多元化教学模式在实践课程中的应用研究

2013-10-19韩文伟

中国轻工教育 2013年1期

郭清韩文伟

（哈尔滨工程大学，哈尔滨 150001）

“多元化教学模式”是由美国科学史家库恩（Thomas Samuel Kuhn）于20世纪90年代提出的教学模式，库恩指出科学知识具有多元特性，人类的知识都是以多元方式获得的[1-2]。本文以哈尔滨工程大学的科技创新训练课程为例，提供了多元化模式框架和教学模式，旨在为实践课程如何构建多元化教学模式提供有益借鉴。

一、多元化教学模式在实践课程中的框架

科技创新训练实践课程是新版人才培养方案中的一门通识教育选修课，总计80学时，自2009年开课以来每学期选课人数都保持在200以上。

鉴于教学对象为全校本科生，学生个体基础和动手能力差异较大，在此情况下，科技创新训练课程针对不同教学个体采用多元化教学模式（如图1），取得了一定的教学经验和效果。科技创新训练课程中的多元化教学模式[3-5]主要包含三种教学模式，分别为基础创新教学模式、固定选题教学模式和项目驱动教学模式。下面对这三种教学模式进行简要介绍。

二、多元化教学模式之基础创新教学

图1 科技创新训练课程多元化教学模式图

对于零起点的学生，通常为我校文科类院系学生，如经管学院、人文学院、外语系和国际关系学院等。这些学生缺乏相应的科技创新基础，我们对这一类学生提供的教学模式为——基础创新教学模式，主要训练内容包括直流稳压电源的制作和振荡电路的制作与调试。

任何控制类的创新作品都离不开电源，直流稳压电源是科技创新作品都会用到的器件，因此让学生掌握直流稳压电源原理并动手制作直流稳压电源是较好的入门课程。

课程先进行直流稳压电源工作原理的讲授，内容包括整流电路、滤波电路和稳压电路三个环节，在介绍这三个环节的过程中，给学生展示稳压二极管、电解电容、稳压芯片和变压器等实体元器件。训练时发放配套万用板和焊接所需的元器件。学生焊接电路板前，首先需要进行元器件的测试，在这个过程中，会用到数字万用表，并掌握二极管、电容、稳压芯片和变压器的检测方法。为了让学生有更多的感性认识，给学生提供焊接指导图。指导图的应用大大地提高了学生的完成效率，并减少了焊接错误率，为学生顺利调试提供了便捷的参照标准，为学生在短时间内快速完成训练内容搭建了良好的平台。

直流稳压电源焊接调试好后，后续课程中将使用该电源，继续学习并动手焊接调试振荡器电路、比较器电路和运算放大器电路。振荡器电路主要使用定时器芯片，根据选定的电阻电容值自行定义输出的频率。学生能够理解振荡电路中的充电和放电两个过程的实现条件，及在振荡电路中没有稳态，仅存在两个暂稳态。在实现充放电过程后，还可让学生更改振荡电路中的电阻和电容值，通过观察示波器，归纳出影响充放电周期的变化规律。

三、多元化教学模式之固定选题教学

对于有一定基础的，这里的有基础在本课程是指：以前使用过单片机，对单片机会进行简单的编写程序和调试。固定选题教学模式以程控小车[6-7]制作为教学载体，学生以小组形式进行小车的控制和车体安装调试。课程安排上分为电控部分教学和机械部分教学。学生在提供的元器件和车体基础上，自己手动焊接电路板，进行单片机程序的调试和下载，并按照装配图组装小车零部件，使小车能够走出规定路径，以实现小车的自动控制。

小车主要由电控部分（控制电路板及单片机中存储的控制程序）和机械部分（车体、差速器、四连杆机构、电机及舵机）组成。课程要求掌握程控小车电控及机械部分的设计原理，使用相关软件及设备，完成小车的控制功能和整车调试。其中控制器件采用直流减速电机和舵机。

学生按照电路图焊接元器件，利用单片机中的内部资源—中断和定时器对直流电机和舵机进行转速控制。在小车控制程序中定义小车状态函数和小车驱动函数，运行时主程序调用子程序控制小车的直行、转弯、后退等轨迹。

控制电路板通过程序能够控制直流减速电机和舵机在任一时刻的状态，电路板主要包含单片机最小系统、光耦隔离电路、模拟电源电路和电机保护电路。采用51单片机做控制芯片，L298N做驱动电机芯片。为避免驱动电机芯片在工作时对单片机产生干扰，使用光耦芯片来隔离数字电路和模拟电路。

四、多元化教学模式之项目驱动教学

对于有电子竞赛、科技创新经历的高水平学生，采用项目驱动教学模式[8]，项目题目涵盖四自由度机械手、双足行走机器人、轮式月球车或履带式、多足全向机器爬虫、机器狗等。项目小组通过研讨方案、设计电路图、焊接电路板、加工零配件、装配调试等环节，完成一系列的项目资料，包括市场调研表、立项分析报告、电路图、机械图和论文等。可划分为如下几个环节。

1.前导课

帮助学生了解项目驱动教学模式的任务和要求，学生自由组成两到三人的项目小组，自选研究题目并进行可行性分析。

2.项目研讨

针对项目实施制作过程中可能遇到的问题和解决方案事前设定好，完善项目的设计方案及备选方案。结合学生自己的兴趣和特长，按照机电方向分工，确定具体负责的小组专员。

3.调研环节

包含市场需求分析、原材料调研和技术调研等方向的调研，每次调研结果提交书面汇报。项目方案确定后，调研累计不超过l2学时，调研时间可分散使用。撰写调研报告内容包括：项目背景、意义、技术分析、关键元器件成本分析及结论。

4.项目设计

主要是撰写项目分析报告，内容包括：项目功能叙述、系统结构框图、电路原理图、程序流程图和机械手绘草图。方案通过后，可填写元器件清单及元器件外购单。

5.技术讲座

针对不同专业学生，讲解在项目制作过程中会用到的机电知识。对电类学生，多讲解机械方面的内容；反之，对机类学生，多讲解电类方面的内容。

6.加工、制作、调试

实践操作环节占整个学时的80%。项目小组在完成设计图纸并经指导教师审核通过后，领取项目所需原材料，按图纸自己动手加工制作调试。

7.科技论文写作

对整个项目制作的总结和说明，包括背景意义、方案论证、电路原理图、流程图、制作过程中遇到问题和解决办法，及心得体会等。论文的撰写方法及要求有专门的知识讲座。

8.项目答辩

要求小组每个成员都要讲解创新过程中自己所负责的技术工作，并回答教师提出的技术问题。答辩后进行作品演示，这一环节可锻炼学生的表达能力和现场发挥能力。

五、教学评价与分析

采用多元化教学模式后，科技创新训练课程受到了学生的好评。主要体现在如下几个方面。

1.选课人数呈上升趋势

近年来的选课人数从150人次，到今年下半年已突破256人次。教学场地和实验设备都受到了考验。2012年上半年本课程分成三批实施分流教学，减小教室资源冲突的局面。2012年下半年分为两批实施教学，增加了单次训练时间。

2.建立课程QQ群

科技创新训练课程不但在教学内容上实施多元化教学模式，在与学生的沟通方面也采用多元信息互动方式。教学组建立了课程QQ群，在群里发布课程的最新信息，包括：学生分组名单、课件、作业模版、工艺过程卡模板等资料的下载。学生在群里以“组号+姓名”的方式修改群名片，课程群以实名制管理。学生可在任意时间在群里留言和讨论，及时解决遇到的问题和困惑。