師范專業大學生教具設計能力培養方法研究

雷一騰， 李 陽， 阿依嘎尓·艾尼完爾， 霍大勇

（1.伊犁師范大學電子與工程學院， 新疆伊寧 835000； 2.喀什地區麥蓋提縣實驗中學， 新疆喀什 844600；3.喀什大學物理與電氣工程學院， 新疆喀什 844000）

0 引言

教具是輔助教師更有效率的向學生傳授教學知識的實物、模型、圖表等教學工具與設備，在提升課堂質量和提高教學效果方面發揮著不可替代的重要作用。 在新背景下，面對基礎教育由“育分”轉向“育人”，由“重物”轉向“重人”，借助快速發展的科技，基礎教育教具也正向著個性化、精準化、智能化、小型化的方向發展。 雖然近年來我國的教育裝備研發與制造水平有了一定的提升，但大而不強的問題依然存在， 以教育裝備子目之一的教具為例，在教育理念滲透、功能性、耐用性等參數上與國外產品仍然存在著巨大的差距。 市場上所售的面向基礎教育的教具大部分存在著結構簡單、性能單一、同質化嚴重等問題。人才的缺失是造成上述問題的關鍵因素之一。培養專業化的教育裝備行業人才迫在眉睫， 而提升師范專業人才的教育裝備認知水平也意義重大。 我國基礎教育擁有龐大的專業化人才隊伍， 每年有大量師范專業畢業生進入教師隊伍， 如果能夠對師范專業大學生開展適度的教具設計教育，培養他們設計教具的能力，提升他們對教育裝備的認知， 不但有助于他們成為學校里教育裝備的管理能手， 而且有助于構建學校與教育裝備企業的通道，通過他們“專業中介”的作用讓教育裝備企業真正了解教學一線實際需求，促進教育裝備產品的更新升級，也有助于他們根據所在崗位的需求自行設計和制作教具以及教育裝備，增進一線教師的教育裝備教研能力。

自上世紀50 年代開始， 關于教具的專著就陸續面世。 人民教育出版社在翻譯并出版了蘇聯相關教具設計的專著后，于1960 年組織普通教育教學改革展覽會教具研究組專家系統編寫了涵蓋物理、化學、生物、數學、語文、歷史、地理、美術、電教等課目的教具相關系列書籍。隨后， 上海教育出版社和北京人民出版社等地方性出版社也陸續推出了教具設計系列書籍。 書籍內容主要集中在原理演示與設計自制方面，主要原因是受限于歷史條件，不同地區辦學條件不盡相同， 除城市外的中小學校教具匱乏，需要教師自己設計與制作教具，以充實學校教學資源，提高教學質量。這個時期的教具主要側重點在原理性解釋方面，制作時就地取材，推崇結構簡單，通俗易懂，大部分教具較為粗糙，無法批量生產制作，也很難大規模的推廣。 進入2000 年后，隨著國家在教育領域投入的不斷增加，基礎教育的教學設施得到了有效的改善，相關教具的設計與制作書籍已不多見。 自己動手制作教具成為了少數教師的興趣愛好，也成為了一項獨特的技能。同一時期，各省、市、區縣、中小學校的教具制作比賽時有開展，這些比賽主要面向數學、物理、化學、生物等傳統理科課程，主要評分標準還是考慮就地取材和原理展示，教具的設計與制作基本上不考慮工程學的原理與規范。

教具是教育裝備的子目之一，作為教育裝備的子集[2]，將工程理念融入到教具設計之中， 把工程學理念與教育思想融合，實現教學功能，發揮教具的綜合作用是教具未來的發展趨勢。 雖然關于教具與教育裝備的研究不是教育領域研究的熱點，但是高校、學者以及教育裝備行業仍然在孜孜不倦的探索。 在競賽開展方面，2014 年，教育部高等學校機械基礎課程教學指導委員會主辦的第六屆全國大學生機械創新設計大賽以“幻·夢課堂”為主題，要求各參賽隊伍以教室用設備和教具的設計與制作為題目設計現代化的教具。 這是國家級學科競賽首次以教具為主題命題，把教具從傳統教育領域推廣向全學科領域，吸引了理工類、師范類、外語類、農林類、綜合類等612 所高校參與。賽后來看，高校學子設計的獲獎作品不再是傳統的教具，而是包含了機、電、液、控、人工智能等多因素的高科技產品。 工程理念融入教具設計是這些作品的最大特點，這是教具領域具有里程碑意義的大事件。在人才培養方面， 首都師范大學的艾倫教授在該校教育技術系成立了教育裝備技術專業， 這也是全國第一個教育裝備本科專業。 他認為人才培養問題是教育裝備領域一直未能重視及未能很好解決的問題之一。 教育裝備研究的核心問題是教育，教育裝備人才需求主要是研發人才、管理人才和理論人才。 目前這三種人才首先應該在教育教學上有足夠的知識和經驗，而且應該具有相匹配的學歷，同時，這三種人才應該是復合型的人才， 他們應該懂得設計和制造，應該具有理科和工科的知識背景，應該具有一定的管理學和心理學方面的知識[1-3]。

1 師范專業大學生教具設計能力培養的可行性分析

1.1 技術可行性

主要包括軟硬件資源的配置與使用。目前，在保持特色的基礎上，減少對單一學科的依賴，發展為綜合性大學是國內高校發展的趨勢。 大部分師范院校的師范專業已經縮減至一半以下， 部分院校建設有與工程學科相關學院， 有些院校雖沒有但建立了電類專業相關的學院或者專業，這些學院的教師大部分具有工程行業背景，可以聘請這些教師為師范專業大學生作培訓。 師范專業大學生對于不是本專業的知識一般都有抵觸情緒， 在培訓時教師不能按照工程類專業教學方式授課， 要刪去不必要的內容，精簡相關知識與技能，突出實用的特性。 可以選擇計算機機房、金工實習實驗室、通用技術實驗室、木工實驗室、 電工實驗室、3D 打印實驗室或者是大學生創新創業中心作為授課地點， 讓學生能夠接觸到計算機設計與仿真、機械原理、電子設計、自動控制等相關軟硬件資源，接受現代工程設計和制造方面的教育。

1.2 經濟可行性

教具設計能力培訓主要包括設計與制作兩個環節。在設計時，可以共享使用工程專業的專業設計軟件，如Auto-CAD、Solidworks 軟件等。教師可以將精簡后的相關電子版資料發給學生作為學習資料，省去學生購買相關專業教材的費用。 在制作實物時，標準零部件以及常用的非標準件可以通過實習實訓耗材費用購買，能夠機加工的零部件可以通過實驗室的機加工設備或者3D 打印機制作， 特殊的零部件或者材料可以利用指導教師的科研經費，或者指導學生申請相關大學生科創競賽以獲得相關經費支持。

1.3 綜合效益可行性

培養師范專業大學生教具設計能力雖然只是一個小小的教學改革，但是它能夠產生較為可觀的綜合效益。 首先，對于師范專業大學生，在教育評價深刻改革的大背景下，掌握教具設計能力會為他們未來職業發展帶來更多的競爭力和可能性。此外，對于學校來講，在師范專業人才趨于同質化的時代，推進師范與其他學科交叉融合的人才培養改革，可以提升師范專業的辦學特色。最后，對于教育裝備行業來說，在萬眾創新的大背景下，讓教具的使用者參與到教具的產業鏈之中，有助于提升教育裝備的質量。

2 師范專業大學生教具設計能力培養的方法

2.1 轉變專業本位思想

師范專業大學生普遍存在專業本位思想， 主要表現在對除本專業知識外其他知識的抵觸和排斥， 認為只要學好本專業知識就已經能夠滿足教育教學的要求。 在基礎教育大變革大發展的時代背景下， 專業本位思想限制了基礎教育教師的想象力與競爭力， 割斷了基礎教育與其他交叉學科知識間的聯系， 不但阻礙了教師個人的發展，也影響了基礎教育教研工作的開展。

轉變專業本位思想需要對師范專業大學生進行合理的引導。 通過班會或者是團課等活動集體學習《國務院關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》、《關于加強和改進新時代基礎教育教研工作的意見》、《新文科建設宣言》等重要文件，為師范專業大學生講解本地基礎教育教師評價與職稱評定等方面的內容，讓師范專業大學生思考個人未來的發展問題，將個人發展與基礎教育教研統籌聯系起來，增強他們學習不同知識和技能的信心和決心。 鼓勵師范專業大學生旁聽非教育專業的課程，開闊學生的眼界，培養他們對不同學科知識與技能的興趣。

2.2 引導學生發現教學中的問題

忽視現實教學中的問題是師范專業大學生存在的典型問題之一。 雖然師范專業大學生在學校學習了大量的理論知識，并在支教和實習過程中進行了實踐和應用，但發現問題、分析問題和解決問題的能力不強，表現為沒有自己的觀點和想法，不善于總結和歸納，喜歡沿用傳統的方法解決問題，缺乏應用新技術解決教育基礎性問題的能力。

需要在實踐中引導學生發現教學中的問題。 可以在相關專業課、微格訓練課、支教和實習等教學過程中，將發現教學問題作為作業布置給學生， 讓學生從自己所選的授課內容和授課實踐中發現教學問題， 通過課堂討論等方式分析問題，探討解決問題的方法。要特別注意引導他們利用新技術和新方法分析和解決問題。

2.3 精選培訓內容

考慮到師范專業大學生基本沒有工程學相關專業基礎，在培訓時要精選內容，切不可將工程類課程直接拿來套用，知識點講解要做到短小、簡潔、易操作和記憶。對于機械部分，可以在機械原理、機械設計、工程制圖、3D 打印知識模塊中組合選擇。以工程制圖內容組織為例，由于師范專業大學生在高中已經學過相關投影知識，在稍加復習的基礎上，可以從Solidworks 三維制圖軟件開始講起。 一般來說，通過4 個課時即可完成基礎建模（拉伸、旋轉、掃描、放樣）和基礎修飾建模（圓角、抽殼、鏡像、陣列）的課程講解，再通過4 個課時的上機訓練，學生基本就能夠掌握常見模型的設計方法，能夠了解三維建模的基本流程，不常用的建模和修飾命令可以通過后期的自學完成。在三維建模的基礎上，只要建立工程圖模板就可以投影為二維圖紙，方便后續的加工。對于電子部分，可以對學生進行電工、電子、單片機方面的培訓。 以單片機內容組織為例，可以利用仿真模擬軟件進行虛擬設計，在設計成熟后再購買硬件組裝和焊接。

2.4 培養學生的動手能力

培養動手能力的最好方式就是進入實訓室訓練。可以按照國家職業技能初級或中級的標準，根據實訓室硬件設備情況安排培訓內容，讓學生掌握基本的金工、木工、電工技能，達到“實用夠用”標準即可。 可以按照木工、金工、電工的順序進行培訓。 首先，在木工實訓室加工木材坯料，安全性較高，學生易于理解加工方面的基礎知識，同時，木材的良好加工性也方便學生制作教具的概念模型，讓學生對教具的尺寸有一個清晰地認識。接著可以讓學生進入金工實訓室加工相關金屬零部件， 讓學生要注意安全與加工精度問題。最后，可以進行電工方面的訓練，主要讓學生了解各種常用電子元器件，各種常用電工工具，訓練學生熟練使用電烙鐵等工具，掌握焊接的技巧。

2.5 培養學生利用工程流程解決問題的能力

圖1 師范專業大學生參加金工訓練

用工程思維思考問題，用工程流程解決問題是學生必須養成的核心素養， 只有具有工程思維，才有可能理解教具及教育裝備設計者的意圖，只有利用工程流程做開發，才能夠確保設計的成功率。 培養學生按照發現問題并提出問題-市場調研與分析-設計點位確定-設計方案確定-方案的評價和優化-工程圖制作與輸出-方案確定與樣品試制的七大開發流程步驟開發教具，增強教具的工程內涵， 可以有效地解決目前自制教具存在的設計隨意性強、精度低、外形粗糙、基本不具有推廣性的種種問題。

2.6 鼓勵學生參加不同學科的競賽

學科競賽可以有效地檢驗培訓成果，進一步提升師范專業大學生的創新設計能力。 可以打破師范生只參加師范類競賽的思想桎梏， 鼓勵師范專業大學生組團參加全國大學生機械設計創新大賽、 全國大學生電子創新設計競賽、“挑戰杯” 全國大學生課外學術科技作品競賽、“挑戰杯”中國大學生創業計劃大賽、 全國大學生工程訓練綜合能力競賽、“互聯網+”大學生創新創業大賽等競賽，實現以賽促教，以賽促學，以賽促改，以賽促建。

圖2 師范專業大學生設計全國大學生機械設計創新大賽作品

3 結束語

培養師范專業大學生的教具設計能力是可行的，它不但有助于師范大學生個人的事業發展，而且有助于擴大教育裝備行業創新創業的人群，打通基礎教育-高等教育-行業企業之間的壁壘，為教育裝備行業的發展提供穩定的創新人才儲備。