高職數控專業思維可視化教學模式創新應用研究

羅華安

摘要：思維可視化是一種有效的創新思維訓練方法，強調思考方法和路徑的顯性表達。為進一步促進現代教育技術在高職教學中推廣、應用，本文探討了將思維可視化技術運用于高職數控專業學生入學教育、課程教學、教學設計等環節的有效途徑。采用課程地圖規劃課程體系，幫助學生明確專業學習目標;通過知識結構圖串接課程知識點，點線貫穿理清課程邏輯;利用因果圖追根溯源，訓練學生活用知識解決問題的能力;貫穿思維活動，使用MG動畫技術進行教學內容設計。結果表明，思維可視化技術的運用有效提高了學生對專業課程體系及課程內容的理解、掌握程度。

關鍵詞：思維可視化;教學模式;創新應用

思維可視化（Thinking Visualization）是采用圖示技術將思維結構、思考路徑及方法進行顯性表達的過程。思維可視化強調直觀進行思維信息傳遞及加工，堅持“思維發展重于知識獲取”和“策略生成重于問題解決”的基本原則，將思維可視化運用到學科教學中，可以實現零散知識系統化、隱性思維顯性化、解題規律模型化。思維可視化在實際教學中的運用是靈活、開放的，思維可視化工具的運用能有效對思維進行訓練，利于實現思維突破。思維可視化在未來課堂教學中具有獨特、顯著地位，是未來課堂教學資源所具有的一種重要功能特征，基于思維可視化教與學策略設計是發揮未來課堂功能優勢的有效途徑。依據思維可視化的原則和方法，本文采用思維可視化技術在高職數控專業入學專業教育、課程知識講授、課程的教學設計等環節中對專業教學模式進行創新應用，取得良好的教學效果。

一、采用課程地圖規劃課程體系，幫助學生明確學習目標

課程知識地圖能很好地呈現知識點之間的結構和關聯，彌補當今高職教學中存在的有效知識片面割裂的不足。為幫助新生盡早融入大學生活、及早進入專業學習狀態，本校對新入學新生安排了專業教育，主要介紹專業就業方向、前景，及師資、課程及其學習方法等。其中，對專業課程體系介紹采用課程地圖，使學生能對三年大學所學課程性質、教學安排、相互關聯性有全面的了解。

進行專業教育時，將課程地圖按教學周期層層展開。高職數控專業主要培養從事數控加工工藝編制、產品CAD/CAM設計、數控設備的操作、維護，以及機械零件的生產、檢測、質保、銷售等產品鏈上各環節所需高層次技能型人才。本校根據高職工科類學生未來崗位能力及職業遷徙的需求，提出“新四類”課程體系，即職業素質課程、專業知識課程、崗位能力課程和個性拓展課程。課程地圖通過不同圖標標示了該四類課程。“新四類”課程中的實踐課程，主要訓練學生實踐技能，培養其未來崗位能力，一般以集中課程體現。另外，將培養學生專業能力的關鍵課程歸為核心課程，它是專業課程建設的首選目標。集中課程和核心課程分別用圖例、圖標進行標示。對跨學期持續進行的《大學英語》《高等數學》《體育》等職業素質課程用關系線進行連接，使學生知曉該類課程持續性特點，以及對自己的素質能力培養的重要性。

課程地圖以系統、直觀的圖示方法展示課程教學順序及相互間的邏輯關系，步步為營、環環緊扣、層層推進，以便于學生對大學階段所學課程及能力培養要求有系統的認識，幫助學生明確學習目標、及早規劃未來職業路徑。課程師資團隊采用課程地圖則能在整體上對課程教學內容安排、教學進度銜接方面進行思考和優化。

二、通過知識結構圖串接課程知識點，理清課程邏輯

學習者構造一個清晰的知識網絡，有利于直覺思維的形成，促進知識的遷移。在專業課程信息化資源建設過程中，采用知識結構圖架構課程知識點，在課程講授時則對知識點進一步展開，通過思維發散，幫助學生對知識及技能理解和掌握。通過知識結構圖串接課程知識點，開宗明義地對本門課程的主要內容、知識點進行介紹，使學生首先對課程有整體認識、把握，啟迪其進行自主知識探究。

單元授課時將知識結構圖的知識點進一步擴展為單元知識結構圖（圖1）。在專業課《數控機床結構》教學中，在講授數控機床知識要點時，以數控車床、數控銑床、加工中心、數控特種加工機床四種典型數控機床為點，按照機床傳動系統、組成結構、工作原理三條主線進行思維發散、對知識深度探究。為強化效果，結合學校實訓中心、實驗室現有數控機床，通過講授、動畫演示、現場教學、實驗等教學手段，理實結合，深入講解、分析機床結構、功能原理及特點。

三、利用因果圖訓練學

生活用知識解決實際問題的能力實踐證明，頭腦風暴是一種群策群力，發揮集體智慧來解決綜合性技術難題的有效途徑。頭腦風暴有利于課題小組成員之間暢所欲言、廣開思路，實現靈感的激發，針對問題原因發表獨立見解，其分析結果可采用因果圖這種思維可視化工具顯性表達。在專業課程教學中，將因果圖運用于機加零件質量、機床故障等問題的分析、處理，有效訓練了學生活用知識，解決問題的能力。在草繪因果圖時通常采用方框、直線、曲線來表達因果關系及相互關聯性，取其質而忽其形;成果發布時則用MindMaster等軟件繪制，并通過整理、完善，使其更加美觀、規范，易于交流。教學中進行這種貼近企業實際操作的思維可視化訓練，能使學生較早介入、掌握有效處理實際工程問題的分析技巧、解決方法，培養與企業崗位無縫對接的技能型人才。

在教學實施中，先通過案例介紹、學生自學的方式使學生掌握因果圖的功能和畫法，再提出問題要求學生用因果圖來分析原因，手繪并整理成圖。由于學生掌握知識點的深度、廣度有限，且缺乏實際經驗，實踐中學生常出現的主要問題有：因果圖中主分支少，細分支的數量也不夠多;各要因之間邏輯不強，歸類不合理;各要素之間相關性不清，沒有在圖中有效關聯。針對學生所繪因果圖中存在問題，先通過學生間互評，教師再點評、答疑，使學生對因果圖在實踐中處理問題的全套流程、方法及最終效果等有深入的理解和掌握。同時，學生通過“獨立思考”“思維共振”，有效的進行知識歸類、整理，形成系統的學科知識網絡。該類訓練還能提升學生嚴謹的邏輯思維及綜合運用知識的能力，促成“列要素——理關系——建結構——通實踐”這一重要學習策略。

四、利用動畫技術設計教學內容，訓練學生工程創新設計能力

動漫畫課件以及傳統教學視頻嚴格上講不屬于思維可視化教學模式，因為它們都沒有呈現思考過程。在實踐中，MG（Motion Graphic，圖形動畫）技術具有生動、形象的特點，能很好吸引學生的注意力，將思維活動貫穿其中也能促進思考，起到較好的學習效果。因此，在一些“枯燥、乏味”的基礎原理教學中，嘗試采用MG動畫形式制作微課，通過設問引思、追問啟思，實現思維共振，使學生對所授內容正確理解和掌握。鑒于背景、卡通形象會分散學生的注意力，在微課中弱化背景和人物圖像的設計，采用簡單的素白背景，以啟發性的問答式對話展開情節。另外，在實踐中還充分利用三維動畫的可視化特征，訓練學生工程創新設計能力。

在講授數控機床機械手驅動機構工作原理時，將教材中原有的二維結構原理圖進行三維轉化（圖2），強化其可視化效果，并節取其中一個關鍵部件-傳動盤的功能介紹制作成MG動畫微課。在微課中通過進行一系列的思維活動，引導學生從部件空間位置、功能關系層面進行聯想，推敲、分析實現不同的驅動動作。在組織學生進行“等雙軸拉伸試驗臺優化設計”研究性學習小組活動中，小組成員通過頭腦風暴，在頭腦中先構建出優化的實驗臺結構藍圖，再利用專業知識分工制作三維仿真動畫，經過形象思維和仿真動畫發生碰撞、交融，快速發現不足、彌補缺陷，最終達到較滿意的設計效果（圖3）。

結語

采用思維可視化技術進行專業教學形象、生動，有趣味、有內涵，受教學生由開始的生疏、別扭、不適應到新奇，并逐漸接受、喜歡。基于思維可視化教學模式需結合學情、課程特點，將思維可視化方法與具體教學內容結合起來進行有效設計。只有熟悉專業人才培養目標及課程體系才能制定合適的教學計劃、繪制合理的課程地圖;深知專業課程的知識內涵、能力培養要求，才能編制循序漸進、層次清晰的知識結構圖，適度把握收放節點，幫助學生理清關系;扎實的理論知識，加之豐富的實踐經驗才能引導學生繪出有效的因果圖，列出針對性的影響因素，從而采取切實有效措施;制作MG動畫要求對相關工作原理有通透的理解，并具有一定的想象力。另外，高職學生經過中學階段較系統基礎科學知識的學習，具備一定的推導、分析、綜合等邏輯思維能力，但水平參差不齊，在施行思維可視化教學時要把握適度原則，做好教師和學生之間的情感交互，及時反饋，跟進修改、完善。

基金項目：本文系江蘇省現代教育技術研究課題“結合現代教育技術的數控專業課程‘思維可視化教學模式研究”（編號： 2017-R-55978）階段性研究成果。

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