高職數(shù)控專業(yè)思維可視化教學(xué)模式創(chuàng)新應(yīng)用研究?jī)?yōu)秀獲獎(jiǎng)科研論文

摘要：思維可視化是一種有效的創(chuàng)新思維訓(xùn)練方法，強(qiáng)調(diào)思考方法和路徑的顯性表達(dá)。為進(jìn)一步促進(jìn)現(xiàn)代教育技術(shù)在高職教學(xué)中推廣、應(yīng)用，本文探討了將思維可視化技術(shù)運(yùn)用于高職數(shù)控專業(yè)學(xué)生入學(xué)教育、課程教學(xué)、教學(xué)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的有效途徑。采用課程地圖規(guī)劃課程體系，幫助學(xué)生明確專業(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo);通過(guò)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖串接課程知識(shí)點(diǎn)，點(diǎn)線貫穿理清課程邏輯;利用因果圖追根溯源，訓(xùn)練學(xué)生活用知識(shí)解決問(wèn)題的能力;貫穿思維活動(dòng)，使用MG動(dòng)畫(huà)技術(shù)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。結(jié)果表明，思維可視化技術(shù)的運(yùn)用有效提高了學(xué)生對(duì)專業(yè)課程體系及課程內(nèi)容的理解、掌握程度。

關(guān)鍵詞：思維可視化;教學(xué)模式;創(chuàng)新應(yīng)用

思維可視化（ThinkingVisualization）是采用圖示技術(shù)將思維結(jié)構(gòu)、思考路徑及方法進(jìn)行顯性表達(dá)的過(guò)程。思維可視化強(qiáng)調(diào)直觀進(jìn)行思維信息傳遞及加工，堅(jiān)持“思維發(fā)展重于知識(shí)獲取”和“策略生成重于問(wèn)題解決”的基本原則，將思維可視化運(yùn)用到學(xué)科教學(xué)中，可以實(shí)現(xiàn)零散知識(shí)系統(tǒng)化、隱性思維顯性化、解題規(guī)律模型化。思維可視化在實(shí)際教學(xué)中的運(yùn)用是靈活、開(kāi)放的，思維可視化工具的運(yùn)用能有效對(duì)思維進(jìn)行訓(xùn)練，利于實(shí)現(xiàn)思維突破。思維可視化在未來(lái)課堂教學(xué)中具有獨(dú)特、顯著地位，是未來(lái)課堂教學(xué)資源所具有的一種重要功能特征，基于思維可視化教與學(xué)策略設(shè)計(jì)是發(fā)揮未來(lái)課堂功能優(yōu)勢(shì)的有效途徑。依據(jù)思維可視化的原則和方法，本文采用思維可視化技術(shù)在高職數(shù)控專業(yè)入學(xué)專業(yè)教育、課程知識(shí)講授、課程的教學(xué)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中對(duì)專業(yè)教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用，取得良好的教學(xué)效果。

一、采用課程地圖規(guī)劃課程體系，幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)

課程知識(shí)地圖能很好地呈現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)，彌補(bǔ)當(dāng)今高職教學(xué)中存在的有效知識(shí)片面割裂的不足。為幫助新生盡早融入大學(xué)生活、及早進(jìn)入專業(yè)學(xué)習(xí)狀態(tài)，本校對(duì)新入學(xué)新生安排了專業(yè)教育，主要介紹專業(yè)就業(yè)方向、前景，及師資、課程及其學(xué)習(xí)方法等。其中，對(duì)專業(yè)課程體系介紹采用課程地圖，使學(xué)生能對(duì)三年大學(xué)所學(xué)課程性質(zhì)、教學(xué)安排、相互關(guān)聯(lián)性有全面的了解。

進(jìn)行專業(yè)教育時(shí)，將課程地圖按教學(xué)周期層層展開(kāi)。高職數(shù)控專業(yè)主要培養(yǎng)從事數(shù)控加工工藝編制、產(chǎn)品CAD/CAM設(shè)計(jì)、數(shù)控設(shè)備的操作、維護(hù)，以及機(jī)械零件的生產(chǎn)、檢測(cè)、質(zhì)保、銷(xiāo)售等產(chǎn)品鏈上各環(huán)節(jié)所需高層次技能型人才。本校根據(jù)高職工科類學(xué)生未來(lái)崗位能力及職業(yè)遷徙的需求，提出“新四類”課程體系，即職業(yè)素質(zhì)課程、專業(yè)知識(shí)課程、崗位能力課程和個(gè)性拓展課程。課程地圖通過(guò)不同圖標(biāo)標(biāo)示了該四類課程?！靶滤念悺闭n程中的實(shí)踐課程，主要訓(xùn)練學(xué)生實(shí)踐技能，培養(yǎng)其未來(lái)崗位能力，一般以集中課程體現(xiàn)。另外，將培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力的關(guān)鍵課程歸為核心課程，它是專業(yè)課程建設(shè)的首選目標(biāo)。集中課程和核心課程分別用圖例、圖標(biāo)進(jìn)行標(biāo)示。對(duì)跨學(xué)期持續(xù)進(jìn)行的《大學(xué)英語(yǔ)》《高等數(shù)學(xué)》《體育》等職業(yè)素質(zhì)課程用關(guān)系線進(jìn)行連接，使學(xué)生知曉該類課程持續(xù)性特點(diǎn)，以及對(duì)自己的素質(zhì)能力培養(yǎng)的重要性。

課程地圖以系統(tǒng)、直觀的圖示方法展示課程教學(xué)順序及相互間的邏輯關(guān)系，步步為營(yíng)、環(huán)環(huán)緊扣、層層推進(jìn)，以便于學(xué)生對(duì)大學(xué)階段所學(xué)課程及能力培養(yǎng)要求有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、及早規(guī)劃未來(lái)職業(yè)路徑。課程師資團(tuán)隊(duì)采用課程地圖則能在整體上對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)進(jìn)度銜接方面進(jìn)行思考和優(yōu)化。

二、通過(guò)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖串接課程知識(shí)點(diǎn)，理清課程邏輯

學(xué)習(xí)者構(gòu)造一個(gè)清晰的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，有利于直覺(jué)思維的形成，促進(jìn)知識(shí)的遷移。在專業(yè)課程信息化資源建設(shè)過(guò)程中，采用知識(shí)結(jié)構(gòu)圖架構(gòu)課程知識(shí)點(diǎn)，在課程講授時(shí)則對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)一步展開(kāi)，通過(guò)思維發(fā)散，幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)及技能理解和掌握。通過(guò)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖串接課程知識(shí)點(diǎn)，開(kāi)宗明義地對(duì)本門(mén)課程的主要內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行介紹，使學(xué)生首先對(duì)課程有整體認(rèn)識(shí)、把握，啟迪其進(jìn)行自主知識(shí)探究。

單元授課時(shí)將知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)一步擴(kuò)展為單元知識(shí)結(jié)構(gòu)圖（圖1）。在專業(yè)課《數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)》教學(xué)中，在講授數(shù)控機(jī)床知識(shí)要點(diǎn)時(shí)，以數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、加工中心、數(shù)控特種加工機(jī)床四種典型數(shù)控機(jī)床為點(diǎn)，按照機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)、組成結(jié)構(gòu)、工作原理三條主線進(jìn)行思維發(fā)散、對(duì)知識(shí)深度探究。為強(qiáng)化效果，結(jié)合學(xué)校實(shí)訓(xùn)中心、實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床，通過(guò)講授、動(dòng)畫(huà)演示、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段，理實(shí)結(jié)合，深入講解、分析機(jī)床結(jié)構(gòu)、功能原理及特點(diǎn)。

三、利用因果圖訓(xùn)練學(xué)

生活用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力實(shí)踐證明，頭腦風(fēng)暴是一種群策群力，發(fā)揮集體智慧來(lái)解決綜合性技術(shù)難題的有效途徑。頭腦風(fēng)暴有利于課題小組成員之間暢所欲言、廣開(kāi)思路，實(shí)現(xiàn)靈感的激發(fā)，針對(duì)問(wèn)題原因發(fā)表獨(dú)立見(jiàn)解，其分析結(jié)果可采用因果圖這種思維可視化工具顯性表達(dá)。在專業(yè)課程教學(xué)中，將因果圖運(yùn)用于機(jī)加零件質(zhì)量、機(jī)床故障等問(wèn)題的分析、處理，有效訓(xùn)練了學(xué)生活用知識(shí)，解決問(wèn)題的能力。在草繪因果圖時(shí)通常采用方框、直線、曲線來(lái)表達(dá)因果關(guān)系及相互關(guān)聯(lián)性，取其質(zhì)而忽其形;成果發(fā)布時(shí)則用MindMaster等軟件繪制，并通過(guò)整理、完善，使其更加美觀、規(guī)范，易于交流。教學(xué)中進(jìn)行這種貼近企業(yè)實(shí)際操作的思維可視化訓(xùn)練，能使學(xué)生較早介入、掌握有效處理實(shí)際工程問(wèn)題的分析技巧、解決方法，培養(yǎng)與企業(yè)崗位無(wú)縫對(duì)接的技能型人才。

在教學(xué)實(shí)施中，先通過(guò)案例介紹、學(xué)生自學(xué)的方式使學(xué)生掌握因果圖的功能和畫(huà)法，再提出問(wèn)題要求學(xué)生用因果圖來(lái)分析原因，手繪并整理成圖。由于學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)的深度、廣度有限，且缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，實(shí)踐中學(xué)生常出現(xiàn)的主要問(wèn)題有：因果圖中主分支少，細(xì)分支的數(shù)量也不夠多;各要因之間邏輯不強(qiáng)，歸類不合理;各要素之間相關(guān)性不清，沒(méi)有在圖中有效關(guān)聯(lián)。針對(duì)學(xué)生所繪因果圖中存在問(wèn)題，先通過(guò)學(xué)生間互評(píng)，教師再點(diǎn)評(píng)、答疑，使學(xué)生對(duì)因果圖在實(shí)踐中處理問(wèn)題的全套流程、方法及最終效果等有深入的理解和掌握。同時(shí)，學(xué)生通過(guò)“獨(dú)立思考”“思維共振”，有效的進(jìn)行知識(shí)歸類、整理，形成系統(tǒng)的學(xué)科知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。該類訓(xùn)練還能提升學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，促成“列要素——理關(guān)系——建結(jié)構(gòu)——通實(shí)踐”這一重要學(xué)習(xí)策略。

四、利用動(dòng)畫(huà)技術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，訓(xùn)練學(xué)生工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力

動(dòng)漫畫(huà)課件以及傳統(tǒng)教學(xué)視頻嚴(yán)格上講不屬于思維可視化教學(xué)模式，因?yàn)樗鼈兌紱](méi)有呈現(xiàn)思考過(guò)程。在實(shí)踐中，MG（MotionGraphic，圖形動(dòng)畫(huà)）技術(shù)具有生動(dòng)、形象的特點(diǎn)，能很好吸引學(xué)生的注意力，將思維活動(dòng)貫穿其中也能促進(jìn)思考，起到較好的學(xué)習(xí)效果。因此，在一些“枯燥、乏味”的基礎(chǔ)原理教學(xué)中，嘗試采用MG動(dòng)畫(huà)形式制作微課，通過(guò)設(shè)問(wèn)引思、追問(wèn)啟思，實(shí)現(xiàn)思維共振，使學(xué)生對(duì)所授內(nèi)容正確理解和掌握。鑒于背景、卡通形象會(huì)分散學(xué)生的注意力，在微課中弱化背景和人物圖像的設(shè)計(jì)，采用簡(jiǎn)單的素白背景，以啟發(fā)性的問(wèn)答式對(duì)話展開(kāi)情節(jié)。另外，在實(shí)踐中還充分利用三維動(dòng)畫(huà)的可視化特征，訓(xùn)練學(xué)生工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

在講授數(shù)控機(jī)床機(jī)械手驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理時(shí)，將教材中原有的二維結(jié)構(gòu)原理圖進(jìn)行三維轉(zhuǎn)化（圖2），強(qiáng)化其可視化效果，并節(jié)取其中一個(gè)關(guān)鍵部件-傳動(dòng)盤(pán)的功能介紹制作成MG動(dòng)畫(huà)微課。在微課中通過(guò)進(jìn)行一系列的思維活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生從部件空間位置、功能關(guān)系層面進(jìn)行聯(lián)想，推敲、分析實(shí)現(xiàn)不同的驅(qū)動(dòng)動(dòng)作。在組織學(xué)生進(jìn)行“等雙軸拉伸試驗(yàn)臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)”研究性學(xué)習(xí)小組活動(dòng)中，小組成員通過(guò)頭腦風(fēng)暴，在頭腦中先構(gòu)建出優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)藍(lán)圖，再利用專業(yè)知識(shí)分工制作三維仿真動(dòng)畫(huà)，經(jīng)過(guò)形象思維和仿真動(dòng)畫(huà)發(fā)生碰撞、交融，快速發(fā)現(xiàn)不足、彌補(bǔ)缺陷，最終達(dá)到較滿意的設(shè)計(jì)效果（圖3）。

結(jié)語(yǔ)

采用思維可視化技術(shù)進(jìn)行專業(yè)教學(xué)形象、生動(dòng)，有趣味、有內(nèi)涵，受教學(xué)生由開(kāi)始的生疏、別扭、不適應(yīng)到新奇，并逐漸接受、喜歡?；谒季S可視化教學(xué)模式需結(jié)合學(xué)情、課程特點(diǎn)，將思維可視化方法與具體教學(xué)內(nèi)容結(jié)合起來(lái)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。只有熟悉專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)及課程體系才能制定合適的教學(xué)計(jì)劃、繪制合理的課程地圖;深知專業(yè)課程的知識(shí)內(nèi)涵、能力培養(yǎng)要求，才能編制循序漸進(jìn)、層次清晰的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，適度把握收放節(jié)點(diǎn)，幫助學(xué)生理清關(guān)系;扎實(shí)的理論知識(shí)，加之豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)才能引導(dǎo)學(xué)生繪出有效的因果圖，列出針對(duì)性的影響因素，從而采取切實(shí)有效措施;制作MG動(dòng)畫(huà)要求對(duì)相關(guān)工作原理有通透的理解，并具有一定的想象力。另外，高職學(xué)生經(jīng)