多元化教學(xué)模式在實踐課程中的應(yīng)用研究

郭 清 韓文偉

（哈爾濱工程大學(xué)，哈爾濱 150001）

“多元化教學(xué)模式”是由美國科學(xué)史家?guī)於鳎═homas Samuel Kuhn）于20世紀(jì)90年代提出的教學(xué)模式，庫恩指出科學(xué)知識具有多元特性，人類的知識都是以多元方式獲得的[1-2]。本文以哈爾濱工程大學(xué)的科技創(chuàng)新訓(xùn)練課程為例，提供了多元化模式框架和教學(xué)模式，旨在為實踐課程如何構(gòu)建多元化教學(xué)模式提供有益借鑒。

一、多元化教學(xué)模式在實踐課程中的框架

科技創(chuàng)新訓(xùn)練實踐課程是新版人才培養(yǎng)方案中的一門通識教育選修課，總計80學(xué)時，自2009年開課以來每學(xué)期選課人數(shù)都保持在200以上。

鑒于教學(xué)對象為全校本科生，學(xué)生個體基礎(chǔ)和動手能力差異較大，在此情況下，科技創(chuàng)新訓(xùn)練課程針對不同教學(xué)個體采用多元化教學(xué)模式（如圖1），取得了一定的教學(xué)經(jīng)驗和效果?？萍紕?chuàng)新訓(xùn)練課程中的多元化教學(xué)模式[3-5]主要包含三種教學(xué)模式，分別為基礎(chǔ)創(chuàng)新教學(xué)模式、固定選題教學(xué)模式和項目驅(qū)動教學(xué)模式。下面對這三種教學(xué)模式進(jìn)行簡要介紹。

二、多元化教學(xué)模式之基礎(chǔ)創(chuàng)新教學(xué)

圖1 科技創(chuàng)新訓(xùn)練課程多元化教學(xué)模式圖

對于零起點的學(xué)生，通常為我校文科類院系學(xué)生，如經(jīng)管學(xué)院、人文學(xué)院、外語系和國際關(guān)系學(xué)院等。這些學(xué)生缺乏相應(yīng)的科技創(chuàng)新基礎(chǔ)，我們對這一類學(xué)生提供的教學(xué)模式為——基礎(chǔ)創(chuàng)新教學(xué)模式，主要訓(xùn)練內(nèi)容包括直流穩(wěn)壓電源的制作和振蕩電路的制作與調(diào)試。

任何控制類的創(chuàng)新作品都離不開電源，直流穩(wěn)壓電源是科技創(chuàng)新作品都會用到的器件，因此讓學(xué)生掌握直流穩(wěn)壓電源原理并動手制作直流穩(wěn)壓電源是較好的入門課程。

課程先進(jìn)行直流穩(wěn)壓電源工作原理的講授，內(nèi)容包括整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路三個環(huán)節(jié)，在介紹這三個環(huán)節(jié)的過程中，給學(xué)生展示穩(wěn)壓二極管、電解電容、穩(wěn)壓芯片和變壓器等實體元器件。訓(xùn)練時發(fā)放配套萬用板和焊接所需的元器件。學(xué)生焊接電路板前，首先需要進(jìn)行元器件的測試，在這個過程中，會用到數(shù)字萬用表，并掌握二極管、電容、穩(wěn)壓芯片和變壓器的檢測方法。為了讓學(xué)生有更多的感性認(rèn)識，給學(xué)生提供焊接指導(dǎo)圖。指導(dǎo)圖的應(yīng)用大大地提高了學(xué)生的完成效率，并減少了焊接錯誤率，為學(xué)生順利調(diào)試提供了便捷的參照標(biāo)準(zhǔn)，為學(xué)生在短時間內(nèi)快速完成訓(xùn)練內(nèi)容搭建了良好的平臺。

直流穩(wěn)壓電源焊接調(diào)試好后，后續(xù)課程中將使用該電源，繼續(xù)學(xué)習(xí)并動手焊接調(diào)試振蕩器電路、比較器電路和運算放大器電路。振蕩器電路主要使用定時器芯片，根據(jù)選定的電阻電容值自行定義輸出的頻率。學(xué)生能夠理解振蕩電路中的充電和放電兩個過程的實現(xiàn)條件，及在振蕩電路中沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)。在實現(xiàn)充放電過程后，還可讓學(xué)生更改振蕩電路中的電阻和電容值，通過觀察示波器，歸納出影響充放電周期的變化規(guī)律。

三、多元化教學(xué)模式之固定選題教學(xué)

對于有一定基礎(chǔ)的，這里的有基礎(chǔ)在本課程是指：以前使用過單片機(jī)，對單片機(jī)會進(jìn)行簡單的編寫程序和調(diào)試。固定選題教學(xué)模式以程控小車[6-7]制作為教學(xué)載體，學(xué)生以小組形式進(jìn)行小車的控制和車體安裝調(diào)試。課程安排上分為電控部分教學(xué)和機(jī)械部分教學(xué)。學(xué)生在提供的元器件和車體基礎(chǔ)上，自己手動焊接電路板，進(jìn)行單片機(jī)程序的調(diào)試和下載，并按照裝配圖組裝小車零部件，使小車能夠走出規(guī)定路徑，以實現(xiàn)小車的自動控制。

小車主要由電控部分 （控制電路板及單片機(jī)中存儲的控制程序）和機(jī)械部分（車體、差速器、四連桿機(jī)構(gòu)、電機(jī)及舵機(jī)）組成。課程要求掌握程控小車電控及機(jī)械部分的設(shè)計原理，使用相關(guān)軟件及設(shè)備，完成小車的控制功能和整車調(diào)試。其中控制器件采用直流減速電機(jī)和舵機(jī)。

學(xué)生按照電路圖焊接元器件，利用單片機(jī)中的內(nèi)部資源—中斷和定時器對直流電機(jī)和舵機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。在小車控制程序中定義小車狀態(tài)函數(shù)和小車驅(qū)動函數(shù)，運行時主程序調(diào)用子程序控制小車的直行、轉(zhuǎn)彎、后退等軌跡。

控制電路板通過程序能夠控制直流減速電機(jī)和舵機(jī)在任一時刻的狀態(tài)，電路板主要包含單片機(jī)最小系統(tǒng)、光耦隔離電路、模擬電源電路和電機(jī)保護(hù)電路。采用51單片機(jī)做控制芯片，L298N做驅(qū)動電機(jī)芯片。為避免驅(qū)動電機(jī)芯片在工作時對單片機(jī)產(chǎn)生干擾，使用光耦芯片來隔離數(shù)字電路和模擬電路。

四、多元化教學(xué)模式之項目驅(qū)動教學(xué)

對于有電子競賽、科技創(chuàng)新經(jīng)歷的高水平學(xué)生，采用項目驅(qū)動教學(xué)模式[8]，項目題目涵蓋四自由度機(jī)械手、雙足行走機(jī)器人、輪式月球車或履帶式、多足全向機(jī)器爬蟲、機(jī)器狗等。項目小組通過研討方案、設(shè)計電路圖、焊接電路板、加工零配件、裝配調(diào)試等環(huán)節(jié)，完成一系列的項目資料，包括市場調(diào)研表、立項分析報告、電路圖、機(jī)械圖和論文等?？蓜澐譃槿缦聨讉€環(huán)節(jié)。

1.前導(dǎo)課

幫助學(xué)生了解項目驅(qū)動教學(xué)模式的任務(wù)和要求，學(xué)生自由組成兩到三人的項目小組，自選研究題目并進(jìn)行可行性分析。

2.項目研討

針對項目實施制作過程中可能遇到的問題和解決方案事前設(shè)定好，完善項目的設(shè)計方案及備選方案。結(jié)合學(xué)生自己的興趣和特長，按照機(jī)電方向分工，確定具體負(fù)責(zé)的小組專員。

3.調(diào)研環(huán)節(jié)

包含市場需求分析、原材料調(diào)研和技術(shù)調(diào)研等方向的調(diào)研，每次調(diào)研結(jié)果提交書面匯報。項目方案確定后，調(diào)研累計不超過l2學(xué)時，調(diào)研時間可分散使用。撰寫調(diào)研報告內(nèi)容包括：項目背景、意義、技術(shù)分析、關(guān)鍵元器件成本分析及結(jié)論。

4.項目設(shè)計

主要是撰寫項目分析報告，內(nèi)容包括：項目功能敘述、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖、電路原理圖、程序流程圖和機(jī)械手繪草圖。方案通過后，可填寫元器件清單及元器件外購單。

5.技術(shù)講座

針對不同專業(yè)學(xué)生，講解在項目制作過程中會用到的機(jī)電知識。對電類學(xué)生，多講解機(jī)械方面的內(nèi)容；反之，對機(jī)類學(xué)生，多講解電類方面的內(nèi)容。

6.加工、制作、調(diào)試

實踐操作環(huán)節(jié)占整個學(xué)時的80%。項目小組在完成設(shè)計圖紙并經(jīng)指導(dǎo)教師審核通過后，領(lǐng)取項目所需原材料，按圖紙自己動手加工制作調(diào)試。

7.科技論文寫作

對整個項目制作的總結(jié)和說明，包括背景意義、方案論證、電路原理圖、流程圖、制作過程中遇到問題和解決辦法，及心得體會等。論文的撰寫方法及要求有專門的知識講座。

8.項目答辯

要求小組每個成員都要講解創(chuàng)新過程中自己所負(fù)責(zé)的技術(shù)工作，并回答教師提出的技術(shù)問題。答辯后進(jìn)行作品演示，這一環(huán)節(jié)可鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力和現(xiàn)場發(fā)揮能力。

五、教學(xué)評價與分析

采用多元化教學(xué)模式后，科技創(chuàng)新訓(xùn)練課程受到了學(xué)生的好評。主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

1.選課人數(shù)呈上升趨勢

近年來的選課人數(shù)從150人次，到今年下半年已突破256人次。教學(xué)場地和實驗設(shè)備都受到了考驗。2012年上半年本課程分成三批實施分流教學(xué)，減小教室資源沖突的局面。2012年下半年分為兩批實施教學(xué)，增加了單次訓(xùn)練時間。

2.建立課程QQ群

科技創(chuàng)新訓(xùn)練課程不但在教學(xué)內(nèi)容上實施多元化教學(xué)模式，在與學(xué)生的溝通方面也采用多元信息互動方式。教學(xué)組建立了課程QQ群，在群里發(fā)布課程的最新信息，包括：學(xué)生分組名單、課件、作業(yè)模版、工藝過程卡模板等資料的下載。學(xué)生在群里以“組號+姓名”的方式修改群名片，課程群以實名制管理。學(xué)生可在任意時間在群里留言和討論，及時解決遇到的問題和困惑。

3.全天開放實驗室

為激發(fā)學(xué)生的課程熱情，全天開放創(chuàng)新訓(xùn)練實驗室，做到時時有機(jī)類和電類老師答疑。學(xué)生可自己在元器件展柜，選取需要的器件，設(shè)計和完善自己的創(chuàng)新訓(xùn)練作品。在實驗室，學(xué)生不但完成了自己的創(chuàng)新作品，還經(jīng)常把自己在課外遇到的設(shè)計問題，拿來咨詢完善。

4.提升教師執(zhí)教水平

采用多元化教學(xué)模式，教學(xué)內(nèi)容有所擴(kuò)充，教學(xué)深度有所增加。驅(qū)動教師自主學(xué)習(xí)，提升了教師的研發(fā)能力。教師在課后總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，結(jié)合學(xué)生的常見問題，及時修改教案，完善多媒體課件；在豐富教學(xué)經(jīng)驗的同時，提高了教學(xué)水平。

六、結(jié)束語

采用多元化教學(xué)模式后，學(xué)校教學(xué)管理部門專門對科技創(chuàng)新訓(xùn)練選課學(xué)生做了教學(xué)效果測評，從評教結(jié)果來看，該課程的多元化教學(xué)模式受到了學(xué)生的廣泛好評。多元化教學(xué)模式的科技創(chuàng)新訓(xùn)練課程能夠?qū)Σ煌A(chǔ)學(xué)生的創(chuàng)新能力有鞏固和提升作用。

綜上所述，科技創(chuàng)新訓(xùn)練課程是學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新活動的啟蒙課程，對學(xué)生的機(jī)電知識結(jié)合、動手能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊合作意識都有很大的幫助和指導(dǎo)作用，為學(xué)生今后參加各類省賽、國賽和縮短就業(yè)適應(yīng)期產(chǎn)生積極影響。

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