基于成果導(dǎo)向教育理念的工廠物理學(xué)教學(xué)改革*

□ 周炳海

同濟大學(xué) 機械與能源工程學(xué)院 上海 201804

1 研究背景

工廠物理學(xué)是一門工業(yè)工程研究生的專業(yè)課,主要培養(yǎng)研究生運用工廠物理學(xué)方法解決工廠生產(chǎn)活動中遇到的工業(yè)工程問題的能力。課程采用全英文教學(xué),旨在拓展研究生的國際化視野,提高研究生的國際化溝通能力和創(chuàng)新能力[1-2]。以成果導(dǎo)向教育理念為核心,應(yīng)用行動導(dǎo)向教學(xué)法,引領(lǐng)學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標,自主獲取新知,可以取得較好的學(xué)習(xí)效果。由此,基于成果導(dǎo)向教育理念的課程教學(xué)方法越來越得到高校的重視和肯定。筆者在分析成果導(dǎo)向教育理念教學(xué)模式的基礎(chǔ)上,對如何采用有效的教學(xué)方法使學(xué)生真正達到教學(xué)大綱中要求的培養(yǎng)目標進行研究。

2 成果導(dǎo)向教育理念

成果導(dǎo)向教育首先由Spady提出,是追求卓越教育的核心,《華盛頓協(xié)議》全面接受了成果導(dǎo)向教育理念。成果導(dǎo)向教育理念倡導(dǎo)所有人都可以成功,以學(xué)生為中心,以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向進行教學(xué),重視學(xué)生的個性發(fā)展,擴展成功學(xué)習(xí)的機會,強調(diào)學(xué)生個人的進步表現(xiàn)和學(xué)業(yè)成就,關(guān)注學(xué)生的全面發(fā)展[3-4]。成果導(dǎo)向教育理念提倡的是一種逆向教學(xué)設(shè)計模式,教師首先制訂教學(xué)應(yīng)達到的成果與目標,然后反向研究教學(xué)方法,選擇相應(yīng)的教學(xué)課本,并設(shè)計、實施能夠幫助學(xué)生進行能力提升的課程教育模式[5-6]。

3 工廠物理學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

工廠物理學(xué)課程核心內(nèi)容由工廠物理學(xué)基本概念與方法、準時制革新、工廠動力學(xué)、變動性原理、變動性腐蝕作用、推拉式生產(chǎn)原理、車間調(diào)度與控制原理、產(chǎn)能管理組成。針對上述教學(xué)內(nèi)容,目前工廠物理學(xué)的教學(xué)目標、方式、手段、評價等存在不足之處。首先,以往課程教學(xué)目標僅僅籠統(tǒng)描述了要求學(xué)生掌握的知識點,而沒有細分到《華盛頓協(xié)議》中的具體內(nèi)容。其次,由于工廠物理學(xué)采用全英語教學(xué),有較多的英語專業(yè)詞匯和一些不常用單詞,教師關(guān)注課程中英語專業(yè)詞匯的發(fā)音和釋義,但沒有很好地應(yīng)用啟發(fā)式教學(xué)，而是采用填鴨式授課方式,學(xué)生僅僅被動接受課程內(nèi)容,參與度低,學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性受到限制。再次,因教學(xué)手段單一,絕大部分課程內(nèi)容的教學(xué)以演示文稿的形式展示,課堂板書和有形模型的教學(xué)內(nèi)容較少。從學(xué)生獲取知識的角度分析,目前課程學(xué)習(xí)中課前預(yù)習(xí)的研究生較少,僅僅對教師指定的案例內(nèi)容會進行預(yù)習(xí)。教學(xué)過程中研究生主動發(fā)言的積極性不高,通常通過教師點名來回答問題,研究生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)?？傮w而言,研究生對工廠物理學(xué)全英語課程缺乏足夠的重視,在課程學(xué)習(xí)上投入時間和精力較少,大部分研究生僅僅是為了獲得學(xué)分和高分而進行針對性學(xué)習(xí),使研究生處于被動學(xué)習(xí)的狀態(tài),缺乏學(xué)習(xí)興趣,這是目前工廠物理學(xué)課程教學(xué)的障礙之一。另一方面,教學(xué)評價過于依賴考試,缺少過程考核?？己酥?閉卷考試成績占總成績的70%,平時成績占30%。這種考核方式缺乏對課程考核的過程管理,并不能全面反映學(xué)生的真實水平,同時由于課程考試內(nèi)容局限于教材、課堂筆記,能力考核較少,缺乏對學(xué)生綜合能力和素質(zhì)的評價。

4 工廠物理學(xué)教學(xué)改革

成果導(dǎo)向教育理念是工程專業(yè)認證標準的認證理念之一。將成果導(dǎo)向教育理念融合在工業(yè)工程專業(yè)課程教學(xué)過程中,可以更好地滿足課程教學(xué)要求。

4.1 課程教學(xué)目標

成果導(dǎo)向教育遵循的是反向設(shè)計原則,由學(xué)科發(fā)展和社會需求決定培養(yǎng)目標,由培養(yǎng)目標決定畢業(yè)要求,由畢業(yè)要求決定每門課程的教學(xué)目標[7-8]。工業(yè)工程專業(yè)的碩士研究生人才培養(yǎng)目標為,培養(yǎng)具備現(xiàn)代工業(yè)工程和系統(tǒng)管理等方面知識、素質(zhì)、能力,能夠在企業(yè)從事生產(chǎn)、經(jīng)營、服務(wù)等系統(tǒng)性規(guī)劃、設(shè)計、改善、評價,以及創(chuàng)新工作的復(fù)合型工程技術(shù)人才。為了使研究生在知識、素質(zhì)、能力三個方面與學(xué)科發(fā)展和社會需求相匹配,結(jié)合《華盛頓協(xié)議》中相對應(yīng)的內(nèi)容,確定工廠物理學(xué)的教學(xué)目標。

(1) 能夠了解工廠物理學(xué)的基本概念,理解工廠物理學(xué)中存在的基本問題,具備解決這些基本問題的策略、技術(shù)、方法。

(2) 根據(jù)問題產(chǎn)生的背景與實際需求,對于能夠定量化決策的問題,如調(diào)度問題、變動性問題、制造周期問題等,具備建立或選用相應(yīng)數(shù)學(xué)模型進行定量化分析與決策的能力。

(3) 理解工廠物理學(xué)的基本特征,認識生產(chǎn)系統(tǒng)全局優(yōu)化與不確定性管理的重要性,掌握處理這兩方面問題的主要策略與方法,初步具備針對復(fù)雜問題提出與建立改進框架的能力。

(4) 對于復(fù)雜工廠中的生產(chǎn)、管理問題,能夠辨識問題的不同層面及其相互影響的關(guān)系,綜合應(yīng)用相關(guān)專業(yè)知識及已有的各種解決方法,提出適當(dāng)?shù)母倪M策略與框架。

(5) 能夠較為專業(yè)地進行全英文文稿演示匯報與書面報告,并對質(zhì)疑進行回應(yīng)。

(6) 在完成大作業(yè)的過程中能夠形成合理的組織分工,學(xué)生能夠融入學(xué)習(xí)團隊,進行有效溝通,高效完成大作業(yè)。

4.2 課程教學(xué)方式和手段

教學(xué)方式和手段是達成工廠物理學(xué)全英語教學(xué)目標的重要環(huán)節(jié),為此,基于教與學(xué)的角度提出適應(yīng)成果導(dǎo)向教育理念的教學(xué)改革措施,便于更有效地達到課程教學(xué)目標。

教學(xué)改革后,在工廠物理學(xué)教學(xué)過程中,課堂授課采用以啟發(fā)式為主的問題式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、案例教學(xué)等,授課內(nèi)容采用反向設(shè)計,從具體的知識應(yīng)用到抽象的理論方法。在教學(xué)手段方面,引入當(dāng)今先進的電教產(chǎn)品,多種教學(xué)形式并存。

工廠物理學(xué)課程中,工廠物理學(xué)基本概念與方法、準時制革新課程內(nèi)容主要采用問題式教學(xué)。設(shè)計工廠中典型產(chǎn)品加工流程的問題情境,使研究生直接面臨要進行理論解釋的事實,充分理解工廠物理學(xué)的定義與方法、制造目標、制造模型、性能評價等內(nèi)容。通過講授準時制革新背后的日本企業(yè)豐田的精益生產(chǎn)故事,使研究生身臨其境感受準時制革新理念,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

工廠動力學(xué)、變動性原理、變動性腐蝕作用的課程內(nèi)容采用以翻轉(zhuǎn)課堂為主的教學(xué)方式,強調(diào)研究生課前預(yù)習(xí),給出工廠動力學(xué)、變動性原理等知識點的相關(guān)網(wǎng)站及參考教材目錄,同時每四人組成一個小組,在進行文獻檢索與閱讀的基礎(chǔ)上,對相應(yīng)主題的原理、應(yīng)用、研究現(xiàn)狀等內(nèi)容進行綜述,小組成員協(xié)作制作并講授微課視頻。每組研究生將預(yù)習(xí)過程中無法解決的問題提交到小組,并在小組討論中尋求滿意的解答。如有難題同組研究生都無法解答,則提交給教師。教師不僅要回答研究生無法解答的問題,而且要拓展回答研究生為什么會出現(xiàn)無法解答此類問題的原因。課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法成功的關(guān)鍵,在翻轉(zhuǎn)課堂模式下,教師盡量介紹有新穎性的課程預(yù)習(xí)資料,使研究生能主動利用課余時間學(xué)習(xí)。通過課外制作與講授微課視頻,鍛煉研究生對問題歸納和總結(jié)的能力,同時使學(xué)習(xí)的自主性得到充分體現(xiàn),鍛煉小組成員的協(xié)作能力和中英文語言表達能力。

推拉式生產(chǎn)原理、車間調(diào)度與控制原理、產(chǎn)能管理的課程內(nèi)容強調(diào)案例教學(xué)方式。案例教學(xué)是否有良好的效果,與案例質(zhì)量、教師授課方法、研究生學(xué)習(xí)態(tài)度密切相關(guān)。案例教學(xué)必須收集、遴選、編寫課程內(nèi)容中需要理論與實際相結(jié)合的典型案例。如推拉式生產(chǎn)原理的案例教學(xué),需要從精益生產(chǎn)教材、生產(chǎn)計劃與控制教材，以及網(wǎng)絡(luò)中遴選出具有代表性的理論與實際相結(jié)合的推拉式生產(chǎn)方式資料,在此基礎(chǔ)上結(jié)合工廠物理學(xué)課程特點,應(yīng)用全英文來編寫案例。研究生課前預(yù)習(xí)案例,回答案例中的相關(guān)問題,是案例教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。教師在案例教學(xué)過程中要善于啟發(fā)和激發(fā)研究生的學(xué)習(xí)興趣,做到隨著課堂講授內(nèi)容的深入對案例中的知識點加以分析、強調(diào),拓展研究生的工程思維,使研究生開闊視野,增強工程觀念,提高分析和解決實際工程問題的能力。

在工廠物理學(xué)全英文教學(xué)過程中,還應(yīng)引入實景式教學(xué)方式。如在講解工廠物理學(xué)課程中工廠車間生產(chǎn)特點時,使研究生到典型制造企業(yè)現(xiàn)場實地參觀生產(chǎn)流程,理解和掌握各種生產(chǎn)系統(tǒng)的運作方式。為了全面達到工廠物理學(xué)全英文課程教學(xué)目標,將國際學(xué)術(shù)會議的場景引入全英文課堂教學(xué)也是十分有必要的,不僅可以使研究生了解國際學(xué)術(shù)會議的流程,鍛煉英文交流和學(xué)術(shù)交流兩個層面的能力,而且可以開闊研究生的國際視野。

在教學(xué)手段方面,工廠物理學(xué)課程理論性和實踐性都較強。為了在課堂上達到良好的教學(xué)效果,工廠物理學(xué)進行全英文課程教學(xué)時,主要采用計算機加投影儀的演示文稿教學(xué)手段,同時也采用智能移動電話教學(xué)應(yīng)用軟件和板書。

對于課程中的定理和數(shù)學(xué)公式,采用以板書為主,演示文稿輔助的教學(xué)手段。如翻轉(zhuǎn)課堂中講授生產(chǎn)調(diào)度與控制時,數(shù)學(xué)規(guī)劃模型中的目標函數(shù)、相應(yīng)約束,以及求解模型的分支定界方法,必須采用板書進行一步一步推導(dǎo),使研究生理解推導(dǎo)過程。

對于工廠物理學(xué)中工廠車間應(yīng)用方面的內(nèi)容,采用以多媒體教學(xué)為主,板書教學(xué)為輔的教學(xué)方式。如講授引起系統(tǒng)變動性的各種因素時,將加工時間變動因素、設(shè)備故障變動因素、作業(yè)到達變動因素等通過文字、圖像、動畫、視頻進行教學(xué),給研究生一種直觀、可視化的展示,使研究生容易理解和掌握與工程實際相關(guān)的知識點,同時使生產(chǎn)系統(tǒng)變動性方面的工程知識更為豐富,實際工程內(nèi)容更充實。對于工廠物理學(xué)課程中全英文介紹的概念及簡單知識點,采用演示文稿多媒體教學(xué)手段來完成,不僅可以提高授課內(nèi)容的生動性和可理解性,而且可以提高教學(xué)效果。隨著移動電話教學(xué)應(yīng)用軟件的開發(fā),課堂中應(yīng)用移動電話播放微課視頻、演示文稿等內(nèi)容,具有方便性和快捷性,不僅提高了教學(xué)效率,而且增加了學(xué)習(xí)的趣味性。

4.3 課程教學(xué)評價體系

課程評價是工廠物理學(xué)全英文教學(xué)的重要環(huán)節(jié),對研究生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)具有重要的導(dǎo)向作用[9-10]?；诔晒麑?dǎo)向教育理念的工廠物理學(xué)教學(xué)評價采用動態(tài)化、精細化的綜合評價方法,盡量提高綜合能力考核比例,降低知識記憶考核比例,具體體現(xiàn)在教師考核和學(xué)生自我評價兩個方面。教師對課堂表現(xiàn)、課外作業(yè)、課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、大作業(yè)、實驗成績、考試成績等分別進行獨立評分,將考核貫穿于整個教學(xué)過程的始終。學(xué)生自我評價時,需要學(xué)生分組完成各項作業(yè),每位學(xué)生必須對其他同學(xué)給出評價。小組代表進行演示文稿匯報時,非同組學(xué)生需要進行評分,同組同學(xué)根據(jù)完成作業(yè)的貢獻大小進行相互評分。通過實現(xiàn)教師考核與學(xué)生自我評價相結(jié)合,提高成績的公平性,構(gòu)建一種基于成果與目標的多元評價。

5 結(jié)束語

筆者結(jié)合成果導(dǎo)向教育理念教學(xué)模式,對基于成果導(dǎo)向教育理念的工廠物理學(xué)教學(xué)改革進行了研究。主要分析了當(dāng)前工廠物理學(xué)課程全英文教學(xué)方式和手段存在的問題,結(jié)合工廠物理學(xué)課程全英文教學(xué)特點,針對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)手段、教學(xué)評價進行了改革研究。教學(xué)實踐表明,實施基于成果導(dǎo)向教育理念的工廠物理學(xué)教學(xué)改革,在教學(xué)方式上引入問題式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)、案例教學(xué)等,在教學(xué)手段上采用板書與多媒體教學(xué)手段相結(jié)合的方法,在教學(xué)評價上采用動態(tài)化和精細化的多元評價方法,使研究生自主學(xué)習(xí)的積極性得到顯著提高,工程思維、團隊合作、中英文語言表達等方面的能力得到全面提升,有效提高了工廠物理學(xué)課程教學(xué)目標的達成率。