基于5D影院模式的空間機械電子情景式教學(xué)課程建設(shè)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(xué)手段有限、理論內(nèi)容與概念抽象枯燥、以及航天可展示產(chǎn)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(xué)課程建設(shè)方案，通過多感官參與，使學(xué)生能夠真切地感受航天氛圍，更好地融入課堂，進而實現(xiàn)相應(yīng)教學(xué)目標。通過闡述情景式教學(xué)課程建設(shè)的意義、5D影院模式的核心概念與界定，給出課程教室建設(shè)一體化的基礎(chǔ)條件與準備工作、目標及其內(nèi)容，并擬以南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院為例，給出基于5D影院模式的空間機械電子情景式教學(xué)課程的建設(shè)過程與初步成效。

關(guān)鍵詞：5D影院模式 ?空間機械電子 ?情景式教學(xué) ?課程建設(shè)

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(xué)科屬性決定了其與傳統(tǒng)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(nèi)容無法通過課堂展示。此外，由于航天專業(yè)的特殊性[2]，航天產(chǎn)品比較稀缺，同學(xué)們很少有機會接觸相關(guān)的產(chǎn)品，航天類教學(xué)課程建設(shè)也相對落后。然而，數(shù)學(xué)的好壞將直接影響到學(xué)生的求知熱情、學(xué)習質(zhì)量、以及科研活動成果，并最終影響學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的好壞，因此進行空間機械電子學(xué)情景式教學(xué)尤為重要。本文針對新工科背景下航天類專業(yè)本科生的培養(yǎng)，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(xué)課程建設(shè)方案，使學(xué)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(xué)生能夠更好地融入到課堂，進而實現(xiàn)相應(yīng)的教學(xué)目標。

1 ?情景式教學(xué)課程建設(shè)的意義

目前，情景式教學(xué)在機械[3]、電氣[4]、醫(yī)學(xué)[5]等都得了廣泛的應(yīng)用，但是這些情景式教學(xué)措施大都應(yīng)用在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)[6]，這無形中造成了理論教授與動手操作的“脫節(jié)”，此外，情景式教學(xué)大都針對某一個操作實驗、某一個知識點、某一個操作設(shè)備等，無法真正實現(xiàn)課程大綱、教室環(huán)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(xué)手段相對有限，很多概念比較抽象，同學(xué)們接收起來比較困難，課堂教學(xué)相對枯燥。同時，情景式的教學(xué)可以加深學(xué)生對知識的認知和掌握程度，更有利于學(xué)生學(xué)習專業(yè)知識，從而激發(fā)其學(xué)習潛力，加深對所學(xué)內(nèi)容的認知，增強學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及實踐動手的能力。此外，學(xué)生在學(xué)到專業(yè)知識的同時，其自我學(xué)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(lǐng)域，也可以將情景式的學(xué)習方法，用到以后的學(xué)習工作中，對于探究問題、處理問題的能力培養(yǎng)具有良好的促進作用，這對學(xué)生在研究生階段的學(xué)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(xué)方法可以使同學(xué)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(xiàn)寓教于學(xué)的教學(xué)目標。

2 ?核心概念及其界定

2.1 5D影院模式的概念

傳統(tǒng)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(huán)境的真實感。本文提出的基于5D影院模式的情景式教學(xué)課程建設(shè)，不同于傳統(tǒng)的實驗操作課中的實驗教學(xué)，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(jù)研究生的整體培養(yǎng)目標，結(jié)合研究生的具體課程安排，有針對性的在教學(xué)計劃、授課內(nèi)容、教室的整體裝潢、教室的整體布置等各方面進行有機結(jié)合，將理論授課與實驗教學(xué)有機融會貫通，使授課的每一個環(huán)節(jié)都有教室內(nèi)圖片、實物、模型裝潢與其對應(yīng)，做到同學(xué)們一走進教室，同學(xué)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(xué)，將教室內(nèi)模型充分融入到教學(xué)中來，提高同學(xué)們對知識的認知和操作能力，從而提高學(xué)習效率。

2.2 課程教室一體化建設(shè)的條件與準備工作

空間機械電子情景式課程建設(shè)的首要條件就是實現(xiàn)專業(yè)課程與授課教室的一體化建設(shè)。本文以南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院為例，隨著我校與烏克蘭國立航空航天大學(xué)合作的不斷深入，尤其是近幾年在教務(wù)處的帶領(lǐng)下，我校航天學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)與教師代表遠赴烏克蘭學(xué)習交流和探討繼續(xù)加深合作事宜，在調(diào)研過程中，隨團領(lǐng)導(dǎo)、老師被烏克蘭情景式教學(xué)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(xué)教具完全貫通融入到了課堂授課中，對同學(xué)們的創(chuàng)新性與學(xué)習高參與度產(chǎn)生了積極影響。恰逢我校新校區(qū)航天大樓內(nèi)部規(guī)劃期，學(xué)院提出了建設(shè)情景式教學(xué)教室的想法，因此有機會將教室的內(nèi)部裝潢與課程進行有機結(jié)合。

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

3 ?情景式教學(xué)課程建設(shè)的目標與內(nèi)容

針對空間機械電子類課程與教室一體化設(shè)計工作，需要進行課程教學(xué)大綱、教學(xué)計劃、實驗課程設(shè)置、教室裝潢設(shè)計等方面進行統(tǒng)一設(shè)計，從而實現(xiàn)真正的一體化課堂建設(shè)。

3.1 情景式教學(xué)的課程大綱修訂

當前，以技術(shù)為主導(dǎo)要收益，憑創(chuàng)新求發(fā)展的戰(zhàn)略發(fā)展模式，對工科專業(yè)人才的實踐創(chuàng)新力與社會競爭力的培養(yǎng)提出了更高要求。針對現(xiàn)有課程將理論授課與實驗課程分開的現(xiàn)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(xué)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(xué)們在課堂學(xué)習的過程中，自己深度參與其中的實驗操作，這樣，同學(xué)們就可以課堂所學(xué)知識馬上呈現(xiàn)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(xué)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(xué)計劃修訂?？臻g機械電子類課程包括《空間機械電子學(xué)》、《航天結(jié)構(gòu)與機構(gòu)》、《空間機器人學(xué)》等課程，這些課程在傳統(tǒng)的講授中，都是按照教材從理論研究到仿真分析，再到設(shè)計實現(xiàn)，這種課程設(shè)置會導(dǎo)致某一段時間全部是理論教授，同學(xué)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(shè)計實現(xiàn)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(gòu)、元件等的原理和應(yīng)用，通過課堂的實物講解與操作，同學(xué)們能每節(jié)課都重度參與到課堂教學(xué)與學(xué)習中，提高了課堂的參與度。

3.3 實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的課程設(shè)置

經(jīng)過幾年的教學(xué)經(jīng)驗，實驗教學(xué)中同學(xué)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(fā)生，同時，結(jié)合課堂設(shè)計等可以有效提高學(xué)生的參與感，提高學(xué)習效率。

3.4 教學(xué)儀器研發(fā)與教室裝潢設(shè)計

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

4 ?情景式教學(xué)課程建設(shè)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(xué)的效果，本文以南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院為例，擬采用對比法進行研究，主要建設(shè)流程如圖1所示。

首先，以2018年同學(xué)采用傳統(tǒng)方式教授的方式，對同學(xué)們的課堂接受度、期末考試成績、評教以及平時的調(diào)查問卷等形式，對學(xué)生的學(xué)習效果進行跟蹤調(diào)查。其次，在2019年，我們對教學(xué)大綱和教學(xué)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(jié)合起來進行課程學(xué)習，在這個過程中，采用同樣的問卷等形式對同學(xué)們的學(xué)習興趣、學(xué)習效果等進行跟蹤調(diào)查。最后，2020年航天樓建成后，在相應(yīng)的教室進行裝潢，樓宇文化設(shè)計，對所有的教學(xué)設(shè)備進行采購配置，在情景式教室環(huán)境中進行課程教學(xué)，也采用同樣的方式對教學(xué)效果進行反饋。

通過3年的教學(xué)效果對比，分析3種教學(xué)方法的教學(xué)效果，同學(xué)們的學(xué)習效果，并驗證、分析、與對比情景式教學(xué)方法的有效性，進而實現(xiàn)5D影院模式的空間機械電子情景式教學(xué)課程建設(shè)方案的改進與優(yōu)化。

5 ?初步效果與啟示

本文將課堂授課、實驗教學(xué)和情景式教學(xué)有機的統(tǒng)一起來，旨在實現(xiàn)理論與實踐的無縫銜接?？傮w上看，基于5D影院模式的空間機械電子情景式教學(xué)課程建設(shè)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(shè)內(nèi)容?？臻g機械電子課程的選擇、評價指標、以及建設(shè)過程和方法也基本保證了擬建設(shè)教學(xué)課程的可行性。此外，本學(xué)院采用的滾動式資助制度能夠確保教學(xué)課程教室一體化建設(shè)的順利進行，以及相關(guān)航天教學(xué)設(shè)備的研發(fā)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(xué)課程建設(shè)取得了較為理想的初期效果。我們相信，只要我們繼續(xù)探究課程建設(shè)的內(nèi)在要求，并逐漸完善相應(yīng)課程建設(shè)管理制度，一步一個腳印，精益求精，就能夠盡快實現(xiàn)基于5D影院模式的空間機械電子情景式教學(xué)課程建設(shè)。

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