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摘 要：以《现场总线技术》课程为例，在高校工科课程中构建思维型课堂。通过 “认知冲突”、“社会建构” 和“应用迁移”等环节，将习得的PROFIBUS现场总线的应用方法迁移到其他类型总线上，达到触类旁通的目的。
关键词：思维型课堂 高校 工科 现场总線技术
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（b）-0198-02
该文以《现场总线技术》课程为例，探索高校工科思维型课堂。众所周知，“仪表”在生活和生产中随处在用。在仪表产生初期，人类需在它跟前观测或者控制，但有时仪表不容易接近（如在飞机内部）或现场比较危险。基于此，形成学生的“认知冲突”，然后顺理成章引入现场总线（PROFIBUS总线），强调使用“在现场的控制总线”即“现场总线”来实现仪表器件的监控，而把人从现场解放出来，如此完成学生的“社会建构”。最后通过“应用迁移”，将总线应用到各行各业，于是形成用在楼宇自控系统（电梯）上的LONWORKS总线，用在道路交通（汽车）上的CAN总线和用在低压开关设备上的DEVICENET总线等。
1 思维型课堂理论
林崇德等人研究了思维型课堂的基本教学原理[1]，并指出它包括引发认知冲突，完成社会建构和应用迁移等部分，如图1。该文结合现场总线课程，介绍思维型课堂的三个构成要素。
1.1 认知冲突
工科学生在学习新知识时，新的理论技术向学生提出的新要求和学生已有的认知水平或应用能力之间的矛盾，是学生习得新知的内部矛盾，这里称之为认知冲突。认知冲突可以是一个新的原理，一个新的结构甚至是原有知识在新场景下的一种变形。皮亚杰认为顺应或调节是解决认知冲突的一种有效方法，即个体遇到新的情境条件下，原有认知结构不能适应现实环境要求时，他只能改变已有的认知结构以符合现实环境的要求。通过顺应或调节，在解决矛盾中求发展，达到认识水平和应用能力的提高。
1.2 社会建构
学习是一个主动建构的过程。从工科教学的角度来讲，教师必须恰当地列举生产生活中的典型结构或应用，唤起学生已有的感性认识，运用演示或实验来加强学生对新事物的结构、原理和使用方法的认识，着眼于学生的“最近发展区”进行教学。
另外，社会文化环境影响着学生的思维发展和学习效果，课堂教学作为学生最基本的社会文化环境，其质量好坏直接影响学生的学习效果。笔者在现场总线技术的教学当中，着力通过课堂互动来提高学生的学习效果。一方面采用计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，简称CAI），通过制作Flash动画和采用“蓝箱”录制教学视频和学生进行互动，引发学生学习欲望。另一方面设计基于PROFIBUS总线的火灾报警装置，在课堂上现场演示。在传感器端用吹风机吹（温感）或点烟熏（烟感）使控制端报警，让学生从感官上构建起对现场总线的结构，原理和工作过程的认识。
1.3 应用迁移
应用知识来解决实际问题是教学的最终目的，但真实生产环境可能与课堂教学有较大差异，这就需要学生具备应用迁移的能力，具备发散思维能力和解决实际问题的胆量气魄，能自信、灵活地将所学方法应用渗透到相关工业生产中。笔者在现场总线的教学中，从头到尾详细介绍一种总线（PROFIBUS总线），当学生对PROFIBUS总线节点设计，系统搭建，编程过程非常清楚后，再要求他们用类比思维、迁移思维、发散思维进行应用迁移，学生能较容易地掌握CAN总线、DEVICENET总线和LONWORKS总线等。如果再加强同辈教育，构建学习小组，应用迁移的范围和深度会更加广泛和深刻。
2 构建思维型课堂：以《现场总线技术》课程为例
《现场总线技术》作为自动化专业的一门基础课，对其教学改革有很多研究。黑龙江大学的于浩洋等人提出在该课程的教学中，因总线涉及种类较多，为避免面面俱到，走马观花，选取PROFIBUS总线进行专门介绍 。为了更有效率地学习，该论文以目前广泛应用的PROFIBUS现场总线为例，由西门子工业控制网络作为切入点，探讨思维型课堂在《现场总线技术》课程中的应用。
该课程的学习目标是介绍现场总线通信的基础知识，通过西门子工业控制系统使学生掌握PROFIBUS通信系统和上位监控系统的建构方法，并通过类比，使学生明确其他诸如CAN总线、DEVICENET总线和LONWORKS总线等系统的建构思路。思维型课堂的实现主要有三大步骤。
3.1 认知冲突：学习现场总线概念
在学生的固有思维中，仪表的监控需要人在它跟前观测或控制，但事实上仪表常不容易接近（如在飞机内部）或现场比较危险，怎么办？这就是与学生固有观点相悖的“认知冲突”，由此引发学生学习兴趣，然后顺理成章引入现场总线（PROFIBUS总线），告知学生将总线留在现场，人在远端“观测室”进行监控。
3.2 社会建构：搭建PROFIBUS现场总线系统
这是思维型课堂的核心。首先教师讲解PROFIBUS通信原理和总线体系结构。将学生进行分组，带领他们动手搭建一个模拟工业企业环境的PROFIBUS通信系统并调试完成，初步完成学生对新技能的社会建构。
其次，结合已调试好的PROFIBUS通信系统，在构建好的现场总线系统基础上添加上位机，对系统中的数据进行实时监控。至此，充分完成学生的社会建构。
3.3 应用迁移：拓展到其他类型总线
在前面的基础上进行应用迁移，将已有的PROFIBUS现场总线的搭建方法应用到CAN总线、DEVICENET总线和LONWORKS总线等系统的建构和应用中，并在实践中总结它们的特点和优劣。
通过以上四个步骤，完成了《现场总线技术》思维性课堂设计，最后由任课教师对学生在现场总线系统搭建和应用中遇到的问题及解决方案进行总结，进一步巩固学生习得的技能。
4 结语
《现场总线技术》是自动化专业的一门专业课，当前自动控制领域离不开现场总线的参与。该文以《现场总线技术》课程为例，在自动化专业中构建以“应用型”为目的的“思维型课堂”，经教学实践检验，提高了学生思考问题的主动性和实际动手能力，收效良好。该研究为高等院校工科类课程的改革提供了新的思路。
参考文献
[1] 林崇德，胡卫平.思维型课堂教学的理论与实践[J].北京师范大学学报：社会科学版，2010（1）：29-36.
关键词：思维型课堂 高校 工科 现场总線技术
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（b）-0198-02
该文以《现场总线技术》课程为例，探索高校工科思维型课堂。众所周知，“仪表”在生活和生产中随处在用。在仪表产生初期，人类需在它跟前观测或者控制，但有时仪表不容易接近（如在飞机内部）或现场比较危险。基于此，形成学生的“认知冲突”，然后顺理成章引入现场总线（PROFIBUS总线），强调使用“在现场的控制总线”即“现场总线”来实现仪表器件的监控，而把人从现场解放出来，如此完成学生的“社会建构”。最后通过“应用迁移”，将总线应用到各行各业，于是形成用在楼宇自控系统（电梯）上的LONWORKS总线，用在道路交通（汽车）上的CAN总线和用在低压开关设备上的DEVICENET总线等。
1 思维型课堂理论
林崇德等人研究了思维型课堂的基本教学原理[1]，并指出它包括引发认知冲突，完成社会建构和应用迁移等部分，如图1。该文结合现场总线课程，介绍思维型课堂的三个构成要素。
1.1 认知冲突
工科学生在学习新知识时，新的理论技术向学生提出的新要求和学生已有的认知水平或应用能力之间的矛盾，是学生习得新知的内部矛盾，这里称之为认知冲突。认知冲突可以是一个新的原理，一个新的结构甚至是原有知识在新场景下的一种变形。皮亚杰认为顺应或调节是解决认知冲突的一种有效方法，即个体遇到新的情境条件下，原有认知结构不能适应现实环境要求时，他只能改变已有的认知结构以符合现实环境的要求。通过顺应或调节，在解决矛盾中求发展，达到认识水平和应用能力的提高。
1.2 社会建构
学习是一个主动建构的过程。从工科教学的角度来讲，教师必须恰当地列举生产生活中的典型结构或应用，唤起学生已有的感性认识，运用演示或实验来加强学生对新事物的结构、原理和使用方法的认识，着眼于学生的“最近发展区”进行教学。
另外，社会文化环境影响着学生的思维发展和学习效果，课堂教学作为学生最基本的社会文化环境，其质量好坏直接影响学生的学习效果。笔者在现场总线技术的教学当中，着力通过课堂互动来提高学生的学习效果。一方面采用计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，简称CAI），通过制作Flash动画和采用“蓝箱”录制教学视频和学生进行互动，引发学生学习欲望。另一方面设计基于PROFIBUS总线的火灾报警装置，在课堂上现场演示。在传感器端用吹风机吹（温感）或点烟熏（烟感）使控制端报警，让学生从感官上构建起对现场总线的结构，原理和工作过程的认识。
1.3 应用迁移
应用知识来解决实际问题是教学的最终目的，但真实生产环境可能与课堂教学有较大差异，这就需要学生具备应用迁移的能力，具备发散思维能力和解决实际问题的胆量气魄，能自信、灵活地将所学方法应用渗透到相关工业生产中。笔者在现场总线的教学中，从头到尾详细介绍一种总线（PROFIBUS总线），当学生对PROFIBUS总线节点设计，系统搭建，编程过程非常清楚后，再要求他们用类比思维、迁移思维、发散思维进行应用迁移，学生能较容易地掌握CAN总线、DEVICENET总线和LONWORKS总线等。如果再加强同辈教育，构建学习小组，应用迁移的范围和深度会更加广泛和深刻。
2 构建思维型课堂：以《现场总线技术》课程为例
《现场总线技术》作为自动化专业的一门基础课，对其教学改革有很多研究。黑龙江大学的于浩洋等人提出在该课程的教学中，因总线涉及种类较多，为避免面面俱到，走马观花，选取PROFIBUS总线进行专门介绍 。为了更有效率地学习，该论文以目前广泛应用的PROFIBUS现场总线为例，由西门子工业控制网络作为切入点，探讨思维型课堂在《现场总线技术》课程中的应用。
该课程的学习目标是介绍现场总线通信的基础知识，通过西门子工业控制系统使学生掌握PROFIBUS通信系统和上位监控系统的建构方法，并通过类比，使学生明确其他诸如CAN总线、DEVICENET总线和LONWORKS总线等系统的建构思路。思维型课堂的实现主要有三大步骤。
3.1 认知冲突：学习现场总线概念
在学生的固有思维中，仪表的监控需要人在它跟前观测或控制，但事实上仪表常不容易接近（如在飞机内部）或现场比较危险，怎么办？这就是与学生固有观点相悖的“认知冲突”，由此引发学生学习兴趣，然后顺理成章引入现场总线（PROFIBUS总线），告知学生将总线留在现场，人在远端“观测室”进行监控。
3.2 社会建构：搭建PROFIBUS现场总线系统
这是思维型课堂的核心。首先教师讲解PROFIBUS通信原理和总线体系结构。将学生进行分组，带领他们动手搭建一个模拟工业企业环境的PROFIBUS通信系统并调试完成，初步完成学生对新技能的社会建构。
其次，结合已调试好的PROFIBUS通信系统，在构建好的现场总线系统基础上添加上位机，对系统中的数据进行实时监控。至此，充分完成学生的社会建构。
3.3 应用迁移：拓展到其他类型总线
在前面的基础上进行应用迁移，将已有的PROFIBUS现场总线的搭建方法应用到CAN总线、DEVICENET总线和LONWORKS总线等系统的建构和应用中，并在实践中总结它们的特点和优劣。
通过以上四个步骤，完成了《现场总线技术》思维性课堂设计，最后由任课教师对学生在现场总线系统搭建和应用中遇到的问题及解决方案进行总结，进一步巩固学生习得的技能。
4 结语
《现场总线技术》是自动化专业的一门专业课，当前自动控制领域离不开现场总线的参与。该文以《现场总线技术》课程为例，在自动化专业中构建以“应用型”为目的的“思维型课堂”，经教学实践检验，提高了学生思考问题的主动性和实际动手能力，收效良好。该研究为高等院校工科类课程的改革提供了新的思路。
参考文献
[1] 林崇德，胡卫平.思维型课堂教学的理论与实践[J].北京师范大学学报：社会科学版，2010（1）：29-36.