基于成果導向教育理念的工廠物理學教學改革*

□ 周炳海

同濟大學 機械與能源工程學院 上海 201804

1 研究背景

工廠物理學是一門工業工程研究生的專業課,主要培養研究生運用工廠物理學方法解決工廠生產活動中遇到的工業工程問題的能力。課程采用全英文教學,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新能力[1-2]。以成果導向教育理念為核心,應用行動導向教學法,引領學生明確學習目標,自主獲取新知,可以取得較好的學習效果。由此,基于成果導向教育理念的課程教學方法越來越得到高校的重視和肯定。筆者在分析成果導向教育理念教學模式的基礎上,對如何采用有效的教學方法使學生真正達到教學大綱中要求的培養目標進行研究。

2 成果導向教育理念

成果導向教育首先由Spady提出,是追求卓越教育的核心,《華盛頓協議》全面接受了成果導向教育理念。成果導向教育理念倡導所有人都可以成功,以學生為中心,以學生學習成果為導向進行教學,重視學生的個性發展,擴展成功學習的機會,強調學生個人的進步表現和學業成就,關注學生的全面發展[3-4]。成果導向教育理念提倡的是一種逆向教學設計模式,教師首先制訂教學應達到的成果與目標,然后反向研究教學方法,選擇相應的教學課本,并設計、實施能夠幫助學生進行能力提升的課程教育模式[5-6]。

3 工廠物理學教學現狀

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

4 工廠物理學教學改革

成果導向教育理念是工程專業認證標準的認證理念之一。將成果導向教育理念融合在工業工程專業課程教學過程中,可以更好地滿足課程教學要求。

4.1 課程教學目標

成果導向教育遵循的是反向設計原則,由學科發展和社會需求決定培養目標,由培養目標決定畢業要求,由畢業要求決定每門課程的教學目標[7-8]。工業工程專業的碩士研究生人才培養目標為,培養具備現代工業工程和系統管理等方面知識、素質、能力,能夠在企業從事生產、經營、服務等系統性規劃、設計、改善、評價,以及創新工作的復合型工程技術人才。為了使研究生在知識、素質、能力三個方面與學科發展和社會需求相匹配,結合《華盛頓協議》中相對應的內容,確定工廠物理學的教學目標。

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

(2) 根據問題產生的背景與實際需求,對于能夠定量化決策的問題,如調度問題、變動性問題、制造周期問題等,具備建立或選用相應數學模型進行定量化分析與決策的能力。

(3) 理解工廠物理學的基本特征,認識生產系統全局優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,初步具備針對復雜問題提出與建立改進框架的能力。

(4) 對于復雜工廠中的生產、管理問題,能夠辨識問題的不同層面及其相互影響的關系,綜合應用相關專業知識及已有的各種解決方法,提出適當的改進策略與框架。

(5) 能夠較為專業地進行全英文文稿演示匯報與書面報告,并對質疑進行回應。

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

4.2 課程教學方式和手段

教學方式和手段是達成工廠物理學全英語教學目標的重要環節,為此,基于教與學的角度提出適應成果導向教育理念的教學改革措施,便于更有效地達到課程教學目標。

教學改革后,在工廠物理學教學過程中,課堂授課采用以啟發式為主的問題式教學、翻轉課堂、案例教學等,授課內容采用反向設計,從具體的知識應用到抽象的理論方法。在教學手段方面,引入當今先進的電教產品,多種教學形式并存。

工廠物理學課程中,工廠物理學基本概念與方法、準時制革新課程內容主要采用問題式教學。設計工廠中典型產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的定義與方法、制造目標、制造模型、性能評價等內容。通過講授準時制革新背后的日本企業豐田的精益生產故事,使研究生身臨其境感受準時制革新理念,提高學生學習的積極性。

工廠動力學、變動性原理、變動性腐蝕作用的課程內容采用以翻轉課堂為主的教學方式,強調研究生課前預習,給出工廠動力學、變動性原理等知識點的相關網站及參考教材目錄,同時每四人組成一個小組,在進行文獻檢索與閱讀的基礎上,對相應主題的原理、應用、研究現狀等內容進行綜述,小組成員協作制作并講授微課視頻。每組研究生將預習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無法解答此類問題的原因。課前預習和課后復習是翻轉課堂教學法成功的關鍵,在翻轉課堂模式下,教師盡量介紹有新穎性的課程預習資料,使研究生能主動利用課余時間學習。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的能力,同時使學習的自主性得到充分體現,鍛煉小組成員的協作能力和中英文語言表達能力。

推拉式生產原理、車間調度與控制原理、產能管理的課程內容強調案例教學方式。案例教學是否有良好的效果,與案例質量、教師授課方法、研究生學習態度密切相關。案例教學必須收集、遴選、編寫課程內容中需要理論與實際相結合的典型案例。如推拉式生產原理的案例教學,需要從精益生產教材、生產計劃與控制教材，以及網絡中遴選出具有代表性的理論與實際相結合的推拉式生產方式資料,在此基礎上結合工廠物理學課程特點,應用全英文來編寫案例。研究生課前預習案例,回答案例中的相關問題,是案例教學中的重要環節。教師在案例教學過程中要善于啟發和激發研究生的學習興趣,做到隨著課堂講授內容的深入對案例中的知識點加以分析、強調,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。

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

在教學手段方面,工廠物理學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效果,工廠物理學進行全英文課程教學時,主要采用計算機加投影儀的演示文稿教學手段,同時也采用智能移動電話教學應用軟件和板書。

對于課程中的定理和數學公式,采用以板書為主,演示文稿輔助的教學手段。如翻轉課堂中講授生產調度與控制時,數學規劃模型中的目標函數、相應約束,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,使研究生理解推導過程。

對于工廠物理學中工廠車間應用方面的內容,采用以多媒體教學為主,板書教學為輔的教學方式。如講授引起系統變動性的各種因素時,將加工時間變動因素、設備故障變動因素、作業到達變動因素等通過文字、圖像、動畫、視頻進行教學,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的知識點,同時使生產系統變動性方面的工程知識更為豐富,實際工程內容更充實。對于工廠物理學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手段來完成,不僅可以提高授課內容的生動性和可理解性,而且可以提高教學效果。隨著移動電話教學應用軟件的開發,課堂中應用移動電話播放微課視頻、演示文稿等內容,具有方便性和快捷性,不僅提高了教學效率,而且增加了學習的趣味性。

4.3 課程教學評價體系

課程評價是工廠物理學全英文教學的重要環節,對研究生學習和教師教學具有重要的導向作用[9-10]。基于成果導向教育理念的工廠物理學教學評價采用動態化、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,具體體現在教師考核和學生自我評價兩個方面。教師對課堂表現、課外作業、課前預習、課后復習、大作業、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過程的始終。學生自我評價時,需要學生分組完成各項作業,每位學生必須對其他同學給出評價。小組代表進行演示文稿匯報時,非同組學生需要進行評分,同組同學根據完成作業的貢獻大小進行相互評分。通過實現教師考核與學生自我評價相結合,提高成績的公平性,構建一種基于成果與目標的多元評價。

5 結束語

筆者結合成果導向教育理念教學模式,對基于成果導向教育理念的工廠物理學教學改革進行了研究。主要分析了當前工廠物理學課程全英文教學方式和手段存在的問題,結合工廠物理學課程全英文教學特點,針對教學內容、教學方式、教學手段、教學評價進行了改革研究。教學實踐表明,實施基于成果導向教育理念的工廠物理學教學改革,在教學方式上引入問題式教學、翻轉課堂教學、案例教學等,在教學手段上采用板書與多媒體教學手段相結合的方法,在教學評價上采用動態化和精細化的多元評價方法,使研究生自主學習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課程教學目標的達成率。