PBL教学模式下合作学习课堂组织设计
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[摘 要]电气控制及PLC是很多高校、高职开设的重要专业课程。PBL教学是现代教育研究中以学生为主体的一种教学模式，合作学习是主流课堂教学的组织策略。此次研究重点是在PBL模式教学过程中，如何融入合作学习的组织形式，建立课堂组织流程模型。为此，课题组进行了教学流程构建：首先，发布教学任务，提出引导问题。其次，将学生分组分工完成任务，发布学习成果。最后，由教师总结和补充，根据教学反馈优化教学。教学实践证明，合作学习组织策略是PBL教学模式应用的有力支撑。
[关键词]PBL教学;合作学习;PLC;电气控制
[中图分类号] G44 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2020）06-0078-03
电气控制及PLC是现代工业发展的支撑技术之一，我国多所高校工科专业开设了此课程。作为一门典型的应用实践型课程，我国电气控制及PLC课程教学改革主要集中在三个方面：丰富工程案例[1]、丰富教学项目[2]、丰富实验平台[3]。高校对电气控制及PLC的教学探索大多数集中在实验教学改革，通过增加实验教学比重、引入虚拟仿真等多种技术开发实验平台，为学生提供更多练习机会。在课程教学方法的改革方面，高校主要用引入工程案例、项目驱动、案例+项目双驱动的方式，通过精选案例和项目提高学生学习兴趣，培养实践能力。
随着教育改革的不断深入发展，培养创新型人才成为我国教育的重点目标，传统教育模式已经远远无法满足我国教育培养目标需求。《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010-2020年）》明确提出要改革人才培养模式，在学生的学习过程中采用探究式、启发式、发现式、讨论式等多种教学方式，激发学生创新意识和培养学生思考能力。
一、PBL教学模式理念和课程规划
PBL（Problem-Based Learning）源于20世纪60年代临床医学教学，美国STEM教学运动促进了PBL教学模式的普及，在不断实施中呈现出多样性。PBL教学模式已经被我国教育工作者引入不同层次教育中。PBL教学模式是当前热门的教学方法论之一，要求在传统的教学设计上融入PBL教育理念，包括前期分析、教学设计的决策和生成、教学设计的评价三部分。
在本课程PBL教学设计中，“以学生为主体”，在前期分析阶段，通过调研各专业往届就业情况、发展方向、用人单位要求，明确教学目标和教学任务，分析先行课程设置、学生学习特征，制订和优化教学计划。教学设计的决策和生成阶段，在前期分析的基础上，结合教学过程里的教学互动、观察，加深了解教学班学生的特点，相应调整教学进度、内容、引导问题的设置，从精选案例、项目出发，围绕教学目标系统提问，旨在为学生建立系统性分析和设计方法。教学设计的评价阶段，包括教学设计评价体系和教学评价体系。教学设计评价体系，是对PBL教学内容、教学方案改进的有效工具，目前主要依赖于任课教师的教学经验和教学实施情况的观察能力，在一定程度上受限于任课教师的主观感受和经验局限。教学评价体系，是为了在PBL教学模式下科学评价充分调动和发挥学生主观能动性的方式，对于学生课外学习任务和成果予以检查和肯定。以测控技术与仪器专业为例，根据以往教学中的问题，优化各部分内容教学方案，如表1所示。
在近兩年对本校测控技术与仪器、机械电子、机械工程等多个专业逐步开展PBL教学模式的过程中，发现PBL教学模式能够增加教学互动，调动学生学习积极性。但是如何更科学、有效地组织课堂教学，对于PBL教学模式的实施效果起着关键作用。
二、合作学习
合作学习（Cooperative Learning）是20世纪70年代兴起于美国的一种教学理论与策略体系，因其能活跃课堂气氛，大面积提高成绩而备受关注和肯定，并迅速成为主流教学理论和策略[4]。我国两千年前的教育名著《学记》里面也提到“独学而无友，则孤陋而寡闻”。诺贝尔物理学奖获得者理查德·菲利普斯·费曼（Richard Phillips Feynman）在分享其高效学习方法的时候，也提到用简单的语言向别人传达概念。合作学习无论是对于学生学习知识点，还是对于他们更深刻地理解和表达自己对知识点的理解都大有裨益。尽管教育学者们出于不同理论，对于合作学习有不同定义，但是普遍认同的合作学习模式是：以学生为主体，以教师为主导，学生以小组为单位学习，分工协作，达到共同预期目标。PBL教学方法的特征主要是：问题性、自主性、合作性[5]。因此，合作学习在PBL教学中不仅仅起着活跃教学气氛的重要作用，更是其必不可少的组成环节。
合作学习基本方法有：学生小组成绩分工法（STAD，Students Teams-Achievment Divisions）、小组游戏竞赛法（TGT，Team-Games-Tournament）、切块拼接法（Jigsaw）、共学式（LT，Learning Together）、小组调查法（GI，Group Investigation）【6】。STAD法和TGT法建立在期望理论、动机理论上，核心是设置小组内的协作、小组间的竞争，由教师评价最终学习成果。GI法是各学习小组根据一个研究问题共同计划学习内容、调查和汇总资料、向全班发布，由师生们共同评价学习成果。LT法与GI法类似，但要求教师跟踪整个学习过程和评价。Jigsaw法也与GI法类似，但最终要对小组内每位学生学习成果完成评价。
三、PBL教学模式下合作学习课堂组织设计
（一）实施流程
PBL教学模式下合作学习课堂组织流程如图1所示，学生的工作包括课前的分组分工和协作学习、课中的成果发布和协作思考回答问题、课后的学习讨论总结和反馈。教师的工作包括课前的任务发布和教学提问，课中的成果检查、评价和知识点总结，课后的总结，如指出教学中存在的不足、收集学生学习感受反馈、评价教学模式优缺点、优化教学内容和模式。 根据PBL教学理念，教师会在课前发布教学任务，如“基于继电器-接触器的小车运动控制”;提出系列问题，如小车驱动电机的转动要求、实现自动往返所需器件、实现自动停车所需器件、操作要求、各器件逻辑关系等。学生拿到任务后，以自愿原则分组，教师为了保证小组协作积极性，原则上不干涉学生分组。各小组根据引导问题，分工协作完成教学任务，并在课中发布学习成果，师生们可以通过对学习成果中的问答交流，完善知识点。学生课后交流反馈学习感受，为下一次的教学提供优化思路。
（二）提出引导问题
控制设计 被控对象是什么？控制目标是什么？检测需求、仪表选型是什么？保护措施是什么？操作方式是什么？如何进行点数统计？如何进行PLC选型？输入-输出逻辑关系是怎样的？
表2所示的合作学习方法，主要是根据教学任务、教学问题的难易度和学习阶段确定，在实施中还需要根据学生的学习状态、学习反馈相应调整。如教学问题1-1、2-1、3-1～3、4-1相对比较容易，属于预习范畴，主要是靠不断重复强化记忆，只需要资料调研和阅读即可完成，所以采取Jigsaw法，教师要求以作业纸的形式上交或课内抽问的方式检查学习成果即可。教学问题2-2和5-1～3属于综合应用型，任务题目相对灵活，涉及面比较广，需要学生应用已学过的电路知识、检测知识、控制系统知识、电气控制知识和PLC编程知识来理解、完成设计和实物操作。
（三）建立合理的评价机制
合作学习是实施PBL教学的必要环节，但是不可避免每个学习小组中一定会有个体差异，存在着“吃大锅饭”“浑水摸鱼”的现象。因此，建立合理的评价机制才能保障PBL教学模式和合作学习方法的有效进行。评价机制的建立原则是：以鼓励、肯定为导向，以公平公正为基准，兼顾团队成绩和个体贡献，激发竞争。评价方式如下：
（1）教学问题1-1、2-1、3-1～3、4-1：教师根据学生上交作业表达准确性、图形符号绘制的规范性进行评价。
（2）教学问题2-2、5-1：教师根据学生发布作业的表达准确性、图形符号和线路绘制的规范性、任务达成度、设计正确性和合理性、回答提问的成功率综合评价。
（3）教学问题5-2：教师在任务完成全过程中都必须跟踪了解各小组任务的分工、进展，根据成果发布时表达准确性、任务达成度、设计正确性和合理性、操作正确性给出小组总评分，再由教师对小组内各个成员进行提问，按各成员回答问题质量在小组总评分基础上做个体分数浮动。
（4）教学问题5-3：采用小组竞赛方式发布各自的成果，小组间和小组内均有竞爭机制。小组团队成绩由项目难度、作业发布质量、回答提问以及向别组提问质量四部分决定。小组间提问采用抢分制，教师根据提问难度确定该问题分值，提问和回答双方在限定时间内争夺该分值。小组内的个人成绩则根据小组成员在现场回答问题的数量和质量，在小组内任务分配的难度、工作量、工作质量，以团队成绩为基础上下浮动5%～10%。
四、总结
电气控制及PLC在PBL教学理念的指导下，采用合作学习的课堂组织方式，将PBL教学与合作学习两种当前热门的有效教学方法有机地结合起来。课前学生可以根据教师发布的任务要求，自行分解任务、组织资料收集和整理，自主学习新知识，互动交流分析设计理念，有效地调动了学生的学习主动性和创造力。课中学生发布学习成果，训练公开场合表达能力和应对能力。教师针对任务进行总结概括，明确任务中的要点，补充讲解和解答共性问题，完成对课堂教学的引导和组织。
对于PBL教学模式和合作学习的课堂组织，课题组也处于探索研究阶段，如何扬长避短，进一步优化教学内容和教学设计，还需要在实践中继续摸索、总结。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 赵洋，胡亚伟.工程案例教学法在“PLC原理及应用”的教学实践[J].实验技术与管理，2017（12）：222-225.
[2] 王亭岭，熊军华，周玉.《电气控制与PLC应用》课堂教学模式探索与教材建设[J].高教学刊，2017（2）：84-85+88.
[3] 许雯娜，王春，唐龙，等.全虚拟PLC实验教学系统开发[J].实验室研究与探索，2016（3）：92-95.
[4] 王坦.合作学习简论[J].中国教育学刊，2002（1）：32-35.
[5] 吕艳娇，姜君.PBL教学方法对美国研究生创新能力影响[J].黑龙江高教研究，2018（11）：113-116.
[6] S·沙伦，王坦，高艳.合作学习论[J].山东教育科研，1996（5）：59-62.
[责任编辑：钟 岚]
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