团队学习模式在实验实践教学中的探索应用

倪效勇 罗大鹏 张红剑 程 卓 李 刚

1.中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院 湖北武汉 430074

2.武汉晴川学院电子信息与机电工程学院 湖北武汉 430204

实践教学始终是教育管理部门评估高等院校本科教学工作水平的关键性指标之一。近年来，随着《卓越工程师教育培养计划》《中国工程教育专业认证标准》等政策的实施和推广，实验实践教学在高等院校本科教学工作中的作用得到进一步提升[1,2]。高等院校积极开展实践教学改革，促进了实践教学理论和方法的快速发展，以小组合作法[3]、协同学习法[4]和项目教学法[5]等形式开展的团队学习模式得到深入研究。团队学习模式认为学习个体在知识传播过程中的表现是有差异性的，这种差异性通过个体之间的取长补短，更有利于达成学习目标。因此，团队学习多采用小组讨论、分工协作的形式。团队学习中学生的主体地位比较突出，教师则从居主导地位的教授者转变为任务及目标设计者、团队组织者及团队监督协调者的角色。

1 实验实践教学存在的突出问题

目前在高等院校实验实践环节面临诸多问题，特别是工科专业。这些问题主要表现在以下四方面。

1.1 实验实践教学内容和方式固化

大多数学生按照实验指导书或实习手册就能够观察到相应的实验现象或结果，但是学生只知其然而不知其所以然，缺乏进一步的探索性学习。

1.2 教师参与实验实践教学改革的意愿不强

由于科研任务重，任课教师研究改进实验实践教学内容和方法的意愿不强。目前，大多数综合性高等院校已经建立了一套较为严苛的教师业绩考核制度，该制度对教师能力的评价侧重于科研项目和学术论文，这种政策性导向不利于高等院校实践教学水平的进一步提高。

1.3 教学手段单一

实验实践教学主要依赖于教学设备商提供的通用型实验箱，实验内容较固定且有配套的程序代码，这在一定程度上减轻了任课教师或实验室工作人员的工作压力，但也削弱了学生自由探索的内在驱动力。

1.4 学生主动学习的积极性不高 创新设计能力不强

实验实践教学效果一般可以分为两个层次：一是验证课堂教学理论，二是具备运用该项理论(技术)的初步能力。大多数学生在实验实践教学过程中，只能达到第一个层次。造成这种现象的因素比较多，其中一个主观因素是学生两极分化比较严重，部分学生学习态度消极。

针对以上问题，本文采用团队学习的方式探索提升实验实践教学效果的途径，将团队学习引入到实验实践教学环节，改变了原来以教师为教学活动主体的做法，同时，通过学生之间相互协作能够完成一些综合性、设计型实验，有利于提高学生的工程实践能力[6]。

2 团队学习的实施原则与方法

在实验实践教学环节中实施团队学习一般包括以下步骤。

2.1 团队学习目标的确定

不同于理论课程的讨论式学习，面向实验实践教学环节的团队学习，其目标就是团队需要完成的任务或课题。这些任务或课题直接影响到团队学习的实施效果，需要任课教师依据教学大纲，结合现有的实验条件确定。确定实验实践任务或课题需要遵循以下原则：(1)团队教师对课题内容非常熟悉；(2)课题内容要具有一定的综合性；(3)课题目标明确，如有需要，可以标明课题难度系数；(4)任务或课题应在实验或实践教学开课前确定，并尽早公布。

2.2 团队组建及成员分工

团队成员的参与度是衡量团队学习的重要指标，也是团队组建的基本原则。在大学本科的高年级阶段，学生对待学习的态度两极分化比较严重。一部分学生只要求能够正常毕业，对课程成绩和实践能力提高的期望值比较低；另一部分学生则追求卓越，希望获得尽可能高的成绩，提升参加免试研究生推荐的竞争力。基于这样的考虑，自由组合是最常见的团队组建方式。

当团队组建完毕并选择了相应的课题后，团队成员在课题中的任务应该进一步明确和细化，避免在团队考核阶段弄虚作假，根据课题完成的情况临时分配任务。

2.3 团队学习的过程控制

在实验实践教学过程中，一般任课教师少、团队数量较多，其过程控制大多采用节点控制法。这些关键节点主要包括团队课题选择、方案制订和考核汇报。在不同的节点，指定不同的团队成员作为汇报的主体。在整个团队学习过程中，团队教师要保证每个环节有条不紊地展开，及时回答学生的疑问；对于进度严重滞后的团队，要做针对性的指导，提高团队完成课题的信心。

2.4 团队学习的考核评价

团队学习的考核评价要体现客观公平的原则。团队学习的考核评价包括两部分：团队成绩和个人贡献成绩。团队成绩除了技术指标完成情况、汇报PPT和课程论文的完成质量外，还要考虑团队所选课题的难度系数。个人贡献成绩则依据课题分工和课题完成情况判定。

3 团队学习模式在实验实践教学中的实施

笔者主要承担了我校电子信息工程专业的通信电子线路、DSP技术与应用、片上系统和嵌入式系统设计等实践性较强课程的教学工作，并负责本专业电子工程实习和应用系统实习两个实践教学环节的组织工作。本文选择两个不同学期、不同类型的实验实践教学环节，采用团队学习模式，开展了教学方法的研究与探索。

3.1 在DSP技术与应用课程中的应用

DSP技术与应用是我校电子信息工程专业开设的一门专业必修课，安排在数字信号处理、数字图像处理等相关课程之后，主要面向大三学生。从学生反馈的情况来看，主要存在的问题是课程学习的畏难情绪，学生普遍反映比单片机课程难度大。表1是实施团队学习前后的教学安排比较。团队学习的实施步骤主要包括以下几方面。

表1 团队学习前后的教学安排比较

3.1.1 团队课题

在第一次课堂教学时，公布课程的考核办法：选择一种最熟悉的数字信号处理算法在DSP开发板或实验箱上实现并比较分析算法应用前后的效果。当第一次实验教学结束后，团队成员提交课题题目。

3.1.2 团队组成

每个团队包括2名学生，自由组合。在课题研究过程中，团队成员相互协作；在课题考核阶段，一个学生负责算法原理介绍，另一个学生负责演示算法功能效果。

3.1.3 团队学习的过程控制

在提交研究课题后，每个团队还需要完成2次作业：一次是算法原理作业，安排在课堂教学讲授完DSP编译开发环境之后；另外一次是实现算法流程图，给出模块化代码，安排在课堂教学讲授完FIR滤波器之后，以便引导学生深入理解所研究的课题内容。20个学时的实验教学分:2个阶段：前3次实验课由任课教师带领学生在实验箱上完成DSP的定时器、外部中断、A/D采样和FIR滤波器设计等内容，后面2次实验课安排团队实现课题研究内容。课程结课后2周进行团队课题总体验收。

3.1.4 团队学习的考核

在该课程第一次课堂教学公布团队课题研究时，对团队课题的考核标准也做了详细说明，主要包括：(1)团队成员的分工；(2)研究课题不能与实验箱例程重复；(3)对团队完成情况只有相对评价，鼓励各团队尽善尽美。在最后的课题验收考核阶段，团队成员分别汇报规定的内容。

在该课程采用团队学习后，学生的学习积极性明显提高，出现了2种特别的现象。一是课程已经结束了，DSP实验室里仍然有不少学生在认真调试程序代码。二是学生研究的算法种类繁多，不再局限于数字滤波算法，还涉及加密算法、调制算法和边缘检测算法等，学生的综合实践创新能力明显提高。

3.2 在应用系统设计实习中的应用

应用系统设计实习安排在教学大纲的第六学期末，其主要目的是为了提高学生的综合创新能力，保障本科毕业设计的质量。在该实习中采用团队学习形式实施如下。

3.2.1 团队课题

每年的5月中旬，院系组织所有教师提交应用系统设计实习的课题。每个课题包含多个子课题。子课题基于相同的软硬件开发环境，同时在课题说明中，规定了每个子课题必须完成的研究内容。课题来源于团队教师承担的科研课题和教学研究课题。

3.2.2 团队组成

每个团队成员数量由课题中子课题的数量决定，每个成员承担1个子课题的研究任务。每个团队教师最多提供2个团队课题。

3.2.3 团队学习的实施

师生之间采用双向选择的形式。实习开始后，带队教师以团队形式向实验室申请场地。实习期间，带队教师负责团队的考勤和答疑。最后每个团队提交统一格式的实习报告。

3.2.4 团队学习的考核

主要由带队教师完成，考核内容主要包括课题规定的研究内容是否实现、实习期间的考勤情况以及实习报告的完成质量。

该实习没有采用少量任课教师带队、集中管理的模式，而是采用全体任课教师全员参与的形式。一方面，采用团队模式，每个团队采用相同的软硬件平台，只需要购买外围器件就可以实现研究内容，以有限的实习经费实现了综合性课题的研究，为后期的本科毕业设计奠定了良好基础；另一方面，团队研究课题来源于团队教师的科研项目，针对性强、综合性好且都是团队教师较熟悉的研究内容，有利于调动团队教师参与实习的热情。

4 总结与分析

培养学生的创新实践能力始终是高等院校人才培养的主要目标，工科专业尤其如此。本文着重阐述了在实验实践环节实施团队学习的原则和方法，并列举了2种不同的实验实践教学环境下的应用情况。尽管这些应用实例的实施过程非常相似，但也存在一些差异。

(1)课题内容的差异。在实验教学环节实施团队学习，课题紧扣课堂教学内容；在实践教学环节，课题则与教师研究方向相关。

(2)实施目标的差异。DSP技术与应用的团队学习是为了培养学生理论与实践相结合的能力，应用系统实习则是要求学生具备大课题下的团队协作意识。

总之，在实验实践教学环节实施团队学习不应拘泥于团队学习的形式，先要从问题入手，从现有的实验条件出发，有的放矢，合理安排，才能取得良好效果。