机械类专业课程内容分类及其对应教学方法

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  摘要:针对当前机械类专业课堂教学现状,在分析目前高校课堂教学方法存在的问题及成因的基础上,把机械类专业知识技能按性质与特征分为三种类型,并以典型机械类主干技术基础课程为例,对每一类知识技能课程的课堂教学方法给予原则指导与建议。
  关键词:机械类专业;课程内容分类;教学方法
  经过几十年探索与改革,目前我国高校机械类专业人才培养方案形成了加强基础、拓宽专业、增强适应性、强化素质教育、注重能力培养、注重工程实践教学、鼓励培养模式多样化等几方面的特色。但无论社会经济发展给高等教育人才培养模式带来何种变迁,提升教育教学质量一直是高等教育的永恒主题。我们认为:课程质量是教育教学质量的决定性因素,因此有效的大学教育教学改革必须紧紧抓住课程这一重要环节。从教师角度讲,优化课程内容、进行教学方法深入改革是提高课程教学质量的重要途径。
  一、机械类专业课程教学方法存在的问题及成因分析
  进入21世纪以来,对国内高等教育质量滑坡的批评声音不绝于耳。究其原因,无外乎认为高校扩招之后,教学资源被稀释,师生比加大,导致教学质量下降,但这一说法很难站得住脚。现在的办学条件,从纵向看,无论是教师学历层次、教学仪器设备和教学手段等要素,都是过去高校无法相比的;从横向看,近年来随着国家对高等教育的大力投入,许多高校的硬件条件也并不逊色于国外许多著名大学。我们分析认为,当前大学教师的责任意识、奉献意识缺乏,在教学方面的投入严重不足,特别是对教学方法的研究与改进不够,是造成课程教学质量下降的重要根源。
  多年来,高校课堂教学方法以讲授法、灌输式为主的局面始终没有大的改观。20世纪50年代初期,学习前苏联学科教育中公共课、专业基础课、专业课三段型高教课程体系模式,为新中国培养了大批急需的基础工业建设人才;进入20世纪80年代,以改革开放经济建设为中心的国策,使得原本单纯为计划经济体制服务的格局逐渐淘汰,过去高校“螺丝钉式”人才培养模式,虽然已不适应多元就业的新局面要求,但教学目标、教学方法仍未进行大的跟进与调整,更多地在课程设置上转向宽口径、厚基础;进入21世纪以来,由于受市场经济的影响,许多高校突出服务社会行业、突出科学研究功能,高校课堂教学一直处于“说起来重要,做起来不要”的尴尬处境,许多教师把主要精力放到自身学历提高、科研项目以及有偿社会服务上,一心向学、深入研究教学的教师越来越少。2009年5月,第四届大学机械类课程报告论坛在南京举行,来自全国230多所高校的620余名教师参会。该论坛主题为“机械类课程教学方法的改革与创新”,表明教学方法的改革已经成为一致呼声。从另一个方面看,这也恰恰反映出我国机械课程教学改革中,课堂教学方法改革现状确实难以令人满意。国内高校不重视教学方法改革的原因是多方面的、综合的,需要全面治理与推进。
  首先,高校认识不到位,重视不够。教育主管部门曾于2005年倡导开展高校教学方法大改革,但客观说,得到的响应并不普遍,各高校管理者与广大教师的积极回应也不够。这一点从历届国家高等教育教学成果奖名单以及每年各高等教育研究重要期刊上发表有关教学方法研究成果数量上,可以得到印证。在教师方面,高校教师受教学任务、科研项目、职称评定、业绩考核等压力影响,绝大多数投入教学改革的精力有限。由于高校规模迅速扩大等因素,许多青年教师自硕士、博士毕业后直接上讲台,几乎没有经过比较专门系统的教学方法训练,多数高校也没有这方面要求;个别“热门”专业,由于生师比过大,学校能把课程安排下去已经很难了,根本做不到高水平、高质量教师的充分配备。在学生方面,十几年灌输式教学方法已习惯成自然,对上课听讲、记笔记、课后作业、考试拿学分的一贯模式已适应;相反,对采用一些让学生参与的新方法反而并不习惯,也没有多大的参与兴趣。事实上,就是这样一些原因,很多课堂教学方法改革,因得不到学生积极响应与配合而难以为继。
  其次,教学引导评价管理机制不配套也是课堂教学方法改革的阻碍因素之一。任何改革都是有成本和代价的,课堂教学方法改革推进同样如此。一些有经验、有想法、有兴趣的教师,花费大量时间与精力进行教法改革,但在学校考核、评职、推优等制度设计中均未有体现与鼓励,加之学生方面的不习惯、不配合,所以“费力不讨好”的命运往往是许多高校从事教法改革者的真实写照。因此课堂教学方法改革,看似是教师主体的行为,实际上能否顺利展开,关系到思想观念、制度引导、学生参与等各个环节,单纯依靠教师的兴趣和实施,也是难以长久的。
  在教学方法理论研究与实践结合方面,大多数高校的教学方法改革存在不深入、无实效、难持久的现象。学校的教研立项中,缺乏有针对性的校本研究,许多教师多半着眼于评职需求上,研究的选题并不是完全来自于教学中的问题,因此也难以把所研究的成果应用到课程教学实践中;与此同时,对一些教师自发的教学改革项目,甚至还会受到来自教学管理部门的阻拦与质疑,这也是许多高校课堂教学质量难以深入持续提高的重要因素。
  二、机械类专业技术基础课程内容分类与教学方法衔接分析
  当前国际上把教育模式大致分成三类,即兴趣驱动模式、压力驱动模式、利益驱动模式。我国大学教育普遍存在三个基本问题,一是大学与中学教学差别不大;二是各大学之间差别不大;三是中外大学差别巨大,但又无法照搬。
  一般认为,工科专业技术基础课程体系比较完整,重点在于知识传授,因而可以采用讲授为主的方法,灌输式教学方法缺陷尚不能充分体现出来。传统单一的灌输式教学理念认为,课堂上没讲的内容,学生就不会。因此,在设计教学计划时,几乎把所有与本专业相关的技术都作为专业课开设齐全,且每门专业课几乎都要配几个实验,有的还要有课程设计,要求教材必须与讲义的知识模块顺序一致。
  灌输式教学方法的典型特征是:只告诉学生某种技术的现状,罗列出技术和设备,对其特点、适用条件进行逐条概念化介绍。此方法貌似条理清晰,却缺乏深入分析,教学重点往往仅放在如何做细致的设计,校核计算,很少涉及对解决问题技术方案的方向性判断。学生往往是被动接受者,只是增加了一些专业知识,而且只能靠死记硬背来记住这些信息以应付考试,这往往导致只见树木,难见森林,许多内容考完便忘,剩下的只是些支离破碎的知识点,对能力培养作用十分有限。   灌输式教学方法依然大行其道于高校各类课程之上,这与两种错误认识观念不无关系。一是认为,大众化背景下,生源质量下降,讲少了不行,甚至认为地方二本三本院校学生只适用于灌输式教法。但实际情况往往是,这种重复繁琐脱离实际的讲授,基础较好的学生尚可忍受,基础较差的学生就听不进、坐不住了。二是认为,如果教师课堂讲少了,学生学到的知识就更少了。这种情况更是不必担心,试想一下,现代社会知识与技术的更新日新月异,仅靠课堂讲授与课本教材肯定不够。事实上,讲多讲少并非关键,关键是讲什么,如果让一些细枝末节淹没了讲授的重点,反而不如精讲、讲精、讲清更有效。
  因此,总体上说,机械类专业课堂教学方法必须改革,改变单一灌输式方法为针对不同课程内容性质的多元教学方法组合。
  世界经合组织(OECD)将知识分为四类:知道是什么的知识,即事实性知识;知道为什么的知识,即原理性知识;知道怎么去做的知识,即技能型知识;知道该找谁的知识,即人及特定社会关系方面的知识。前两种知识是可以表述的显性知识,而后两种是难以表述的隐性知识。研究表明,人类全部知识90%以上是隐性知识,显性知识还不到10%。高中以前课程知识大多属于显性知识,靠记忆为主的学习方法。而进入大学学习,课程知识大多为隐性知识,理论性课程一般以掌握基本知识、基本原理、基本概念和基本方法为主,实践性课程则要掌握各种技能、培养解决实际问题的能力。隐性知识是难以全部用文字形式表达的,但对以工程技术人才培养为目标的工程教育而言是更为重要的知识。
  根据以上分析,我们以机械类专业技术基础课为例,根据知识、能力、素质培养目标不同,把机械课程知识领域分为以下三种基本类型。
  1.以记忆性为主的知识,属于“是什么”型的知识。比如:一些定义、概念、定理、公式、法则、准则等。对这类知识点,在机械类专业技术基础课中占的比例并不小,且都是一些重点讲授内容,对学生深入学习理解后续知识点至关重要。通常这些知识点也是难点,一般涉及专业术语、逻辑关系、内涵分析等诸多信息。许多教师在讲授基本概念、定义类知识点时,往往总是仅做简单的板书或叙述一遍,抑或是直接用PPT给出,不加深解。对基本概念、定义进行深度分析、讲解的教师不多,一方面由于多数教师认为浪费时间,没有更多更好的解释,学生自己背下来记住就行了;更多的是教师自己对一些概念的学科背景、工程意义知之不多、不深,难以做出更精彩的讲述。对这类教学内容,宜采用联想记忆、兴趣引导等教学方法。比如讲解“工程图学”画法几何部分,如果老师对法国几何学家蒙日有所介绍,那么学生学习兴趣就会大大增加。
  对于抽象、专业化术语定义的讲授方法,宜把握两条基本原则:
  (1)通俗化原则。能把抽象、复杂的术语定义,以通俗、形象方式表达出来,无疑是一种好的教学方法。比如“机械原理”中“摩擦副”的概念,如果按专业定义讲解学生可能理解记忆不深,但如果老师说,所谓“副”就是“一对”,或者“两个构件”,就能形象地道出它的本质。
  (2)简易化原则。越是简单的就越是经典的,越是美的,越是容易被人接受的。比如讲解“工程材料”金属位错概念时,取一枚铁钉,弄弯后再矫直就会发现,把铁钉弄弯很容易,再矫直就很难,从中说明把钉子弄弯时,金属的变形导致金属材料的实际晶体结构发生变化,即为位错,而且变形导致位错的增加使其强度增大。之后再把钉子弄弯矫直,反复几次,直至钉子折断,然后分析因为位错数量过多,而且分布不均匀,因而使很多位错汇集到一起,形成裂纹。通过采用简易化原则可以把学生较难理解的抽象内容变成形象、具体、易掌握的知识。
  2.以理解性为主的知识,属于“为什么”型的知识。如原理、规律、过程等知识点往往是对象在特定条件下,对发生的事物、现象、过程的理解。演示法、模拟法通常比较适用于此类知识的讲授。比如麻省理工学院网站上,曾演示过其校一名教授在讲授“工程力学”中“贝努利方程”的推导过程,这位教授一边在黑板左侧进行数学推导,另一边同步在黑板右侧用固定在黑板上的弹性橡皮筋上演示施力后的变形情况,每一步理论推导结论都与实验变形曲线相符,整个课堂教学效果令学生极为深刻。
  针对这类知识内容讲授,我们建议把握如下两个原则:
  (1)可视化原则。心理学试验表明,人们通过影像、图片等接受信息的效果远比语言文字更好。“7%听+8%文字+55%表情或图像=信息的全部表达”,这是一位心理学家提出的公式。因此,机械类专业教师在备课环节,针对不同知识点的性质进行分析后,尽量借助音频和视频展演相应原理与规律特征,定会取得优异的教学效果。
  (2)动态化原则。动态化的含义,也可以理解为过程化、整体化,即通过动画、软件等演示复杂机械装置及内部结构或其运动过程等,使其具有直观性、立体性、形象性和连续性等特点。这样,借助于教师的讲解,即可取得事半功倍的效果。
  例如讲授“机械原理”中的“机械的运转及其速度波动的调节”时,首先演示内燃机工作过程动画,伴随讲解曲柄滑块机构中,当以滑块为原动件时,曲柄输出转速不同;另外解释气体膨胀做功,加快了曲柄输出转速的变化,这样就会在机构中引起周期性速度波动,产生附加动载荷等危害,然后提问“有没有减少这种速度波动的方法呢?”在这个背景下,讲解飞轮调节周期性速度波动的原理,就会使学生对这个问题有一个清晰的工程应用背景。
  3.以动手操作为主要特征的知识,属于“如何做”型的技能知识。仿真演示法、情景模拟法、动作示范法等是这类知识应主要采用的教学方法和手段。比如,金工实习环节,要求学生在实践教师进行基本安全知识、操作要领、具体加工目标等讲授和示范后,经过3~4周的传统机床上独立进行车、铣、刨、磨等工艺操作训练,基本达到独立操作各类机床进行初步加工各类工件的基本能力;在数控机床或者加工中心,通过前续数控原理知识和编程知识的学习,针对课程能力教学目标,在实践教师的示范与指导下,独立完成对机床的编程操作,完成对机械零部件加工任务;还有制图综合测绘环节,需要学生独立掌握测绘零部件的基本原理和操作规程,等等。
  针对这类技能知识内容讲授,我们建议把握如下两个原则:
  (1)示范性原则。主要是针对实践指导教师而言的,所有的操作型技能知识都要在具有丰富实践经验指导教师的示范后开始的,指导教师在实践动作原理、示范要领、注意事项、操作技巧等环节的示范作用十分重要,对学生快速有效掌握操作工艺过程具有“画龙点睛”作用。
  (2)重复性原则。主要是针对学生而言的。人类生产和生活实践表明,所有动作性技能习得,起始阶段几乎都要靠反复模仿练习,才能逐步达到心脑手协调配合,得心应手甚至“出神入化”的境界。机械工程学科的技能型训练比较多,在一些课程设计、毕业设计、操作性实验等环节都有培训。这一环节的技能,主要应依靠学生自己的理解领会、模仿、练习和坚持不懈,才能学好学精。俗话说,熟能生巧,这个原则除了有利于通过反复实践获得娴熟的技能之外,更重要的在于通过这个技能习得过程,培养学生的职业品质、吃苦耐劳的意志、一丝不苟的精神。
  总体而言,教师应根据不同教学内容,采取不同的教学方法与原则。但具体到每个人、每节课,依然是教学有法,但教无定法。一堂高质量的课程,需要教师的综合素质、较强的专业能力和学生的积极呼应与配合,需要方方面面的条件支撑。
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