學(xué)知識靈活解決,導(dǎo)致人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)仍然達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。對此,開展大學(xué)生課外科技活動,是加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí),提高創(chuàng)新能力的有效途徑之一,如“挑戰(zhàn)杯”競賽、大學(xué)生電子設(shè)計競賽、ACM大學(xué)生程序設(shè)計競賽、大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競賽、全國大學(xué)生機(jī)器人比賽等進(jìn)一步推動學(xué)生課外科技活動的開展,并在相關(guān)領(lǐng)域培養(yǎng)了大批高層次人才。在這些課外科技活動中,凡面向競賽的,其參與者是選的,這些學(xué)生在相應(yīng)學(xué)科都是拔尖者,且只占了在校生中一小部分,導(dǎo)致人才培養(yǎng)理念和培養(yǎng)模式仍然停留在精英教育階段0。而我國高等教育已經(jīng)進(jìn)入大眾化階段,在培養(yǎng)精英的同時,亦須考慮開設(shè)面向大眾的綜合性實踐課,以提升教學(xué)效果。
本文針對電氣專業(yè),研究“機(jī)器人實踐課”的教學(xué)設(shè)計方法,根據(jù)前導(dǎo)課程特點(diǎn),提出若干綜合性的“情境設(shè)計”方案,在保證情境的生動性和豐富性的同時,也加強(qiáng)了電氣專業(yè)相關(guān)課程之間的聯(lián)系性,有利于學(xué)生通過主動學(xué)習(xí)和獨(dú)立探索完成意義構(gòu)建和知識體系的重構(gòu)升華。
一 “機(jī)器人實踐課”與其它課程的關(guān)聯(lián)性
“機(jī)器人實踐課”面向電氣信息類專業(yè)開設(shè),與其它課程的關(guān)聯(lián)性如圖1所示,通過運(yùn)動控制,可關(guān)聯(lián)到《大學(xué)物理》、《高等代數(shù)》和《自動控制原理》等課程;通過系統(tǒng)功能實現(xiàn),可關(guān)聯(lián)到《數(shù)字電路》、《模擬電路》、《傳感器與檢測技術(shù)》、《信號與系統(tǒng)》、《嵌入式系統(tǒng)》和《程序設(shè)計》等課程。在學(xué)習(xí)過程中,“同化”是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的量變,“順應(yīng)”是認(rèn)知結(jié)構(gòu)的質(zhì)變。學(xué)習(xí)不是簡單的信息積累,而是包含新舊知識經(jīng)驗的沖突和雙向的相互作用過程,以及由此引發(fā)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重組。學(xué)生在接觸機(jī)器人之前,學(xué)過圖1所關(guān)聯(lián)的課程,然而他們對課程中的大部分知識停留在模糊的認(rèn)知階段,無法將其內(nèi)化為自己的知識,并且可能隨著時間的遷移逐漸遺忘。在“機(jī)器人實踐課”上,通過合理的內(nèi)容編排,可引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)課程知識解決所遇問題,加深學(xué)生對相應(yīng)課程的理解和相關(guān)知識的應(yīng)用,使學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中完成認(rèn)知結(jié)構(gòu)的“同化”―“順應(yīng)”―“同化”―“順應(yīng)”的循環(huán)往復(fù)過程,最終達(dá)到知識的構(gòu)建。
二 課程“情境設(shè)計”
在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論中,“情境”、“協(xié)作”、“會話”和“意義構(gòu)建”是學(xué)習(xí)環(huán)境的四大要素。建構(gòu)主義提倡在教師的指導(dǎo)下,以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí),在整個學(xué)習(xí)過程中,既強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知主體作用,又不能忽視教師的指導(dǎo)作用,教師是意義構(gòu)建的幫助者和促進(jìn)者。從教師的角度看,“情境創(chuàng)設(shè)”是最重要的內(nèi)容之一,只有創(chuàng)設(shè)了有利于學(xué)生建構(gòu)意義的情境,學(xué)生才能圍繞該情境,通過獨(dú)立研究和“協(xié)作”、“會話”的合作方式進(jìn)行學(xué)習(xí)活動,最終經(jīng)過內(nèi)化完成知識的“意義構(gòu)建”。針對教學(xué)機(jī)器人,其情境創(chuàng)設(shè)可通過設(shè)定相應(yīng)的實踐任務(wù),以任務(wù)驅(qū)動式方式完成學(xué)習(xí)內(nèi)容。
教師在情境創(chuàng)設(shè)過程中,要成為學(xué)生構(gòu)建知識的幫助者和引導(dǎo)者,在具體問題上,可向?qū)W生提供新舊知識之間聯(lián)系的線索,并組織協(xié)助學(xué)習(xí),展開討論和交流,使之朝有利于意義構(gòu)建的方向發(fā)展。
針對教學(xué)機(jī)器人,可做以下情境構(gòu)建:紅外尋跡測量;超聲測距;磁導(dǎo)尋軌設(shè)計;電機(jī)驅(qū)動、測速與控制;尋軌運(yùn)動控制。
1 紅外尋跡測量情境設(shè)計
實驗原理:根據(jù)不同顏色對光反射性能差異原理,采用TCRT5000反射式紅外對管對黑色電工膠布粘成的尋跡線進(jìn)行測量,由于黑色物相比其他顏色對光的反射性要差,接收管在黑色尋跡線上接收的紅外光比其它背景區(qū)要弱,導(dǎo)致其感應(yīng)的電流減小,在接收管上串聯(lián)適當(dāng)阻值電阻,可將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換成電壓,進(jìn)而根據(jù)電壓的不同可將尋跡線與背景區(qū)分出來。
問題設(shè)計:1)紅外發(fā)射管的供電電流會影響檢測距離、接收管的感應(yīng)電流,如何串聯(lián)合適的限流電阻取得良好的測量效果;2)接收管的感應(yīng)電流通過串聯(lián)接收電阻實現(xiàn)電流向電壓的轉(zhuǎn)換,如何選取恰當(dāng)?shù)慕邮针娮瑁?)紅外尋跡測量信號最后可處理成“0”-“1”的邏輯信號(可通過調(diào)節(jié)恰當(dāng)?shù)陌l(fā)射管串聯(lián)電阻、接收管電阻或采用電壓比較器實現(xiàn))表示探頭是否在尋跡線上,也可直接用AD(模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換)方式將感應(yīng)電流信號作為模擬信號進(jìn)行處理,并通過軟件設(shè)置閥值來判斷探頭是否在尋跡線上,通過實踐比較數(shù)字處理方式和模擬處理方式的優(yōu)劣勢。
在教學(xué)目的上,該實踐課的目的是讓學(xué)生通過主動搜集并分析相關(guān)的資料,運(yùn)用探索法,去了解紅外光的反射特性并掌握相關(guān)測量手段,進(jìn)而在實踐過程中對二極管、三極管、電壓比較器、等效電阻、戴維寧等效電路等模擬電路以及單片機(jī)的數(shù)字輸入、模擬輸入等相關(guān)知識有重新的認(rèn)識和提高。
2 超聲測距情境設(shè)計
在機(jī)器人實踐中,超聲測距主要用于移動機(jī)器人避障。超聲測距的實驗原理為:超聲發(fā)射器發(fā)射若干個40KHZ超聲波,接收器接收到回波經(jīng)濾波、放大和比較器后將信號調(diào)理成“0”―“1”信號,單片機(jī)測量發(fā)送波與接收波之間的時間差,再根據(jù)超聲波在空氣中的傳播速度可計算出距離。在該情境設(shè)計中涉及的關(guān)聯(lián)課程有《傳感器與檢測技術(shù)》、《模擬電路》、《嵌入式系統(tǒng)》和《程序設(shè)計》。
問題設(shè)計:1)超聲波在空氣中的傳播特性;2)超聲傳感器的方向性;3)超聲測距的具體實現(xiàn)。
超聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s,并且具有較強(qiáng)的方向性,方位角大小由傳感器本身特性決定。由方位角特性引導(dǎo)學(xué)生對超聲傳感器安裝高度進(jìn)行思考,通過兩種不同方位角的超聲傳感器的實際測量效果,讓學(xué)生明白大方位角的超聲傳感需要較高的安裝高度才能避免地面的反射影響,并結(jié)合方位角特性和避障距離,讓學(xué)生建立模型計算安裝高度。經(jīng)過這兩個環(huán)節(jié)后,學(xué)生對超聲波的特性比較了解,尤其是對方位角概念會有比較具體的認(rèn)識,此時可穿插市場價格信息,讓學(xué)生搜索不同方位角傳感器的價格,并從中把握性能和價格的平衡點(diǎn),培養(yǎng)工程意識。在超聲測距技術(shù)實現(xiàn)上,主要測量超聲發(fā)送波與回波之間的時間差,再根據(jù)聲速即可求得距離。在程序編程環(huán)節(jié),著重中斷程序處理及中斷延遲補(bǔ)償、結(jié)構(gòu)體與聯(lián)合體配合使用對8位/16位/32位數(shù)據(jù)混合操作,PCA捕捉等,結(jié)合實際應(yīng)用需求引入新技術(shù),提高學(xué)生對其接受度。經(jīng)過這個過程,學(xué)生經(jīng)歷憑自己的知識體系提出問題的解決方案(較自信階段),解決方案缺陷逐個暴露并找不到合適的處理方法(陷入思考和迷茫階段),獲得新的線索和新的解決方案(重拾自信和成功喜悅階段)。在知識結(jié)構(gòu)上,則整個學(xué)習(xí)過程經(jīng)歷“平衡―不平衡―新的平衡”的循環(huán),并在該循環(huán)中得到不斷的豐富、提高和發(fā)展。
3 磁導(dǎo)尋軌情境設(shè)計
實驗原理:在導(dǎo)線上一定頻率的交變電流會產(chǎn)生交變的磁場,通過電感感應(yīng)這交變磁場,并通過帶通濾波器和放大器對該信號進(jìn)行濾波放大處理,最后經(jīng)過檢波器將交變信號轉(zhuǎn)成直流信號供單片機(jī)AD采樣。導(dǎo)線上的交變電流一般選取20KHZ,通過帶通濾波器測量該特定頻率的交變磁場,可克服地球的永恒磁場、周邊電器產(chǎn)生的50HZ磁場等干擾,并且感應(yīng)的磁場強(qiáng)度和導(dǎo)線與傳感器的偏離距離呈單調(diào)關(guān)系,由此可測量移動機(jī)器人與尋軌導(dǎo)線的偏移信息。
問題設(shè)計:1)無限長直導(dǎo)線上通交變電流在空間中產(chǎn)生的磁場分布模型分析;2)如何測量磁場;3)檢測干擾分析;4)測量電路原理分析;5)有限長彎曲導(dǎo)線通電電流在空間中的磁場分布模型分析及測量改進(jìn)措施。
維果斯基(Vygotsky)對知識層次進(jìn)行研究,提出社會發(fā)展理論,認(rèn)為個體的發(fā)展具有兩種水平:現(xiàn)實的發(fā)展水平和潛在的發(fā)展水平,現(xiàn)實的發(fā)展水平是個體獨(dú)立活動所能達(dá)到的水平,而潛在的發(fā)展水平是指個體在教師或其他個體的幫助下所能達(dá)到的水平,在這兩種水平之間的區(qū)域即為“最近發(fā)展區(qū)”(ZPD:Zone of Proximal Development)。在教學(xué)活動中,教師應(yīng)把握學(xué)生的知識水平,合理設(shè)計問題,使得學(xué)生朝最近發(fā)展區(qū)提升知識,若問題過難,超越學(xué)生知識層次太多,可能會引起他們的知識混淆,降低學(xué)習(xí)興趣,或者死記硬背,生搬硬套,喪失創(chuàng)新性。
磁導(dǎo)尋軌測量具有一定的難度,在情境設(shè)計上,若一步到位直接給出最終的設(shè)計方案,與學(xué)生的知識體系有較大的距離,使得學(xué)生無法通過自主學(xué)習(xí)很好地進(jìn)行內(nèi)化。對此,磁導(dǎo)尋軌在問題設(shè)計上運(yùn)用了維果斯基ZPD理論,從簡化模型入手,循序漸進(jìn),步步引導(dǎo)。對通電導(dǎo)線的空間磁場分布,可先假設(shè)導(dǎo)線為無限長,引導(dǎo)學(xué)生查閱《大學(xué)物理》中的安培環(huán)路定理,得出傳感器與軌跡導(dǎo)線偏移距離與磁場的關(guān)系,進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生采用法拉第電磁感應(yīng)定律,得到電感(傳感器)上感應(yīng)電動勢與交變磁場的關(guān)系,經(jīng)過這兩個環(huán)節(jié),學(xué)生逐漸體會到《大學(xué)物理》與現(xiàn)實問題的聯(lián)系,并對傳感器與軌跡導(dǎo)線之間的距離與感應(yīng)信號有一定的理性認(rèn)識。若導(dǎo)線的通電電流是20KHZ的交變信號,則感應(yīng)電動勢也是20KHZ的交變信號,但該信號很微弱,且夾雜著50HZ的工頻干擾。對該信號測量,可在電感檢測單元上串聯(lián)電容,形成諧振電路,再在后繼電路中通過三極管進(jìn)行放大處理,進(jìn)而經(jīng)過檢波二極管和電容將交變信號變成直流信號。在該環(huán)節(jié)中涉及《模擬電路》、《傳感器與檢測技術(shù)》、《信號與系統(tǒng)》等相關(guān)知識,著重引導(dǎo)學(xué)生對頻域分析、三極管穩(wěn)態(tài)電路與小信號模型的分析、信號檢波等知識的深入理解,并讓學(xué)生通過Multisim等仿真軟件進(jìn)行電路仿真后再進(jìn)行實物制作,使學(xué)生養(yǎng)成通過原理分析―>仿真驗證―>解決問題的工程思維習(xí)慣。學(xué)生做出原型后,指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生往提高精度方向提升,原來的無限長導(dǎo)線假設(shè),針對實際中有限長且可能彎曲的導(dǎo)線,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用畢奧-薩伐爾定律及有限元進(jìn)行分析,并在測量環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn),減少非線性放大失真度。經(jīng)過這些環(huán)節(jié)后,學(xué)生將以前所學(xué)的課程知識與當(dāng)前問題充分聯(lián)系起來,把抽象的知識的具體化,并且在處理問題的過程中,會出現(xiàn)多次從不同角度涉及相同的知識,使學(xué)生對該知識形成比較全面、正確的理解,知識層次上由現(xiàn)有模糊生硬的理解向潛在層次提升,通過量能的積累進(jìn)而實現(xiàn)質(zhì)的突破。
4 電機(jī)測速、驅(qū)動與控制情境設(shè)計
電機(jī)測速、驅(qū)動與控制包含了傳感器、執(zhí)行器和控制器,是閉環(huán)控制系統(tǒng)的必要組成部分,該情境對自動化、電氣類專業(yè)學(xué)生加深《自動控制原理》課程理解和實踐具有非常大的作用,而測速、驅(qū)動和控制的具體實現(xiàn)又與《數(shù)字電路》、《電機(jī)與拖動》、《嵌入式系統(tǒng)》和《程序設(shè)計》等課程具有很強(qiáng)的聯(lián)系性。
電機(jī)測速視傳感器而定,目前本教學(xué)實踐中采用兩種傳感器:1)單路光電碼盤;2)雙路正交光電碼盤。前者成本低廉,并且可自制反射式光電碼盤;后者具有一定加工精度要求。對于多數(shù)單片機(jī),沒有雙路正交碼盤接口,需采用數(shù)字電路設(shè)計思想進(jìn)行倍頻和方向判斷,而該環(huán)節(jié)正好可用到《數(shù)字電路》相關(guān)知識。以往,學(xué)生學(xué)完《數(shù)字電路》往往只停留在意識層次,并無法與現(xiàn)實問題結(jié)合起來并靈活運(yùn)用該課程思想進(jìn)行邏輯設(shè)計。雙路碼盤的倍頻和測向提供了很好的應(yīng)用情境,使學(xué)生對《數(shù)字電路》有重新的認(rèn)識,并在該解決過程中通過獨(dú)立思考去發(fā)現(xiàn)雙路碼盤相比單路碼盤的優(yōu)勢。
電機(jī)驅(qū)動采用PWM方式驅(qū)動,電流放大芯片有達(dá)林頓三極管、MOS管等。在該環(huán)節(jié)主要設(shè)計3個問題:1)PWM的頻率與驅(qū)動噪聲;2)PWM的占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系;3)驅(qū)動能效和驅(qū)動芯片的散熱控制。PWM驅(qū)動頻率在音頻范圍內(nèi),尤其是在1KHZ至8KHZ之間會使電機(jī)發(fā)出音頻噪音,指導(dǎo)學(xué)生利用PCA時鐘或系統(tǒng)時鐘改變PWM頻率,通過實際驅(qū)動現(xiàn)象探討噪音的產(chǎn)生機(jī)理和消除方法。PWM占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速需從S域變換和瞬態(tài)響應(yīng)去分析,將電機(jī)等效為電感與電阻的串聯(lián)模型,通過瞬態(tài)響應(yīng)曲線,使學(xué)生明白占空比與電機(jī)平均電流的關(guān)系,另一方面電機(jī)電流與電動力矩及轉(zhuǎn)速構(gòu)成微分方程關(guān)系,與《高等代數(shù)》、《大學(xué)物理》具有聯(lián)系,可用這些課程的相關(guān)內(nèi)容作為鋪墊,逐步加深引入正題。驅(qū)動能效和驅(qū)動芯片散熱問題從《模擬電路》對三極管和MOS管的介紹知識出發(fā),抓住三極管VCE壓降及MOS管內(nèi)阻對驅(qū)動管能效及發(fā)熱的影響,通過開關(guān)管換流時的瞬態(tài)特性進(jìn)一步讓學(xué)生討論提高PWM頻率對能效降低及增加驅(qū)動芯片發(fā)熱量的影響,使其靈活掌握PWM頻率平衡設(shè)計的機(jī)理。整個內(nèi)容在設(shè)計上遵循維果斯基的ZPD學(xué)習(xí)理論,循序漸進(jìn)的問題設(shè)計可防止由于問題突然加難,打破學(xué)生個體的知識結(jié)構(gòu),有利于學(xué)生對知識的內(nèi)化和創(chuàng)新性培養(yǎng)。
電機(jī)控制采用PID控制,通過該環(huán)節(jié)使學(xué)生對經(jīng)典控制回路的反饋、執(zhí)行和控制三個環(huán)節(jié)有更具體的理解?!蹲詣涌刂圃怼酚脭?shù)學(xué)語言描述,比較抽象,以往大多學(xué)生由于沒有經(jīng)歷實際應(yīng)用,對該課程理解較差,無法活用相關(guān)知識。在電機(jī)控制中,首先遇到的是建模,本實踐課向?qū)W生介紹基于信號激勵的黑箱建模和基于機(jī)理的白箱建模。黑箱建模的激勵信號采用階越響應(yīng)信號,電機(jī)的響應(yīng)速度經(jīng)碼盤測量后由UART傳送到PC端,由Matlab繪制響應(yīng)曲線,并引導(dǎo)學(xué)生用《自動控制原理》中的經(jīng)典控制理論知識獲取動態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù),進(jìn)而以該黑箱模型為對象,讓學(xué)生設(shè)計P(比例)控制器,運(yùn)用勞斯判據(jù)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性,進(jìn)而用PID的經(jīng)驗公式進(jìn)行控制參數(shù)設(shè)計,并將連續(xù)模型轉(zhuǎn)成離散模型在單片機(jī)上實現(xiàn)PID控制算法。白箱建模則利用電機(jī)的電感-電阻等效模型以及力學(xué)分析,建立系統(tǒng)的動態(tài)模型,此時對電機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)再通過辨識的方法進(jìn)行估計,在辨識環(huán)節(jié)又可引入最小二乘法、隨機(jī)信號激勵等知識,加強(qiáng)了學(xué)生的工程意識。在電機(jī)驅(qū)動芯片上,我們采用帶電流反饋的MC33887,使控制系統(tǒng)能獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速和驅(qū)動電流,進(jìn)而可用狀態(tài)空間方法進(jìn)行描述,在此環(huán)節(jié)可讓學(xué)生用能控性判斷―極點(diǎn)配置等環(huán)節(jié)進(jìn)行控制設(shè)計,之后再將電流測量環(huán)節(jié)去掉,讓學(xué)生用能觀性判斷―觀測器設(shè)計進(jìn)行狀態(tài)估計,并將估計結(jié)果與電流真實測量值進(jìn)行比較。這些環(huán)節(jié)能貫穿《自動控制原理》的核心知識點(diǎn),經(jīng)過這些實踐之后,學(xué)生對經(jīng)典控制、PID控制、系統(tǒng)辨識、能控性、能觀性、極點(diǎn)配置、觀測器設(shè)計等環(huán)節(jié)有比較感性的認(rèn)識,將抽象的知識具體化。
5 尋軌運(yùn)動控制情境設(shè)計
尋軌運(yùn)動控制是機(jī)器人實踐課的綜合實踐環(huán)節(jié)。在該環(huán)節(jié)中,我們增加了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù),把機(jī)器人的尋軌傳感器、電機(jī)轉(zhuǎn)速等信息通過無線傳感節(jié)點(diǎn)傳至PC端,并在PC端采用Labview進(jìn)行圖形化編程,實現(xiàn)尋軌運(yùn)動控制。在本實踐中,受學(xué)生所學(xué)知識限制,無線傳感器節(jié)點(diǎn)的編程由指導(dǎo)教師完成,并提供UART通訊接口,學(xué)生只需按規(guī)定的協(xié)議讀寫UART信息即可實現(xiàn)機(jī)器人與PC機(jī)的信息交互。Labview提供串口的Visa以及一系列的控制與仿真圖形模塊,學(xué)生在Labview下完成機(jī)器人檢測與運(yùn)動狀態(tài)的圖形化顯示以及控制指令的發(fā)送。
尋軌運(yùn)動控制可用競賽的形式組織,我們受Freescale賽車競賽啟發(fā),擬定以下兩種形式:1)機(jī)器人的自主尋軌競賽,給定地形,由出發(fā)地到目的地,時間最少者勝出;2)手動操縱賽,隊員只能看PC端機(jī)器人回傳數(shù)據(jù)(不能看機(jī)器人實際運(yùn)動狀況),控制機(jī)器人從出發(fā)地到目的地,時間最少者勝出。兩種比賽中,機(jī)器人完全偏離軌跡線則直接被淘汰,尋軌技術(shù)則分成光電尋軌和磁導(dǎo)尋軌,并分開比賽。目的地前方設(shè)一障礙物,要求在距障礙物50cm以內(nèi)有報警信息(通過超聲避障傳感器檢測避障信息)。
通過該情境設(shè)計,學(xué)生能將前四個情境的內(nèi)容貫穿起來,進(jìn)行二次消化吸收。前四次的情境,指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生情況會給予較大的幫助,但在綜合實踐環(huán)節(jié)則需要學(xué)生自主完成,有利于學(xué)生完成整個知識體系的構(gòu)建。
三 具體教學(xué)環(huán)節(jié)的實現(xiàn)
在教學(xué)過程中,可按如下環(huán)節(jié)展開:1)搜索資料;2)分組討論及方案設(shè)計;3)方案實現(xiàn);4)交流與方案改進(jìn);5)總結(jié)與歸納。教學(xué)環(huán)節(jié)中包含了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的“協(xié)作”、“會話”和“意義構(gòu)建”,通過學(xué)生的自主探索與發(fā)現(xiàn),以及協(xié)作交流完成特定知識的意義構(gòu)建。
1 搜索資料
指導(dǎo)教師向?qū)W生介紹相關(guān)的常用資源網(wǎng)站和搜索資料手段,并讓學(xué)生自行搜索相關(guān)資料。尤其是廠商提供的英文數(shù)據(jù)手冊資料,鼓勵學(xué)生閱并找出關(guān)鍵信息。在工程應(yīng)用中,相關(guān)的芯片及傳感器往往只能找到廠商提供的英文資料,學(xué)生往往對這些資料具有較大的畏懼心理,不知如何從中尋找與項目相關(guān)的關(guān)鍵信息資料。經(jīng)過該環(huán)節(jié)后,能培養(yǎng)學(xué)生搜索資料和查閱關(guān)鍵信息的能力,為自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件。
2 分組討論及方案設(shè)計
根據(jù)學(xué)生的自主組隊原則,將學(xué)生分成若干組,各組成員針對設(shè)計目標(biāo),結(jié)合所搜索的資料,進(jìn)行方案設(shè)計。通過成員間的討論,有利于培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作精神。在分組討論之后,可適時開展方案設(shè)計交流,指導(dǎo)老師對學(xué)生的方案宜持多鼓勵少打擊的態(tài)度,以保持學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)興趣。對不可行的方案,給予詳細(xì)的論證,適時地給予否定,但對固執(zhí)的學(xué)生,可讓他們先堅持自己的方案,在遇到瓶頸時再給予詳細(xì)解說其不可行性。
3 方案實現(xiàn)
方案實現(xiàn)是自主學(xué)習(xí)的重要過程。在機(jī)器人實踐中涉及電路仿真、電路焊接、電路調(diào)試、單片機(jī)程序開發(fā)、Matlab仿真等內(nèi)容,在這些實踐環(huán)節(jié),有利于學(xué)生將其他相關(guān)課程知識與當(dāng)前問題聯(lián)系起來,在方案實現(xiàn)過程中構(gòu)建知識體系。
4 交流與方案改進(jìn)
若各組是通過獨(dú)立探索進(jìn)行方案設(shè)計及實現(xiàn),則各組在方案實現(xiàn)上必然存在一定的差異性。指導(dǎo)教師應(yīng)鼓勵學(xué)生對方案實現(xiàn)的多樣性,這是提高人才創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。由于各組的方案實施進(jìn)度不一致,在方案提出與方案實現(xiàn)之間可根據(jù)具體任務(wù)設(shè)置一個期限時間(往往是三天至一周的時間),讓學(xué)生充分利用課外時間進(jìn)行方案實施。各組方案實現(xiàn)后的討論是借助集體力量實現(xiàn)知識飛躍的重要環(huán)節(jié),討論的結(jié)果可使原本復(fù)雜的問題明朗一致起來,并且各組通過對方案實施過程中所遇的問題以及解決方式進(jìn)行充分交流,能在共享集體思維成果的基礎(chǔ)上逐漸形成全面、正確的意義構(gòu)建。各組通過交流,能發(fā)現(xiàn)自身方案的缺陷,并做進(jìn)一步的改進(jìn)。
5 總結(jié)與歸納
該環(huán)節(jié)是意義構(gòu)建的升華環(huán)節(jié),但也是容易被學(xué)生忽視的環(huán)節(jié)。總結(jié)與歸納要求學(xué)生從問題描述、方案比較、方案實施、改進(jìn)措施、自我體驗總結(jié)等環(huán)節(jié)對所涉及的任務(wù)以文檔形式進(jìn)行重新組織,學(xué)生在文檔編寫的過程中完成所學(xué)知識的最終構(gòu)建。總結(jié)與歸納要輕形式,偏重內(nèi)容的真實性和原創(chuàng)性。
四 結(jié)語
通過“機(jī)器人實踐課”的開展,不僅落實了高校的“大眾教育”精神,使得電氣專業(yè)多數(shù)學(xué)生受益,加強(qiáng)了各課程的聯(lián)系性,使學(xué)生在實踐過程中提高了認(rèn)知水平,完善了知識體系,并且對“精英教育”也起到相輔相成作用,使學(xué)生在課外科技活動上獲得更好成績。僅2010年,溫州大學(xué)本學(xué)院電氣類專業(yè)學(xué)生獲得省級以上相關(guān)學(xué)科競賽有:第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計劃競賽國家金獎1項、省級獲獎3項,全國嵌入式設(shè)計與開發(fā)總決賽二等獎3項,大學(xué)生程序設(shè)計國家級獲獎3項,浙江省大學(xué)生電子競賽一等獎2項、二等獎1項、三等獎1項。在今后的教學(xué)和培養(yǎng)計劃中,應(yīng)注重綜合性和實踐性強(qiáng)的課程設(shè)置和教學(xué)設(shè)計,通過此類課程加強(qiáng)專業(yè)中各課程的聯(lián)系性,通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立探索,進(jìn)行知識內(nèi)化,完成知識的構(gòu)建,使得學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力得以進(jìn)一步提高。
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Teaching Design of Courses in Comprehensive Experiment Oriented to Electronic Majors
――Case Study of Practice Course of Robot
TONG Chang-FeiXU Yu
(College of Physics & Electronic Information Engineering, Wenzhou University, Wenzhou,Zhejiang 325035,China)
Abstract: Practice Course of Robot is introduced as a comprehensive experimental course oriented to electronic majors, which with the objective to enhance the connections in other courses, and result in development of the ability of practice and creativity for students. The concrete contents of learning situation are designed based on Constructivism to guide students to complete their own knowledge construction by self-study and independent exploration. The proposed teaching design achieves satisfactory effectiveness.
Keywords: constructivism; robot; embedded systems; learning situation design