曲 凌

(上海交通大學 工程訓練中心，上海 200240)

0 引 言

目前我國“以教師為中心”的應試教育備受人們的批評，“以學生為中心”的教育思想則隨著主體教育的深入和素質(zhì)教育的推行得到了教育界的高度重視[1-2]。在新的教育理念下，更加強調(diào)學生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)及應用能力的培養(yǎng)，讓學生對自己的學習更負責[3]?！皺C器人設(shè)計與制作”是實驗室面向零基礎(chǔ)的低年級本科生開設(shè)的一門校通選課，以實踐教學為主，重在培養(yǎng)學生的操作能力和解決實際問題能力[4]，課程選取慧魚創(chuàng)意組合模型為設(shè)計平臺[5]，采用任務驅(qū)動的教學方法，通過精心設(shè)置的實際任務促使學生主動學習新的知識，具備設(shè)計和完整制作慧魚機器人的技能。

任務驅(qū)動教學法源自于構(gòu)建主義教學理論，將傳授知識為主的傳統(tǒng)教學轉(zhuǎn)變?yōu)橐越鉀Q問題、完成任務為主的多維互動式的教學[6]，任務驅(qū)動小組教學在實踐教學活動中設(shè)計了一系列學習任務，讓學生自由組隊共同完成，在任務的驅(qū)動下變被動灌輸為主動探索，從而達到更好的教學效果。

1 實踐教學活動設(shè)計

教學活動前由2至3名學生自愿組成一個學習團隊，組隊時鼓勵學科交叉，不同專業(yè)背景的學生通過從不同的角度觀察思考，實現(xiàn)優(yōu)勢互補[7]?；顒又袀?cè)重于學生動手實踐和理論聯(lián)系實際的能力培養(yǎng)，任務由易到難，分為認知、模仿、改進和創(chuàng)新4個階段，學生可通過自主學習、小組討論和師生互動的方式完成。

(1) 認知，理解機器人的概念。讓學生從簡單、熟悉的機電設(shè)備入手，學習機器人在軟硬件方面的基本組成，通過完成交通燈實驗，理解輸入輸出的概念和控制原理。能通過外形辨識常用的電氣元件，直觀地了解機器人的構(gòu)成要素。

(2) 模仿，掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制的技巧。從10余種經(jīng)典實驗機器人中選擇2或3個主題，模仿搭建機電模型并編程實現(xiàn)控制要求，在制作中學習各種傳動形式，了解多種傳感器和執(zhí)行器的用法。該階段為模仿的主題專門整理了結(jié)構(gòu)搭建手冊和實踐教程，提供給學生參考，避免因找不到學習資源而完不成任務。每組的主題是學生自由選定的，更能激發(fā)學習的興趣。此外，選題各異也避免了抄襲舞弊行為。

(3) 改進，增強動手能力。結(jié)合傳感器制作移動機器人，能至少實現(xiàn)一種特定功能，如躲避障礙、探測邊沿、尋光避光、巡線自主移動等，鼓勵學生加入更多的功能。繼續(xù)沿用模仿階段的模式，提供搭建手冊，設(shè)計能力較差的學生可以先參照進行組裝，再根據(jù)實際情況合理改進以滿足不同功能的需要。

(4) 創(chuàng)新，設(shè)計新穎實用的機器人。經(jīng)過前三個階段的培養(yǎng)訓練，學生進行一次機器人創(chuàng)意制作，全過程包括調(diào)查背景、選定主題、設(shè)計方案、估算器件、選擇材料、制作機構(gòu)、編寫程序、綜合調(diào)試和答辯演示，主題需先進行可行性論證，通過后即可采用各種方法制作，要求學生不僅是記住概念和原理還要能夠靈活的運用?；埕~零件如無法滿足機器人功能上的需求，可以聯(lián)合其他標準件使用，并鼓勵學生試制特殊件，提供創(chuàng)意施展的空間為學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

2 任務驅(qū)動小組教學法的優(yōu)勢

在傳統(tǒng)教育中，教師是主體，學生是知識的被動接受者[8]，但往往是教師講了很多，學生忘得也很快。此外學生在學習興趣、能力、思維方式和目標志向等方面均存在差異，傳統(tǒng)的教學形式忽略了學生的個性，抑制了學生的創(chuàng)造性和創(chuàng)新精神[9]。而這種任務驅(qū)動的實踐教學活動，設(shè)定多種類型的學習任務，即使是同一學習階段，也有不同內(nèi)容的組合可供選擇，學生將圍繞自己選定的主題以各種途徑去尋找答案，發(fā)揮自覺性去學習，通過個性化的方案構(gòu)建自己的知識體系。這種教學形式的中心不是教師的“教”，而是學生的“學”。學生是教學主體，教師是引導者和任務的設(shè)計者，從“教師教什么就學什么”向“學生用什么就教什么”轉(zhuǎn)變，學習的目的是能將學到的知識運用出來，真正掌握所教內(nèi)容。

同樣的任務，學生單獨完成需要花費更多的時間，學習時容易因遇到挫折而喪失興趣，為此在完成任務時采用小組合作的方式，互教互助，提高學習效率。小組學習鼓勵學生間進行討論和爭論，在溝通交流中更容易激活小組成員的思維，提高他們分析問題和解決問題的能力[10]。尤其是當意見有分歧時，學生必須要抓住每個細節(jié)、對課程內(nèi)容作更深入的加工，才能更深層次的向同伴解釋，直到說服對方，在這個過程中需要不斷思考新知識與已有知識之間的聯(lián)系，更進一步鞏固了所學的知識。此外，相比與教師討教答案，從學習伙伴處接受知識心理壓力更小些。

3 實踐教學中的器材管理

機器人制作時主要使用慧魚模型，其質(zhì)量可靠、尺寸精準、種類豐富、拆裝靈活、可重復使用，適用于多種實驗和創(chuàng)意設(shè)計[11]，然而小組任務涉及的每個機器人都由數(shù)十種、近百個零件拼裝而成，大量的樣式各異的零件給實驗室的維護與管理帶來許多問題[12]，同一時間參與動手制作的學生越多，發(fā)生精密件損壞和細小件遺失等狀況的概率也越大，若每次使用后逐一整理將需要花費很多時間和精力。此外，實驗室配置的慧魚教具是按照系列劃分的主題套裝，是搭配好零件種類和數(shù)量的組合包，然而在教學的最后一個階段創(chuàng)意作品設(shè)計時，由于每組選題不同，零件利用效率也不同：一邊是某種常用零件稀缺，另一邊是大量零件閑置。制作后作品保留和零件重復使用之間也有矛盾，學生都希望自己小組獨特的作品可以有更多機會在課內(nèi)外教學活動中展示，然而教具總量畢竟有限，作品實物保存過多，占用的大量零件資源將影響下一期學生學習和使用。

實驗室針對不同的教學內(nèi)容，采用多種措施，消減這些不利因素造成的影響。首先，引入學生參與管理制度，每位組員至少負責一項小組事務，如看管小組所有的零件、保管各種參考手冊、督促規(guī)范使用電腦和實驗器材等，這種以小組為單位“定責到人”的管理方法能增強學生的責任心，在一定程度上避免了器材的丟失和損壞。其次，在零件管理方面，對于數(shù)量較多的、不易損壞的和課程中不經(jīng)常使用的基礎(chǔ)件，根據(jù)其外形分類存放在公共展示區(qū)，學生可隨用隨??；對于貴重和精密易損的零件，前三個階段根據(jù)清單統(tǒng)一配給，個性化設(shè)計時按需登記領(lǐng)用，任務結(jié)束時核對該小組賬上零件的歸還情況，有效縮短清點零件的時間。最后，為了提升零件的利用率，每個創(chuàng)意作品制作后立即建立電子檔案，包括保存控制程序源文件、填寫作品簡介表和連線表、拍攝多個角度的照片和功能展示的視頻等，實物則保留一個學期后拆除，釋放占用的零件。

4 促進學習的策略

教學過程中，學生的個體差異很明顯，經(jīng)常出現(xiàn)缺乏學習動力、不會有效學習、抓不住學習重點、投機取巧等情形。為了達到促進學習的效果，針對在小組實踐教學中普遍存在的問題總結(jié)一些應對經(jīng)驗。

4.1 教師要成為合格的引導者和輔助者

教學是教與學的配合，是雙方互動的過程，不能扔給學生所有資料后就全靠自己學。在以學生為中心的教育理念下，雖然教師不再是教學的主體，但增加了在講授知識之外的工作[13]，教師要關(guān)注學生的每一項活動，不只是狹義的任務布置和驗收，還要在學習過程中進行多方面的指導，學生在完成任務時遇到問題可隨時向教師提問，教師及時為學生答疑，對共性問題全體評講，對個別問題單獨輔導。突出每個任務的學習目標，指明學習的重點和難點，示范如何尋找學習資源、控制學習過程和合理地分配學習時間，教會學生有效地進行自主學習、合作學習和以教師為支持的探究學習，讓學生真正學會學習[14]。教師兼顧了課堂的引導者、任務的設(shè)計者、教材的提供者和學習的輔助者等多種角色，要達到理想的教學效果，對教師責任心的要求也更高。

4.2 給學生機會展示學習成果

通過學生的反饋，了解學生對教學內(nèi)容的掌握程度，及時調(diào)整教學方法和進度[15]。例如，在自學任務布置后，請幾名學生站上講臺依照自己的理解講數(shù)分鐘的課，激發(fā)學生在學習過程中的主動參與潛能，同時結(jié)合教學目標有針對性的查缺補漏。每個階段的任務驗收后提交實驗報告，評估學生階段性的學習效果。課程結(jié)束時組織專場答辯，讓學生簡要介紹自己小組的作品，并對其他組的作品評判，同時學生將隨機抽取一道題目結(jié)合其作品進行回答，評測學生的綜合學習情況，回顧、梳理和強調(diào)課程中重要的概念。展示成果一方面讓介紹者更自信更有成就感，另一方面讓傾聽者開拓視野，從作品中受到啟示，引發(fā)更深入的思考。

4.3 明確考核內(nèi)容和評價標準

在布置每個階段的任務時，公布基于預定條件的評分準則，指出應該通過學習而達到的目標，給學生充裕的時間準備，能隨時根據(jù)自己的完成情況評估，從而幫助學生及時發(fā)現(xiàn)問題，考慮如何更好的學習。任務考核時不限制驗收的次數(shù)，在規(guī)定的時間內(nèi)允許為前面的不足做補救，讓學生有通過學習不斷提高的動力。

給每個學生在任務中再細分為不同的工作，考察其實際完成的情況，避免利用小組其他隊員的成果蒙混過關(guān)，對于不易分工的任務，引入貢獻度，學生互評其投入程度，讓成績盡量真實的反映每位學生的學習情況，分數(shù)按照以下公式評定：

最終成績=個人得分+小組任務得分×貢獻度

個人得分包括出勤、課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、書面報告、職責履行等情況，約占總成績的50%。

5 結(jié) 語

通過匿名問卷調(diào)查學生對課程真實感受，大部分學生反映主題任務的設(shè)置是比較合適的，幫助理解課程的知識點，所有學生都認同在實踐活動中采用小組合作學習方式，超過九成的學生認為相比個體學習，提高了學習的效率讓其掌握更多的知識，九成的學生明確表示很喜歡這種上課的形式，達到選課的預期目標，很多還特別提到了團隊協(xié)作對他們的幫助。

教學中小組活動成了一種無形的約束，為了不讓同伴失望，學生很少無故曠課，因為缺課會拖延整個團隊的進度，而且小組的其他人也會受到影響，在課上很難發(fā)揮出活躍的狀態(tài)。當然這種約束跟小組的配合度成正相關(guān)，如果組內(nèi)關(guān)系不融洽，存在埋怨的情緒，則通常某些組員缺課的情況會比較多。相反如果小組成員團結(jié)一致志同道合，課堂討論時充滿歡笑，學生通常是全勤，甚至課外有時間也會一起來實驗室做任務。

結(jié)合近2年在課程中的實際應用效果，相比傳統(tǒng)的方法，任務驅(qū)動更能激發(fā)學生的自主學習興趣，小組教學模式增強團隊意識，提升溝通交流能力，動手實踐加深知識點的理解，對于促進教學工作、提高實踐教學質(zhì)量有著重要參考價值，研究成果體現(xiàn)實踐教學以學生為主體、師生互動的教學理念，側(cè)重教學理論的實際運用，有利于在類似的教學過程中普及推廣。

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