劉斌陳惠敏王超周維王媛

（昌吉學(xué)院物理系 新疆 昌吉 831100）

基于問題的學(xué)習(xí)模式(PBL)研究與應(yīng)用
——以“大學(xué)生VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽”為例

劉斌陳惠敏王超周維王媛

（昌吉學(xué)院物理系 新疆 昌吉 831100）

PBL(ProblemBasedLearning)是一種以問題為核心，以解答問題為驅(qū)動(dòng)力，以分組闡述、展示、討論及相互交流為手段，以激發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)自學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維為主要目標(biāo)的全新的教學(xué)模式。這種教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立自學(xué)能力、創(chuàng)新思維能力、資料組織能力以及創(chuàng)新能力。本文通過文獻(xiàn)研究PBL在教育教學(xué)中的應(yīng)用，結(jié)合VEX機(jī)器人的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，以及筆者參與2011年全國(guó)大學(xué)生VEX工程挑戰(zhàn)賽“大破柵門”的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出基于PBL的VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)策略。

PBL；VEX機(jī)器人；學(xué)習(xí)策略

PBL突破了傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教育思想，以提高學(xué)生的邏輯推理能力，分析問題和解決問題的能力為目的進(jìn)行組織教學(xué)。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人不僅僅局限于工業(yè)應(yīng)用和研究領(lǐng)域，它已經(jīng)進(jìn)入了教育領(lǐng)域，一些學(xué)者已經(jīng)開始利用機(jī)器人來開展實(shí)踐學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生理解和掌握科學(xué)、工程學(xué)和、數(shù)學(xué)、技術(shù)等領(lǐng)域的抽象概念。近年來，我國(guó)已逐步開始在大、中、小學(xué)推廣機(jī)器人教育，主要包括機(jī)器人競(jìng)賽和機(jī)器人教學(xué)。因此，在機(jī)器人教學(xué)中，從PBL教學(xué)方法的實(shí)踐出發(fā)，對(duì)這種全新的教學(xué)方法進(jìn)行相關(guān)探討，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 PBL簡(jiǎn)介

1.1 PBL學(xué)習(xí)模式的概念及特點(diǎn)

基于問題的學(xué)習(xí)模式(Problem－Based Learning,簡(jiǎn)稱PBL)是通過讓學(xué)生以小組的形式共同解決一些模擬現(xiàn)實(shí)生活中的問題為學(xué)習(xí)途徑，使學(xué)生在解決問題的過程中發(fā)展解決問題的能力和實(shí)現(xiàn)知識(shí)的意義建構(gòu)。從學(xué)習(xí)的目標(biāo)指向看，這是一種關(guān)注經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，是圍繞現(xiàn)實(shí)生活中一些結(jié)構(gòu)不明確的問題所展開的調(diào)配和尋求解決方法而組織的。它強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，通過讓學(xué)習(xí)者合作解決問題。來學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問題的能力和自主學(xué)習(xí)的能力。其目的是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣與綜合素質(zhì)，從而使學(xué)生健全發(fā)展［1］。

PBL基本授課方法是一個(gè)完整的師生共同參與、彼此溝通、合作學(xué)習(xí)、具體回饋、自省重建的學(xué)習(xí)過程，體現(xiàn)了從感知到認(rèn)知、從感性到理性的認(rèn)識(shí)過程［2］。

PBL課程由8～10名學(xué)生1名教師組成一個(gè)小組。教師負(fù)責(zé)控制課程進(jìn)度以達(dá)到計(jì)劃的學(xué)習(xí)目的，學(xué)生主持者制定表格，主要的是于一周前為學(xué)生提供案例或問題情境，使學(xué)生為探索問題的解決而提出多種假設(shè)和思路，從而確認(rèn)最可能的假設(shè)與問題解決方法之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，有目的地搜集資料、分工合作、更全面的掌握知識(shí)，避免知識(shí)的片面性，教師鼓勵(lì)學(xué)生自己核實(shí)結(jié)論的正確性，啟發(fā)讓學(xué)生用自己的語言和方式自由問答。在PBL中，教師的作用是一個(gè)“牧羊人”、促進(jìn)者、激勵(lì)者、協(xié)助者；學(xué)生是“一群在牧場(chǎng)的羊”、主動(dòng)探索者、概念細(xì)化者、問題解決者、經(jīng)驗(yàn)更新者、知能轉(zhuǎn)化者［3］。

PBL實(shí)施的基本流程要素包括：提出問題，即以問題為中心（該問題必須是學(xué)生在未來專業(yè)領(lǐng)域所能遇到的“真實(shí)世界”的非結(jié)構(gòu)化問題，無固定解決辦法和過程）；提供材料，與本問題相關(guān)；自主學(xué)習(xí)（以問題為中心），小組合作學(xué)習(xí)；在每個(gè)問題（或每個(gè)課程單元）結(jié)束時(shí)，要進(jìn)行自我評(píng)價(jià)和小組評(píng)價(jià)（口頭、論文）；依據(jù)PBL的目標(biāo)去測(cè)量（比較）學(xué)生的進(jìn)步［4］。

PBL教學(xué)模式符合新課改的核心理念，首先，它為學(xué)生們營(yíng)造了一個(gè)輕松學(xué)習(xí)氛圍，使其能夠自主地、積極地暢所欲言，充分表達(dá)自己的觀點(diǎn)，同時(shí)也可以十分容易地獲得來自其他同學(xué)和老師的信息；其次，可使有關(guān)課程的問題盡可能多地被提出，在討論中可以加深對(duì)正確理論的理解，還可以不斷發(fā)現(xiàn)新問題，解答新問題，使學(xué)習(xí)過程縮短，印象更加深刻；第三，它不僅對(duì)理論學(xué)習(xí)大有益處，還可鍛煉學(xué)生們動(dòng)手實(shí)踐的能力，如查閱資料的能力，歸納總結(jié)、綜合理解的能力，邏輯推理、口頭表達(dá)的能力，自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的能力等，這些都有利于學(xué)生的綜合素質(zhì)。

1.2 PBL研究與應(yīng)用

1.2.1 國(guó)外研究與應(yīng)用

通過文獻(xiàn)調(diào)查，國(guó)外對(duì)于PBL的研究目前主要集中在四個(gè)方面：關(guān)于學(xué)生業(yè)績(jī)的研究、關(guān)于學(xué)生態(tài)度的研究、關(guān)于元認(rèn)知技能的獲取和運(yùn)用的研究和關(guān)于影響PBL效果因素的研究。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和在教學(xué)應(yīng)用的深入，在線PBL的研究逐漸成為熱點(diǎn)，主要集中在基于項(xiàng)目的協(xié)作學(xué)習(xí)（CollaborativeProjectBased Learning, CPBL）的研究和在線PBL的設(shè)計(jì)傳輸上，但大都處于理論階段和試驗(yàn)階段［5］。

1.2.2 國(guó)內(nèi)研究與應(yīng)用

國(guó)內(nèi)很多學(xué)校也不同程度地開展了PBL教學(xué)法的探索和研究。四軍大、南京醫(yī)大、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院等是在七年制或研究生的臨床實(shí)習(xí)階段開展的；北大醫(yī)學(xué)院和白求恩醫(yī)大是在基礎(chǔ)階段的部分過渡課程進(jìn)行的；西安交大醫(yī)學(xué)院是在聯(lián)合辦學(xué)大專班的學(xué)生中實(shí)驗(yàn)探索的；湖南醫(yī)科大學(xué)是在護(hù)理教學(xué)中應(yīng)用；暨南大學(xué)是在口腔內(nèi)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)施［6］。

國(guó)內(nèi)對(duì)PBL的研究主要對(duì)PBL進(jìn)行理性思考和在其它學(xué)科推廣應(yīng)用。比如結(jié)合我國(guó)的教育實(shí)踐，對(duì)PBL引入后的應(yīng)用前景和是否符合目前的教育現(xiàn)實(shí)進(jìn)行思考；借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把PBL應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)踐中，與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)情境相得益彰，探索網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下PBL的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程的方法；將PBL的研究領(lǐng)域從中小學(xué)教學(xué)、大學(xué)培養(yǎng)模式擴(kuò)展到更細(xì)化的單一學(xué)科教學(xué)、具體專題教學(xué)設(shè)計(jì)、與研究性學(xué)習(xí)相結(jié)合、中小學(xué)校長(zhǎng)培訓(xùn)模式革新、中小學(xué)教師校本培訓(xùn)的開展等領(lǐng)域。正如Samford大學(xué)的鄧納韋教授在2002年預(yù)言，“PBL是令人滿意的、富有挑戰(zhàn)的、效果明顯的、勢(shì)不可擋的”［7］。

綜上所述，無論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)對(duì)與PBL的研究與應(yīng)用目前還是以醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域?yàn)橹?，PBL教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比優(yōu)勢(shì)是顯而易見的。為此，本文基于PBL在VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)過程中的應(yīng)用的研究，不僅為VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)找到一種高效的學(xué)習(xí)方法，還可以為今后PBL在其他學(xué)習(xí)領(lǐng)域的應(yīng)用研究作參考。

2 大學(xué)生VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽簡(jiǎn)介

VEX機(jī)器人大賽又稱VEX機(jī)器人世界錦標(biāo)賽，是一項(xiàng)旨在通過推廣教育型機(jī)器人，拓展中學(xué)生和大學(xué)生對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）領(lǐng)域興趣，提高并促進(jìn)青少年的團(tuán)隊(duì)合作精神、領(lǐng)導(dǎo)才能和解決問題的能力的世界級(jí)大賽。學(xué)生通過利用VEX套件拼裝機(jī)器人在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成比賽的特定任務(wù)，根據(jù)每次比賽主題不同，機(jī)器人的功能也不同。

以2011年8月大學(xué)生“大破柵門”VEX工程挑戰(zhàn)賽為例，比賽規(guī)則如下：

比賽在初始設(shè)置如圖1所示的場(chǎng)地上進(jìn)行。兩支隊(duì)，每隊(duì)兩名操作手和兩臺(tái)機(jī)器人在每場(chǎng)比賽中競(jìng)技。比賽的目標(biāo)是通過把球和筒放入籃筐、獲得獎(jiǎng)勵(lì)分以及把倍增筒放入圓形籃筐內(nèi)，得到比對(duì)手更多的分?jǐn)?shù)。比賽時(shí)間為140秒，比賽開始先進(jìn)行60秒自動(dòng)賽，此時(shí)機(jī)器人運(yùn)行只能受傳感器的輸入和參賽隊(duì)預(yù)先寫入機(jī)器人控制器的命令的影響。在這段時(shí)間內(nèi)，不允許人對(duì)機(jī)器人的控制或相互溝通。后80秒進(jìn)行手動(dòng)賽，即操作手控制時(shí)段，操作手通過遙控器控制機(jī)器人的運(yùn)行。在比賽進(jìn)行到最后30秒時(shí)，每支參賽隊(duì)互動(dòng)區(qū)的操作手可將1個(gè)倍增筒和1個(gè)消分筒引入比賽場(chǎng)地。場(chǎng)地用兩個(gè)大型PVC柵門隔成一個(gè)互動(dòng)區(qū)和兩個(gè)隔離區(qū)，比賽期間兩個(gè)大型柵門不能抬起。

圖1 場(chǎng)地等角投影圖

根據(jù)此比賽規(guī)則，它要求參賽隊(duì)要開發(fā)許多新技能來應(yīng)對(duì)面臨的各種挑戰(zhàn)和障礙。有些問題可以自己解決，而另一些問題可以通過與隊(duì)友和教練員的交流、研究、調(diào)試、驗(yàn)證最終完成設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中主要解決以下三個(gè)問題：

（1）機(jī)器人的搭建，由于比賽規(guī)則限定機(jī)器人的長(zhǎng)寬高均為457.2mm，VEX基本套件和擴(kuò)展套件最長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)為450mm，而籃筐高分別為508mm和762mm。這就要求在設(shè)計(jì)過程中，在滿足以上限定條件的基礎(chǔ)上，機(jī)器人的投籃手臂能夠?qū)⑶蚧蛲策\(yùn)到高762mm以上的高度并保證完成投籃的的動(dòng)作。

（2）自動(dòng)賽和手動(dòng)賽中的程序編寫，機(jī)器人需要按照自動(dòng)賽的程序在60秒內(nèi)通過投籃得分，手動(dòng)賽的程序需要通過遙控器的信號(hào)通道與主控器的信號(hào)通道與相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)遙控器對(duì)機(jī)器人的操控。

（3）機(jī)器人的控制，在手動(dòng)賽中，要求操作手熟練運(yùn)用遙控器操控機(jī)器人高效進(jìn)行投籃。

3 PBL在VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

3.1 基于PBL學(xué)習(xí)的一般模式

VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)以比賽為終極目標(biāo)，在搭建自己的VEX比賽機(jī)器人的過程中，以解決一個(gè)接一個(gè)的問題為目標(biāo)，以小組為單位分析問題、研究解決問題的方案，在實(shí)踐中改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。充分發(fā)揮集體的智慧和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，在解決問題的過程中逐步成長(zhǎng)。在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中小組成員都成了學(xué)習(xí)主人，學(xué)習(xí)的動(dòng)力真正來源于學(xué)生自身，在看到自己的進(jìn)步和體驗(yàn)到成功快樂的同時(shí)，鍛煉了組織策劃能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

根據(jù)VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)特點(diǎn)，可將PBL應(yīng)用在VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)中。筆者參考多篇研究成果，提出基于PBL學(xué)習(xí)的一般模式，如圖2所示。

圖2 基于PBL學(xué)習(xí)一般模式圖

根據(jù)圖2所示，結(jié)合VEX機(jī)器人的學(xué)習(xí)，可將各學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)解釋如下：

(1)問題或項(xiàng)目。PBL的問題是整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的焦點(diǎn)所在，教師對(duì)問題設(shè)計(jì)好壞直接影響到PBL中學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。而VEX機(jī)器人的學(xué)習(xí)則是以VEX工程挑戰(zhàn)賽的比賽目標(biāo)為問題或項(xiàng)目。

(2)提供學(xué)習(xí)資料。在解決問題過程中，學(xué)生須具備一定的學(xué)習(xí)技巧與能力，而教師在設(shè)計(jì)問題過程中也應(yīng)根據(jù)學(xué)生所具備的認(rèn)知結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適合學(xué)生水平的問題，或在解決問題過程中，為學(xué)生適當(dāng)提供學(xué)習(xí)所需的技巧與知識(shí)。在VEX學(xué)習(xí)中，教師需要在機(jī)械結(jié)構(gòu)、編寫程序方面給學(xué)生講解和提供資料。

(3)分配學(xué)習(xí)小組。PBL中的學(xué)習(xí)小組一般以4－6人為宜，小組各成員中應(yīng)能充分發(fā)揮個(gè)人的智力水平，共同協(xié)作提出解決問題的最佳方案。而VEX比賽中要求每隊(duì)2人操控兩臺(tái)機(jī)器人，這就要求在VEX學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)小組最少為2組。

(4)設(shè)計(jì)解決程序。學(xué)生應(yīng)精心策劃好解決問題的程序，并以分工合作的方式共同推進(jìn)方案的向前發(fā)展。VEX機(jī)器人的學(xué)習(xí)程序大體分為詳細(xì)解讀比賽規(guī)則、設(shè)計(jì)比賽方案、試行方案、模擬比賽、分析總結(jié)五個(gè)步驟來進(jìn)行。

(5)學(xué)習(xí)結(jié)果匯報(bào)。在PBL中，學(xué)習(xí)結(jié)果匯報(bào)以多種形式呈現(xiàn)。VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)結(jié)果匯報(bào)則是以比賽的形式呈現(xiàn)。

(6)評(píng)價(jià)與總結(jié)。對(duì)于VEX的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)與總結(jié)的方式，教師和學(xué)生可以通過階段性的問題解決來進(jìn)行總結(jié)與反思。也可以對(duì)比賽過程做的總結(jié)與反思?？梢允菚娴男问交蚴强陬^匯報(bào)的形式。

3.2 基于PBL的VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)策略

基于以上對(duì)于VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)特點(diǎn)分析，以2011年“大破柵門”VEX機(jī)器人比賽為項(xiàng)目，將基于PBL的VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)策略總結(jié)為以下五點(diǎn)：

（1）解讀規(guī)則，根據(jù)比賽規(guī)則制定學(xué)習(xí)目標(biāo)；

（2）設(shè)計(jì)方案，根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)制定整體設(shè)計(jì)方案及制定小組設(shè)計(jì)方案；

（3）試行方案，分三個(gè)步驟進(jìn)行，搭建機(jī)器人、程序設(shè)計(jì)、調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案；

（4）模擬比賽，通過操作手和機(jī)器人能夠配合進(jìn)行模擬真實(shí)比賽，改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。

（5）分析總結(jié)，對(duì)學(xué)習(xí)過程中成績(jī)與不足進(jìn)行總結(jié)與分析。

根據(jù)學(xué)習(xí)策略，設(shè)計(jì)2011年“大破柵門”VEX機(jī)器人比賽學(xué)習(xí)流程如圖3所示。

圖3 “大破柵門”學(xué)習(xí)流程

圖3中，比賽方案設(shè)計(jì)是根據(jù)VEX比賽規(guī)則需要兩名操作手與兩臺(tái)機(jī)器人配合完成比賽目標(biāo)，兩個(gè)比賽區(qū)域內(nèi)機(jī)器人所要完成的具體任務(wù)有所不同，將小組任務(wù)細(xì)化分為為兩部分即互動(dòng)區(qū)和隔離區(qū)的比賽方案設(shè)計(jì)，即兩個(gè)學(xué)習(xí)小組。

其中，試行方案被具體分為三個(gè)步驟進(jìn)行：

① 搭建機(jī)器人。想要設(shè)計(jì)出符合比賽要求的機(jī)器人結(jié)構(gòu)就必須對(duì)現(xiàn)有的套件進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改造,機(jī)器人要完成抓球-運(yùn)輸-投球的動(dòng)作必須依靠馬達(dá)、齒輪、傳感器等部件實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、感應(yīng)功能。在這個(gè)前提下，打破常規(guī)思想拓展思維空間，僅僅靠一個(gè)人是不能解決問題的，往往需要老師進(jìn)行技術(shù)上的指導(dǎo)小組內(nèi)成員集思廣益發(fā)揮集體的智慧更容易解決問題。

② 程序設(shè)計(jì)。完成機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，編寫程序指揮機(jī)器人行動(dòng)是學(xué)習(xí)過程中的又一大難題，是實(shí)現(xiàn)整體比賽設(shè)計(jì)方案關(guān)鍵。根據(jù)比賽策略，設(shè)計(jì)編寫機(jī)器人的自動(dòng)程序，需要了解各控制部件的屬性和功能。在自動(dòng)比賽時(shí)段，機(jī)器人按照程序執(zhí)行每個(gè)動(dòng)作完成比賽任務(wù)。操作手控制比賽時(shí)段的程序則是對(duì)主控器各部件的信號(hào)通道遙控器通道相對(duì)應(yīng)，程序設(shè)計(jì)直到操作手和機(jī)器人能夠完成比賽任務(wù)為止。

③ 調(diào)試。運(yùn)用循序漸進(jìn)的方法，一個(gè)動(dòng)作完成后再編寫下一個(gè)動(dòng)作，需要反復(fù)調(diào)試、修改程序，有時(shí)還需對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

在試行方案的實(shí)施，是一個(gè)循環(huán)的過程中，以設(shè)計(jì)方案為標(biāo)準(zhǔn)，不斷對(duì)以上三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整、改進(jìn)，直到實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案為止。

在解決以上問題后，操作手需要熟悉機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)以及機(jī)器人與遙控器的信號(hào)通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過反復(fù)實(shí)戰(zhàn)練習(xí)，能夠盡可能在手動(dòng)比賽時(shí)段的80秒內(nèi)投最多的球和筒進(jìn)入籃筐內(nèi)。在這個(gè)環(huán)節(jié)里，發(fā)現(xiàn)任何問題可在總體方案和試行方案環(huán)節(jié)尋找原因解決問題。直到最終能夠按照比賽方案設(shè)計(jì)完成一場(chǎng)比賽，則完成整個(gè)學(xué)習(xí)過程。

3.3 基于PBL的VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)過程中的注意事項(xiàng)

3.3.1 將項(xiàng)目或問題分解成階梯式的小任務(wù)

VEX機(jī)器人的學(xué)習(xí)解決以一個(gè)特定的工程項(xiàng)目即比賽主題而展開，要達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)，需要教師將目標(biāo)細(xì)化到每一階段，可以通過問題由簡(jiǎn)到難，由淺入深以遞進(jìn)的方式分配給學(xué)生去解決，每一階段的任務(wù)最好相互聯(lián)系，避免出現(xiàn)較大的跳躍性，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的意義建構(gòu)。

3.3.2 創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境

創(chuàng)造一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境對(duì)于提高學(xué)習(xí)效率是一個(gè)必要的前提。VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)較為重要的客觀要素就是專門的實(shí)踐教室能夠安放比賽場(chǎng)地，VEX機(jī)器人各種套件充電器，以及其他必要工具比如鋼鋸、美工刀、卷尺等。另外，由于編程需要，教室里還應(yīng)配有計(jì)算機(jī)，以便學(xué)生理論學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐。教室環(huán)境相對(duì)安靜，不宜太嘈雜，有利于學(xué)生更好的思考問題、解決問題。

3.3.3 提供豐富的學(xué)習(xí)資源

由于VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)綜合多學(xué)科的知識(shí)，也就意味者在學(xué)習(xí)過程中，需要提供給學(xué)生必要的多學(xué)科的學(xué)習(xí)資料，需要教師在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中盡量提供全面的資料以便解決學(xué)習(xí)中可能遇到的問題，在條件允許的情況下，最好給學(xué)生提供聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，以便在必要時(shí)快捷查閱相關(guān)學(xué)習(xí)資料。比如，在機(jī)器人搭建過程中，涉及到物理的機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方面的知識(shí)，教師可以在教學(xué)活動(dòng)中針對(duì)這一部分內(nèi)容，準(zhǔn)備相應(yīng)的學(xué)習(xí)材料比如不同機(jī)器人造型圖片，歷年比賽視頻等。

3.3.4 合理分配學(xué)習(xí)小組

VEX機(jī)器人的學(xué)習(xí)小組，以2-3人為一小組學(xué)習(xí)較為合理，在學(xué)習(xí)過程中，從搭建機(jī)器人到編寫程序人數(shù)越多反而不利于動(dòng)手實(shí)踐，在實(shí)際比賽的過程中，兩人負(fù)責(zé)操控機(jī)器人一人負(fù)責(zé)戰(zhàn)略指揮。由于其特殊性，在組時(shí)要著重考慮把動(dòng)手能力強(qiáng)、編程能力較強(qiáng)的學(xué)生更為適合分為一組。此外，教師還應(yīng)注意學(xué)習(xí)小組男生和女生搭配問題，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況合理分組。

3.3.5 配備專業(yè)指導(dǎo)教師

PBL作為一種開放式的教學(xué)模式，對(duì)教師自身的素質(zhì)和教學(xué)技巧都有很高的要求，要求教師不但對(duì)本專業(yè)、本課程內(nèi)容熟練掌握，還應(yīng)當(dāng)扎實(shí)掌握與VEX機(jī)器人相關(guān)的學(xué)科知識(shí)，并要具備提出問題解決問題的能力、靈活運(yùn)用知識(shí)的能力、嚴(yán)密的邏輯思維能力。和良好的組織管理能力，要善于調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、寓教于樂、控制課堂節(jié)奏等技巧。教師應(yīng)該熟悉比賽規(guī)則和學(xué)生的能力情況，這樣才能規(guī)劃好學(xué)習(xí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，制定有針對(duì)性的討論提綱。另外，教師要學(xué)習(xí)和具備良好的組織管理能力，控制課堂節(jié)奏等技巧。才能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.3.6 重視學(xué)生的自主學(xué)習(xí)精神的培養(yǎng)

以學(xué)生為主體，通過多樣的教學(xué)形式增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)口、動(dòng)腦，調(diào)動(dòng)各種感官參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，促進(jìn)智力開發(fā)，注意創(chuàng)設(shè)情景，打開了學(xué)生的思路，激起學(xué)生的求知欲望，學(xué)習(xí)的自主性也就得到了淋漓盡致的發(fā)揮。要求學(xué)生或單獨(dú)、或與同組同學(xué)討論、交流、合作探究思考，然后師生共同解決問題。教師的“導(dǎo)”與“講”融于與學(xué)生的討論之中，以平等的姿態(tài)與學(xué)生對(duì)話，有利于創(chuàng)造寬松、民主、和諧的學(xué)習(xí)氛圍，為學(xué)生創(chuàng)新思維的開發(fā)創(chuàng)造了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。就這樣在嘗試中讓學(xué)生體驗(yàn)到自己所帶來的遺憾或喜悅。

最重要的一點(diǎn)，將課內(nèi)知識(shí)與生活實(shí)際相聯(lián)系，能讓學(xué)生感受到知識(shí)得按時(shí)的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值，為此在VEX機(jī)器人教學(xué)中，教師必須把教學(xué)的視野從課內(nèi)擴(kuò)大到課外，從課堂擴(kuò)大到社會(huì)，指導(dǎo)學(xué)生利用各種時(shí)間，通過多種渠道學(xué)習(xí)，豐富知識(shí)面，將小課堂與大社會(huì)充分的結(jié)合起來。教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際，注重學(xué)生自主思考，合作探究，提高學(xué)生分析問題與解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的探索精神與創(chuàng)新意識(shí)。

4 總結(jié)

基于PBL的VEX機(jī)器人的學(xué)習(xí)策略，能夠在段時(shí)間內(nèi)有效提高學(xué)習(xí)效率，筆者通過參與“大破柵門”VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽的指導(dǎo)，使四個(gè)沒有接觸過VEX機(jī)器人的學(xué)生從零起點(diǎn)學(xué)起，以參加比賽為終極目標(biāo)，在搭建VEX比賽機(jī)器人的過程中，以解決一個(gè)接一個(gè)的問題為目標(biāo)，以小組為單位分析問題、研究解決問題的方案，在實(shí)踐中改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。充分發(fā)揮集體的智慧和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，在解決問題的過程中逐步成長(zhǎng)。在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中小組成員都成了學(xué)習(xí)主人，學(xué)習(xí)的動(dòng)力真正來源于學(xué)生自身。經(jīng)過了一個(gè)多月的集訓(xùn)，最終在大賽中取得小組賽銀獎(jiǎng)和集體賽銀獎(jiǎng)的好成績(jī)。在學(xué)習(xí)過程中實(shí)現(xiàn)學(xué)生正真意義上的自主學(xué)習(xí)和積極主動(dòng)解決問題的能力，提高學(xué)生高效獲取機(jī)器人知識(shí)及有關(guān)機(jī)器人意義建構(gòu)知識(shí)的能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)VEX機(jī)器人的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)科前沿有更深刻的把握，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，此外通過小組寫作學(xué)習(xí)形式，還可學(xué)生培養(yǎng)生活技能，如規(guī)劃、集思廣益、合作、團(tuán)隊(duì)精神、領(lǐng)導(dǎo)能力以及研究能力等都得到了提高與鍛煉。

通過基于PBL的VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)的研究與應(yīng)用，最終取得了良好的學(xué)習(xí)效果。PBL的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)創(chuàng)新人才的啟發(fā)與培養(yǎng)，因此將PBL在機(jī)器人教育領(lǐng)域中更為廣泛的應(yīng)用，對(duì)于教師與學(xué)生都具有實(shí)際意義。不管對(duì)于PBL的進(jìn)一步研究，還是機(jī)器人教育領(lǐng)域的研究都有深遠(yuǎn)的意義。

［1］基于問題的學(xué)習(xí)模式的研究［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/38c5b4cda1c7aa00b52acbb8.html.

［2］［3］［4］欒萍,王軍.PBL教學(xué)模式對(duì)高等醫(yī)學(xué)教育改革的影響［J/OL］.中外健康文摘,2011，（8）.

［6］PBL教學(xué)法［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/02df0b28e2bd960590c6773d.html.

［5］［7］肖曉飛,賈穎.我國(guó)目前 PBL研究現(xiàn)狀的分析與思考［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/ 806d5f4c852458fb770b56b9.html.

2012-06-15

“新疆維吾爾自治區(qū)通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”階段成果（質(zhì)量工程項(xiàng)目文號(hào)：新教高2010［50］號(hào)）。第一作者簡(jiǎn)介：劉斌（1975—），男，安徽阜南人，昌吉學(xué)院物理系，講師，研究方向：教育技術(shù)學(xué)。

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1671-6469（2012）04-0091-06