鄭　藝, 付　鐵, 丁洪生, 趙力更

(北京理工大學(xué) 工程訓(xùn)練中心, 北京　100081)

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基于史密斯-雷根模式的鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)

鄭藝, 付鐵, 丁洪生, 趙力更

(北京理工大學(xué) 工程訓(xùn)練中心, 北京100081)

借鑒于史密斯—雷根模式的教學(xué)設(shè)計(jì)思想,對(duì)鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)進(jìn)行了研究與改革。通過對(duì)鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)的學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)分析,并依據(jù)鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo),進(jìn)行了教學(xué)模式組織、教學(xué)內(nèi)容傳遞和教學(xué)資源管理的策略設(shè)計(jì)以及教學(xué)效果評(píng)價(jià)機(jī)制的規(guī)劃,對(duì)于提高鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量具有顯著的促進(jìn)作用。

鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)； 史密斯-雷根模式； 教學(xué)設(shè)計(jì)； 實(shí)踐創(chuàng)新能力

推進(jìn)實(shí)踐創(chuàng)新教育已經(jīng)作為高等教育的重要工作要點(diǎn)之一,高校工程訓(xùn)練中心擔(dān)負(fù)著切實(shí)提高大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要使命[1-4]。在高校實(shí)踐教學(xué)中,鑄造技術(shù)作為機(jī)械制造中金屬液態(tài)成形的基本方法,廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代制造各個(gè)領(lǐng)域[5-7],是大學(xué)生了解工業(yè)文化、體會(huì)工程內(nèi)涵,學(xué)習(xí)工藝知識(shí)、提高實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要課程之一[8-10],是一門理論深度較大且實(shí)踐操作水平要求較高的課程,不同專業(yè)和層次學(xué)生的教學(xué)目標(biāo)亦不盡相同。史密斯-雷根(P.L.Smith&T.J.Reagan)模式是一種系統(tǒng)全面、邏輯性強(qiáng)的教學(xué)設(shè)計(jì)方法,從分析、策略和評(píng)價(jià)3個(gè)階段對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行科學(xué)分析和設(shè)計(jì)[11-12]。

1　分析階段

1.1學(xué)習(xí)環(huán)境分析

(1) 理論課學(xué)習(xí)環(huán)境。雖然教室與實(shí)訓(xùn)室分開授課有助于鑄造知識(shí)的系統(tǒng)化學(xué)習(xí),但同時(shí)也不利于理論與實(shí)際結(jié)合。要注重知識(shí)點(diǎn)講解順序與實(shí)訓(xùn)教學(xué)安排,理論與實(shí)踐應(yīng)穿插有序、合理地進(jìn)行安排。在理論課教室應(yīng)多設(shè)置增加學(xué)生工程文化體驗(yàn)、將理論知識(shí)具體化、突出技術(shù)設(shè)備和操作技巧的特點(diǎn)和聯(lián)系的場地和教具。

(2) 實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)環(huán)境。鑄造實(shí)訓(xùn)車間應(yīng)緊跟企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際來布局,根據(jù)鑄造技術(shù)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目特點(diǎn)和種類合理劃分實(shí)訓(xùn)區(qū)、安排實(shí)訓(xùn)設(shè)備。實(shí)訓(xùn)車間內(nèi)應(yīng)為學(xué)生營造專業(yè)科學(xué)的工程工業(yè)氛圍,突出鑄造技術(shù)的工程文化。

1.2學(xué)習(xí)者分析

從整體上講,實(shí)訓(xùn)學(xué)生多數(shù)為在校大一和大二學(xué)生,在實(shí)訓(xùn)前僅學(xué)習(xí)了公共基礎(chǔ)課和部分專業(yè)基礎(chǔ)課,缺乏鑄造理論知識(shí)基礎(chǔ)、工程素養(yǎng)和對(duì)工程生產(chǎn)的感性認(rèn)識(shí)。此外,多數(shù)工程訓(xùn)練中心還承擔(dān)省市級(jí)開放項(xiàng)目、社會(huì)技術(shù)人員的技能培訓(xùn)和相關(guān)資格考核、相關(guān)科研項(xiàng)目的加工與研究、兄弟院校學(xué)生的實(shí)訓(xùn)教學(xué)等,因此,不同專業(yè)、不同層次學(xué)生的工程素養(yǎng)、專業(yè)基礎(chǔ)是不同的,其學(xué)習(xí)需求和教學(xué)目標(biāo)各異。在實(shí)際的鑄造實(shí)踐教學(xué)中,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式進(jìn)行調(diào)整,例如機(jī)類本科生注重培養(yǎng)其綜合分析和實(shí)踐創(chuàng)新能力,近機(jī)類本科生注重培養(yǎng)其實(shí)踐和綜合分析能力,而非機(jī)類本科生主要以培養(yǎng)工程素養(yǎng)與認(rèn)知能力為主,碩博士注重培養(yǎng)分析解決問題的能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力,社會(huì)技術(shù)人員主要以培養(yǎng)其實(shí)踐能力和綜合分析能力為主。

1.3學(xué)習(xí)任務(wù)分析

1.3.1教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容分析

針對(duì)學(xué)習(xí)者分析,不同學(xué)習(xí)者所培養(yǎng)的工程素質(zhì)能力不同,其教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容亦有不同。針對(duì)工程素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo),主要以了解鑄造技術(shù)的歷史應(yīng)用以及工藝文化為主,增強(qiáng)鑄造工藝方法的感性認(rèn)識(shí)；針對(duì)實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo),應(yīng)掌握砂型鑄造的具體工藝過程和操作,并了解特種鑄造方法工藝過程和操作等；針對(duì)理論聯(lián)系實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo),應(yīng)掌握鑄造原理、鑄造設(shè)備結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理、鑄造件缺陷分析及防止,了解鑄造中的技術(shù)性操作技巧等；針對(duì)綜合能力培養(yǎng)目標(biāo),應(yīng)掌握鑄造各類方法的工藝特點(diǎn)和應(yīng)用范疇,掌握鑄造缺陷成因分析,能夠進(jìn)行鑄造工藝圖設(shè)計(jì),了解先進(jìn)鑄造技術(shù)等；針對(duì)實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo),能夠根據(jù)鑄件使用性能和液態(tài)金屬的鑄造性選擇鑄造方法并制定工藝參數(shù),能夠進(jìn)行鑄造件性能和結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新型設(shè)計(jì),能夠分析討論鑄造工藝參數(shù)、熟悉先進(jìn)鑄造技術(shù)等。

1.3.2教學(xué)難點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)分析

鑄造技術(shù)的理論知識(shí)深度較大,面對(duì)未有工程感性認(rèn)識(shí)的學(xué)生,如何深入淺出地講解鑄造原理,并與操作實(shí)際相結(jié)合是實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中的難點(diǎn)之一。要重視對(duì)鑄造技術(shù)的歷史和應(yīng)用,講解內(nèi)容有廣度和深度,提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。在砂型鑄造實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)上引入特種鑄造方法,豐富實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。在實(shí)際操作的講解中,注重操作技巧的講解以及工藝過程的原理講解,適當(dāng)增加學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的操作時(shí)間,切實(shí)提高學(xué)生實(shí)踐能力。引入鑄造實(shí)訓(xùn)虛擬仿真教學(xué)，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力和理論知識(shí)深度,設(shè)置實(shí)踐創(chuàng)新課程,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2　策略階段

2.1教學(xué)內(nèi)容的傳遞策略

依據(jù)學(xué)習(xí)環(huán)境分析,主要分為理論教學(xué)、工程文化展示、實(shí)踐教學(xué)、虛擬仿真教學(xué)的教學(xué)內(nèi)容傳遞策略。

在理論課教室中積極引進(jìn)和使用多媒體等現(xiàn)代化設(shè)備,購置不同模樣、鑄件成品和設(shè)備模型,以利于課堂教學(xué),提高教學(xué)質(zhì)量。設(shè)置鑄造技術(shù)工程文化展覽室,提升學(xué)生對(duì)鑄造技術(shù)的工程認(rèn)識(shí)和興趣。在實(shí)訓(xùn)課教學(xué)車間中,合理擺放實(shí)訓(xùn)設(shè)備并配置相關(guān)宣傳牌,使學(xué)生體會(huì)鑄造技術(shù)工藝過程和工程文化。創(chuàng)建虛擬仿真教學(xué)實(shí)訓(xùn)室,模擬設(shè)備運(yùn)行工藝過程、液態(tài)金屬凝固過程等,使學(xué)生體會(huì)設(shè)備運(yùn)行原理和鑄造原理,認(rèn)識(shí)未能開展實(shí)際實(shí)訓(xùn)的鑄造方法,擴(kuò)展實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、提高工程認(rèn)識(shí)。具體教學(xué)內(nèi)容的傳遞策略見圖1。

圖1　教學(xué)內(nèi)容的具體傳遞策略

2.2教學(xué)模式的組織策略

(1) 以柔性化—模塊式教學(xué)為基礎(chǔ)。將鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容按知識(shí)體系劃分模塊,盡量提高各個(gè)教學(xué)模塊的獨(dú)立性,即各模塊的教學(xué)內(nèi)容是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)體系,學(xué)生跳過某一個(gè)模塊并不會(huì)對(duì)后續(xù)模塊學(xué)習(xí)產(chǎn)生較大的影響。且通過對(duì)不同數(shù)量、不同順序模塊進(jìn)行排列組合,可以更加有效、合理地配置不同功能層次的課程。除必修模塊外,學(xué)生也可對(duì)其余模塊進(jìn)行菜單式的學(xué)習(xí)選擇,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)的靈活性。同時(shí),要增加各教學(xué)模塊之間的“柔性”,注重各教學(xué)模塊在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)順序、模塊數(shù)量之間的聯(lián)系,以期達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

(2) 以層次化—遞進(jìn)式教學(xué)為指導(dǎo)。針對(duì)專業(yè)、層次和學(xué)習(xí)需求的不同,將實(shí)訓(xùn)模塊組進(jìn)行層次化劃分,按照層次深度,依次劃分為認(rèn)知、技能、綜合和創(chuàng)新層次。認(rèn)知層次以了解鑄造技術(shù)的工藝過程、體驗(yàn)工程文化為主；技能層次主要通過不同鑄造方法和工藝的實(shí)踐學(xué)習(xí),來了解和掌握鑄造技術(shù)的原理、基礎(chǔ)方法和工藝等；綜合層次主要用于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用鑄造知識(shí)的能力、設(shè)計(jì)能力、實(shí)際操作能力以及分析解決問題的能力；創(chuàng)新層次主要用于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、設(shè)計(jì)與制造、分析解決問題、實(shí)踐創(chuàng)新、管理溝通以及合作的能力等。

(3) 以立體化—驅(qū)動(dòng)式教學(xué)為補(bǔ)充。主要包括3種驅(qū)動(dòng)方式,即興趣驅(qū)動(dòng)、專業(yè)驅(qū)動(dòng)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)。以興趣驅(qū)動(dòng)的教學(xué)是從學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)需求出發(fā),學(xué)生可以在一定程度上自主選擇感興趣的實(shí)訓(xùn)模塊。以專業(yè)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)主要針對(duì)學(xué)生的具體專業(yè)及該專業(yè)所需要具備的工程實(shí)踐素養(yǎng)和技能要求,為學(xué)生制定相應(yīng)的教學(xué)層次和模塊,其知識(shí)體系更加科學(xué)和完善,使學(xué)生能夠盡快掌握與專業(yè)相關(guān)的工程知識(shí)技能。以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生參與科研項(xiàng)目、實(shí)際工程生產(chǎn)和實(shí)際生產(chǎn)管理,從工程實(shí)踐事實(shí)出發(fā),帶著真實(shí)研究項(xiàng)目和工程問題學(xué)習(xí)實(shí)訓(xùn)課程,使學(xué)生具有較強(qiáng)的主動(dòng)性,可以更好地培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力。

綜合教學(xué)策略的組織思路對(duì)鑄造技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容和組織模式進(jìn)行綜合設(shè)計(jì),將鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的知識(shí)模塊、模塊選擇策略、教學(xué)層次劃分以及教學(xué)驅(qū)動(dòng)方式等相互融合,制作鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)“菜單”。將專業(yè)化課程定制與學(xué)生的興趣、專業(yè)需求相結(jié)合,鼓勵(lì)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和實(shí)踐創(chuàng)新課程的開展。具體的綜合選擇模式見圖2。

圖2　鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)綜合設(shè)計(jì)

2.3教學(xué)資源的管理策略

教師必須對(duì)實(shí)訓(xùn)教材進(jìn)行“二次加工”并結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)合理利用。針對(duì)學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)菜單上的不同選擇設(shè)置相對(duì)應(yīng)的實(shí)訓(xùn)報(bào)告習(xí)題冊(cè),以提高和鞏固教學(xué)質(zhì)量。創(chuàng)建科學(xué)合理的教學(xué)環(huán)境,注重硬件設(shè)備資源的系統(tǒng)排布與鑄造工程文化展示資源的合理契合。建設(shè)工程技術(shù)優(yōu)秀、師德高尚的教師隊(duì)伍作為根本保障,并依托工程訓(xùn)練中心的材料成型實(shí)訓(xùn)平臺(tái)以及訓(xùn)練中心信息化管理平臺(tái),對(duì)鑄造設(shè)備運(yùn)行情況、實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)開展情況、學(xué)生實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)情況等進(jìn)行全方位的服務(wù)和管理。同時(shí)建立網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)鑄造技術(shù)學(xué)習(xí)資源的科學(xué)管理和共享。

3　評(píng)價(jià)階段

3.1形成性評(píng)價(jià)

形成性評(píng)價(jià)包括對(duì)學(xué)生的考查和學(xué)生對(duì)教學(xué)活動(dòng)的反饋評(píng)價(jià)。其一,通過對(duì)學(xué)生的考查進(jìn)行學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià),具體考查學(xué)生所做鑄件的質(zhì)量以及鑄件工藝過程、鑄造實(shí)訓(xùn)總結(jié)報(bào)告,網(wǎng)上考核平臺(tái)考查理論知識(shí)和操作技巧知識(shí)等,通過各項(xiàng)考查項(xiàng)目加權(quán)計(jì)算得出學(xué)生的最終成績,并通過直接分析學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)容的掌握情況來評(píng)價(jià)教學(xué)設(shè)計(jì)的教學(xué)效果。其二,學(xué)生通過網(wǎng)上教學(xué)質(zhì)量反饋平臺(tái)對(duì)教師、教學(xué)設(shè)備、學(xué)習(xí)環(huán)境、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織形式等進(jìn)行評(píng)價(jià),并提出建議和意見,作為完善教學(xué)設(shè)計(jì)的參考。

3.2完善教學(xué)設(shè)計(jì)

通過形成性評(píng)價(jià),可以準(zhǔn)確評(píng)定鑄造技術(shù)教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生的學(xué)習(xí)感受,以形成性評(píng)價(jià)做參考,對(duì)教學(xué)整體設(shè)計(jì)進(jìn)行反饋,針對(duì)教學(xué)效果不理想、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣缺乏或?qū)W生提出更好改進(jìn)方法的鑄造技術(shù)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)修改,進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。

4　結(jié)論

通過對(duì)鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)者、實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)環(huán)境、實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容的分析,對(duì)鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)組織策略進(jìn)行了詳細(xì)的研究和改革,提出了鑄造技術(shù)教學(xué)組織—綜合選擇模式,并分析了教學(xué)內(nèi)容傳遞策略和教學(xué)資源的管理策略,建設(shè)了形成性評(píng)價(jià)及教學(xué)設(shè)計(jì)完善閉環(huán)機(jī)制,優(yōu)化了鑄造技術(shù)實(shí)訓(xùn)的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐創(chuàng)新能力,提高了實(shí)訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量。

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Teaching design of casting training based on Smith-Reagan mode

Zheng Yi, Fu Tie, Ding Hongsheng, Zhao Ligeng

(Engineering Training Center,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China)

The practical teaching of casting technology is discussed by learning from Smith-Reagan mode, and the learning environment,learners and learning tasks are analyzed systematically. Furthermore the teaching mode, the transfer mode, the management strategies and the evaluation mechanism are designed,which improve the quality of teaching significantly.

casting technology training; Smith-Reagan mode; teaching design; practical innovative ability

10.16791/j.cnki.sjg.2016.09.051

2016-03-22

教育部工程訓(xùn)練教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)項(xiàng)目(JJ-GX-jy201433)

鄭藝(1989—)女,天津,碩士研究生,工程師,研究方向?yàn)榻饘俨牧蠌?qiáng)韌化和工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué).

E-mail：zhengyi2011@163.com

G642.0

B

1002-4956(2016)9-0193-04