淺析工科高校思維型課堂構(gòu)建

王瑞琦++劉向陽

摘 要：以《現(xiàn)場總線技術(shù)》課程為例，在高校工科課程中構(gòu)建思維型課堂。通過 “認知沖突”、“社會建構(gòu)” 和“應(yīng)用遷移”等環(huán)節(jié)，將習(xí)得的PROFIBUS現(xiàn)場總線的應(yīng)用方法遷移到其他類型總線上，達到觸類旁通的目的。

關(guān)鍵詞：思維型課堂 高校 工科 現(xiàn)場總線技術(shù)

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（b）-0198-02

該文以《現(xiàn)場總線技術(shù)》課程為例，探索高校工科思維型課堂。眾所周知，“儀表”在生活和生產(chǎn)中隨處在用。在儀表產(chǎn)生初期，人類需在它跟前觀測或者控制，但有時儀表不容易接近（如在飛機內(nèi)部）或現(xiàn)場比較危險。基于此，形成學(xué)生的“認知沖突”，然后順理成章引入現(xiàn)場總線（PROFIBUS總線），強調(diào)使用“在現(xiàn)場的控制總線”即“現(xiàn)場總線”來實現(xiàn)儀表器件的監(jiān)控，而把人從現(xiàn)場解放出來，如此完成學(xué)生的“社會建構(gòu)”。最后通過“應(yīng)用遷移”，將總線應(yīng)用到各行各業(yè)，于是形成用在樓宇自控系統(tǒng)（電梯）上的LONWORKS總線，用在道路交通（汽車）上的CAN總線和用在低壓開關(guān)設(shè)備上的DEVICENET總線等。

1 思維型課堂理論

林崇德等人研究了思維型課堂的基本教學(xué)原理[1]，并指出它包括引發(fā)認知沖突，完成社會建構(gòu)和應(yīng)用遷移等部分，如圖1。該文結(jié)合現(xiàn)場總線課程，介紹思維型課堂的三個構(gòu)成要素。

1.1 認知沖突

工科學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識時，新的理論技術(shù)向?qū)W生提出的新要求和學(xué)生已有的認知水平或應(yīng)用能力之間的矛盾，是學(xué)生習(xí)得新知的內(nèi)部矛盾，這里稱之為認知沖突。認知沖突可以是一個新的原理，一個新的結(jié)構(gòu)甚至是原有知識在新場景下的一種變形。皮亞杰認為順應(yīng)或調(diào)節(jié)是解決認知沖突的一種有效方法，即個體遇到新的情境條件下，原有認知結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)實環(huán)境要求時，他只能改變已有的認知結(jié)構(gòu)以符合現(xiàn)實環(huán)境的要求。通過順應(yīng)或調(diào)節(jié)，在解決矛盾中求發(fā)展，達到認識水平和應(yīng)用能力的提高。

1.2 社會建構(gòu)

學(xué)習(xí)是一個主動建構(gòu)的過程。從工科教學(xué)的角度來講，教師必須恰當(dāng)?shù)亓信e生產(chǎn)生活中的典型結(jié)構(gòu)或應(yīng)用，喚起學(xué)生已有的感性認識，運用演示或?qū)嶒瀬砑訌妼W(xué)生對新事物的結(jié)構(gòu)、原理和使用方法的認識，著眼于學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”進行教學(xué)。

另外，社會文化環(huán)境影響著學(xué)生的思維發(fā)展和學(xué)習(xí)效果，課堂教學(xué)作為學(xué)生最基本的社會文化環(huán)境，其質(zhì)量好壞直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。筆者在現(xiàn)場總線技術(shù)的教學(xué)當(dāng)中，著力通過課堂互動來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。一方面采用計算機輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction，簡稱CAI），通過制作Flash動畫和采用“藍箱”錄制教學(xué)視頻和學(xué)生進行互動，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望。另一方面設(shè)計基于PROFIBUS總線的火災(zāi)報警裝置，在課堂上現(xiàn)場演示。在傳感器端用吹風(fēng)機吹（溫感）或點煙熏（煙感）使控制端報警，讓學(xué)生從感官上構(gòu)建起對現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)，原理和工作過程的認識。

1.3 應(yīng)用遷移

應(yīng)用知識來解決實際問題是教學(xué)的最終目的，但真實生產(chǎn)環(huán)境可能與課堂教學(xué)有較大差異，這就需要學(xué)生具備應(yīng)用遷移的能力，具備發(fā)散思維能力和解決實際問題的膽量氣魄，能自信、靈活地將所學(xué)方法應(yīng)用滲透到相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)中。筆者在現(xiàn)場總線的教學(xué)中，從頭到尾詳細介紹一種總線（PROFIBUS總線），當(dāng)學(xué)生對PROFIBUS總線節(jié)點設(shè)計，系統(tǒng)搭建，編程過程非常清楚后，再要求他們用類比思維、遷移思維、發(fā)散思維進行應(yīng)用遷移，學(xué)生能較容易地掌握CAN總線、DEVICENET總線和LONWORKS總線等。如果再加強同輩教育，構(gòu)建學(xué)習(xí)小組，應(yīng)用遷移的范圍和深度會更加廣泛和深刻。

2 構(gòu)建思維型課堂：以《現(xiàn)場總線技術(shù)》課程為例

《現(xiàn)場總線技術(shù)》作為自動化專業(yè)的一門基礎(chǔ)課，對其教學(xué)改革有很多研究。黑龍江大學(xué)的于浩洋等人提出在該課程的教學(xué)中，因總線涉及種類較多，為避免面面俱到，走馬觀花，選取PROFIBUS總線進行專門介紹 。為了更有效率地學(xué)習(xí)，該論文以目前廣泛應(yīng)用的PROFIBUS現(xiàn)場總線為例，由西門子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)作為切入點，探討思維型課堂在《現(xiàn)場總線技術(shù)》課程中的應(yīng)用。

該課程的學(xué)習(xí)目標是介紹現(xiàn)場總線通信的基礎(chǔ)知識，通過西門子工業(yè)控制系統(tǒng)使學(xué)生掌握PROFIBUS通信系統(tǒng)和上位監(jiān)控系統(tǒng)的建構(gòu)方法，并通過類比，使學(xué)生明確其他諸如CAN總線、DEVICENET總線和LONWORKS總線等系統(tǒng)的建構(gòu)思路。思維型課堂的實現(xiàn)主要有三大步驟。

3.1 認知沖突：學(xué)習(xí)現(xiàn)場總線概念

在學(xué)生的固有思維中，儀表的監(jiān)控需要人在它跟前觀測或控制，但事實上儀表常不容易接近（如在飛機內(nèi)部）或現(xiàn)場比較危險，怎么辦？這就是與學(xué)生固有觀點相悖的“認知沖突”，由此引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，然后順理成章引入現(xiàn)場總線（PROFIBUS總線），告知學(xué)生將總線留在現(xiàn)場，人在遠端“觀測室”進行監(jiān)控。

3.2 社會建構(gòu)：搭建PROFIBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)

這是思維型課堂的核心。首先教師講解PROFIBUS通信原理和總線體系結(jié)構(gòu)。將學(xué)生進行分組，帶領(lǐng)他們動手搭建一個模擬工業(yè)企業(yè)環(huán)境的PROFIBUS通信系統(tǒng)并調(diào)試完成，初步完成學(xué)生對新技能的社會建構(gòu)。

其次，結(jié)合已調(diào)試好的PROFIBUS通信系統(tǒng)，在構(gòu)建好的現(xiàn)場總線系統(tǒng)基礎(chǔ)上添加上位機，對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控。至此，充分完成學(xué)生的社會建構(gòu)。

3.3 應(yīng)用遷移：拓展到其他類型總線

在前面的基礎(chǔ)上進行應(yīng)用遷移，將已有的PROFIBUS現(xiàn)場總線的搭建方法應(yīng)用到CAN總線、DEVICENET總線和LONWORKS總線等系統(tǒng)的建構(gòu)和應(yīng)用中，并在實踐中總結(jié)它們的特點和優(yōu)劣。

通過以上四個步驟，完成了《現(xiàn)場總線技術(shù)》思維性課堂設(shè)計，最后由任課教師對學(xué)生在現(xiàn)場總線系統(tǒng)搭建和應(yīng)用中遇到的問題及解決方案進行總結(jié)，進一步鞏固學(xué)生習(xí)得的技能。

4 結(jié)語

《現(xiàn)場總線技術(shù)》是自動化專業(yè)的一門專業(yè)課，當(dāng)前自動控制領(lǐng)域離不開現(xiàn)場總線的參與。該文以《現(xiàn)場總線技術(shù)》課程為例，在自動化專業(yè)中構(gòu)建以“應(yīng)用型”為目的的“思維型課堂”，經(jīng)教學(xué)實踐檢驗，提高了學(xué)生思考問題的主動性和實際動手能力，收效良好。該研究為高等院校工科類課程的改革提供了新的思路。

參考文獻

[1] 林崇德，胡衛(wèi)平.思維型課堂教學(xué)的理論與實踐[J].北京師范大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2010（1）：29-36.