基于5D影院模式的空間機械電子情景式教學課程建設初探

董洋洋 張子建 王永濱

摘 ? 要：針對空間機械電子類航天課程存在的課堂教學手段有限、理論內容與概念抽象枯燥、以及航天可展示產品稀缺等問題，本文提出基于5D（Five Dimensional）影院模式的情景式教學課程建設方案，通過多感官參與，使學生能夠真切地感受航天氛圍，更好地融入課堂，進而實現相應教學目標。通過闡述情景式教學課程建設的意義、5D影院模式的核心概念與界定，給出課程教室建設一體化的基礎條件與準備工作、目標及其內容，并擬以南京航空航天大學航天學院為例，給出基于5D影院模式的空間機械電子情景式教學課程的建設過程與初步成效。

關鍵詞：5D影院模式 ?空間機械電子 ?情景式教學 ?課程建設

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（a）-0228-03

Abstract： There are some issues in space mechanical and electronic courses， such as limited classroom teaching methods， abstract theoretical content and concepts， and scarcity of space products. The paper， based on the five dimensional cinema mode， proposes a scenario-based teaching curriculum construction scheme. Through multi-sensory participation， students can truly feel the space atmosphere and better integrate into the classroom， and then the corresponding teaching objectives could be achieved naturally. We expounds the significance of the scenario-based teaching curriculum construction， the core concept and definition of five dimensional cinema mode， and the basic conditions and preparatory work， objectives and contents of the integration of course and classroom construction. Taking the School of Astronautics， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics as an example， the construction process and preliminary results.

Key Words：5D cinema mode; Space mechanical electronics; Scenario-based teaching; Curriculum; Construction

空間機械電子類航天課程的學科屬性決定了其與傳統的機械、電氣等理工類課程有所不同[1]，該課程的很多理論教授內容無法通過課堂展示。此外，由于航天專業的特殊性[2]，航天產品比較稀缺，同學們很少有機會接觸相關的產品，航天類教學課程建設也相對落后。然而，數學的好壞將直接影響到學生的求知熱情、學習質量、以及科研活動成果，并最終影響學生培養質量的好壞，因此進行空間機械電子學情景式教學尤為重要。本文針對新工科背景下航天類專業本科生的培養，旨在提出一種基于5D（Five Dimensional）影院模式的、多感官參與的情景式教學課程建設方案，使學生能夠身臨其境地感受到航天氛圍，直觀地接觸到實物或縮比模型，使學生能夠更好地融入到課堂，進而實現相應的教學目標。

1 ?情景式教學課程建設的意義

目前，情景式教學在機械[3]、電氣[4]、醫學[5]等都得了廣泛的應用，但是這些情景式教學措施大都應用在實驗教學環節[6]，這無形中造成了理論教授與動手操作的“脫節”，此外，情景式教學大都針對某一個操作實驗、某一個知識點、某一個操作設備等，無法真正實現課程大綱、教室環境、課堂參與等的有機融會貫通。尤其對于空間機械電子類課程，課堂教學手段相對有限，很多概念比較抽象，同學們接收起來比較困難，課堂教學相對枯燥。同時，情景式的教學可以加深學生對知識的認知和掌握程度，更有利于學生學習專業知識，從而激發其學習潛力，加深對所學內容的認知，增強學生發現問題、解決問題以及實踐動手的能力。此外，學生在學到專業知識的同時，其自我學習能力也得到了提升，以至于到了研究生階段，探索的大多是未知領域，也可以將情景式的學習方法，用到以后的學習工作中，對于探究問題、處理問題的能力培養具有良好的促進作用，這對學生在研究生階段的學習，以及今后的科研工作均大有益處。

因此，采用多模式的情景式教學方法可以使同學們感受航天的氛圍，更好的融入課堂，利用身體的各個感知器官感受航天的魅力，從而實現寓教于學的教學目標。

2 ?核心概念及其界定

2.1 5D影院模式的概念

傳統意義上，5D電影[7]是指讓觀眾從聽覺、視覺、嗅覺、觸覺、動感電影的背景和效果這五個方面來達到最強大的逼真感，能夠放大周圍環境的真實感。本文提出的基于5D影院模式的情景式教學課程建設，不同于傳統的實驗操作課中的實驗教學，這種課程類似于我們觀看的5D電影，老師相當于電影的放映師，指根據研究生的整體培養目標，結合研究生的具體課程安排，有針對性的在教學計劃、授課內容、教室的整體裝潢、教室的整體布置等各方面進行有機結合，將理論授課與實驗教學有機融會貫通，使授課的每一個環節都有教室內圖片、實物、模型裝潢與其對應，做到同學們一走進教室，同學們猶如置身于美麗的蒼穹中，其聽覺、視覺、嗅覺、觸覺等身體的各種感官都能感受到航天特色氛圍，任何一個圖片、實物都是老師教具，老師針對理論教學，將教室內模型充分融入到教學中來，提高同學們對知識的認知和操作能力，從而提高學習效率。

2.2 課程教室一體化建設的條件與準備工作

空間機械電子情景式課程建設的首要條件就是實現專業課程與授課教室的一體化建設。本文以南京航空航天大學航天學院為例，隨著我校與烏克蘭國立航空航天大學合作的不斷深入，尤其是近幾年在教務處的帶領下，我校航天學院領導與教師代表遠赴烏克蘭學習交流和探討繼續加深合作事宜，在調研過程中，隨團領導、老師被烏克蘭情景式教學課堂所震撼，在教室中隨處可見的航天器實物或縮比模型，其將實踐教學教具完全貫通融入到了課堂授課中，對同學們的創新性與學習高參與度產生了積極影響。恰逢我校新校區航天大樓內部規劃期，學院提出了建設情景式教學教室的想法，因此有機會將教室的內部裝潢與課程進行有機結合。

本文擬結合自己所教授的《空間機械電子學》課程，將課程設置、課時規劃、教室裝潢布置、實踐教學等進行融匯設計，提高同學們的課堂融入感，隨堂參與感，從而提高學習興趣，進而能夠為其他航天特色類課程情景式教學課堂建設起到拋磚引玉的作用。

3 ?情景式教學課程建設的目標與內容

針對空間機械電子類課程與教室一體化設計工作，需要進行課程教學大綱、教學計劃、實驗課程設置、教室裝潢設計等方面進行統一設計，從而實現真正的一體化課堂建設。

3.1 情景式教學的課程大綱修訂

當前，以技術為主導要收益，憑創新求發展的戰略發展模式，對工科專業人才的實踐創新力與社會競爭力的培養提出了更高要求。針對現有課程將理論授課與實驗課程分開的現象，旨在完成理論教授與實驗操作融會貫通的空間機械電子類課程教學大綱修訂。本項目將對空間機械電子類課程大綱進行修訂，將實驗課程融入到理論授課中，同學們在課堂學習的過程中，自己深度參與其中的實驗操作，這樣，同學們就可以課堂所學知識馬上呈現到實驗中，做到了理論與實踐操作的無縫銜接。

3.2 多重參與度的教學計劃修訂

充分考慮多重參與度的空間機械電子類課程教學計劃修訂。空間機械電子類課程包括《空間機械電子學》、《航天結構與機構》、《空間機器人學》等課程，這些課程在傳統的講授中，都是按照教材從理論研究到仿真分析，再到設計實現，這種課程設置會導致某一段時間全部是理論教授，同學們的興趣較弱，因此，在大綱修訂過程中，以組件、模塊為教授對象，將其理論研究、仿真分析與設計實現盡量安排在一堂課上，這樣一堂課程中，我們可以教授某一個組件、機構、元件等的原理和應用，通過課堂的實物講解與操作，同學們能每節課都重度參與到課堂教學與學習中，提高了課堂的參與度。

3.3 實驗教學環節的課程設置

經過幾年的教學經驗，實驗教學中同學們的積極性非常高，參與意愿也比較強烈，但是也存在由于上課時間間隔久，理論知識記憶不牢等情況，采用理論傳授與隨堂實驗的方式可以有效避免該情況的發生，同時，結合課堂設計等可以有效提高學生的參與感，提高學習效率。

3.4 教學儀器研發與教室裝潢設計

針對課程教學大綱和教學計劃，針對每一堂課設計相應的實驗或者課堂體驗式教學內容，針對每一堂課，購置相應的與課程配套的教學設備，對于無法滿足的教學設備，采用教師自己研發的方式進行補充，目前本院已配備多套較成熟的實驗教學教具。另外，在裝潢上和教學設備統籌配合，保證同學們可以將書本上學到的航天器，環顧教室四周，就能看到它在那靜悄悄的等你，同學們在書本上學到的設計知識，能夠很好的在航天器設計中得到具體的應用，這將會大大增強同學們的參與感。

4 ?情景式教學課程建設的過程與方法

為了驗證基于5D影院模式的空間機械電子情景式教學的效果，本文以南京航空航天大學航天學院為例，擬采用對比法進行研究，主要建設流程如圖1所示。

首先，以2018年同學采用傳統方式教授的方式，對同學們的課堂接受度、期末考試成績、評教以及平時的調查問卷等形式，對學生的學習效果進行跟蹤調查。其次，在2019年，我們對教學大綱和教學計劃修訂完成，但是由于情景式教室還沒有就位，因此，只能講課堂理論授課和實驗結合起來進行課程學習，在這個過程中，采用同樣的問卷等形式對同學們的學習興趣、學習效果等進行跟蹤調查。最后，2020年航天樓建成后，在相應的教室進行裝潢，樓宇文化設計，對所有的教學設備進行采購配置，在情景式教室環境中進行課程教學，也采用同樣的方式對教學效果進行反饋。

通過3年的教學效果對比，分析3種教學方法的教學效果，同學們的學習效果，并驗證、分析、與對比情景式教學方法的有效性，進而實現5D影院模式的空間機械電子情景式教學課程建設方案的改進與優化。

5 ?初步效果與啟示

本文將課堂授課、實驗教學和情景式教學有機的統一起來，旨在實現理論與實踐的無縫銜接。總體上看，基于5D影院模式的空間機械電子情景式教學課程建設方案已初步形成了一套較為嚴密的管理體系、以及明確的目標和充實的建設內容。空間機械電子課程的選擇、評價指標、以及建設過程和方法也基本保證了擬建設教學課程的可行性。此外，本學院采用的滾動式資助制度能夠確保教學課程教室一體化建設的順利進行，以及相關航天教學設備的研發與模型的制備。

由于這些制度的實施，基于5D影院模式的空間機械電子情景式教學課程建設取得了較為理想的初期效果。我們相信，只要我們繼續探究課程建設的內在要求，并逐漸完善相應課程建設管理制度，一步一個腳印，精益求精，就能夠盡快實現基于5D影院模式的空間機械電子情景式教學課程建設。

參考文獻

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