基于成果导向教育理念的工厂物理学教学改革*

□ 周炳海

同济大学 机械与能源工程学院 上海 201804

1 研究背景

工厂物理学是一门工业工程研究生的专业课,主要培养研究生运用工厂物理学方法解决工厂生产活动中遇到的工业工程问题的能力。课程采用全英文教学,旨在拓展研究生的国际化视野,提高研究生的国际化沟通能力和创新能力[1-2]。以成果导向教育理念为核心,应用行动导向教学法,引领学生明确学习目标,自主获取新知,可以取得较好的学习效果。由此,基于成果导向教育理念的课程教学方法越来越得到高校的重视和肯定。笔者在分析成果导向教育理念教学模式的基础上,对如何采用有效的教学方法使学生真正达到教学大纲中要求的培养目标进行研究。

2 成果导向教育理念

成果导向教育首先由Spady提出,是追求卓越教育的核心,《华盛顿协议》全面接受了成果导向教育理念。成果导向教育理念倡导所有人都可以成功,以学生为中心,以学生学习成果为导向进行教学,重视学生的个性发展,扩展成功学习的机会,强调学生个人的进步表现和学业成就,关注学生的全面发展[3-4]。成果导向教育理念提倡的是一种逆向教学设计模式,教师首先制订教学应达到的成果与目标,然后反向研究教学方法,选择相应的教学课本,并设计、实施能够帮助学生进行能力提升的课程教育模式[5-6]。

3 工厂物理学教学现状

工厂物理学课程核心内容由工厂物理学基本概念与方法、准时制革新、工厂动力学、变动性原理、变动性腐蚀作用、推拉式生产原理、车间调度与控制原理、产能管理组成。针对上述教学内容,目前工厂物理学的教学目标、方式、手段、评价等存在不足之处。首先,以往课程教学目标仅仅笼统描述了要求学生掌握的知识点,而没有细分到《华盛顿协议》中的具体内容。其次,由于工厂物理学采用全英语教学,有较多的英语专业词汇和一些不常用单词,教师关注课程中英语专业词汇的发音和释义,但没有很好地应用启发式教学，而是采用填鸭式授课方式,学生仅仅被动接受课程内容,参与度低,学生主动学习的积极性受到限制。再次,因教学手段单一,绝大部分课程内容的教学以演示文稿的形式展示,课堂板书和有形模型的教学内容较少。从学生获取知识的角度分析,目前课程学习中课前预习的研究生较少,仅仅对教师指定的案例内容会进行预习。教学过程中研究生主动发言的积极性不高,通常通过教师点名来回答问题,研究生处于被动学习状态。总体而言,研究生对工厂物理学全英语课程缺乏足够的重视,在课程学习上投入时间和精力较少,大部分研究生仅仅是为了获得学分和高分而进行针对性学习,使研究生处于被动学习的状态,缺乏学习兴趣,这是目前工厂物理学课程教学的障碍之一。另一方面,教学评价过于依赖考试,缺少过程考核。考核中,闭卷考试成绩占总成绩的70%,平时成绩占30%。这种考核方式缺乏对课程考核的过程管理,并不能全面反映学生的真实水平,同时由于课程考试内容局限于教材、课堂笔记,能力考核较少,缺乏对学生综合能力和素质的评价。

4 工厂物理学教学改革

成果导向教育理念是工程专业认证标准的认证理念之一。将成果导向教育理念融合在工业工程专业课程教学过程中,可以更好地满足课程教学要求。

4.1 课程教学目标

成果导向教育遵循的是反向设计原则,由学科发展和社会需求决定培养目标,由培养目标决定毕业要求,由毕业要求决定每门课程的教学目标[7-8]。工业工程专业的硕士研究生人才培养目标为,培养具备现代工业工程和系统管理等方面知识、素质、能力,能够在企业从事生产、经营、服务等系统性规划、设计、改善、评价,以及创新工作的复合型工程技术人才。为了使研究生在知识、素质、能力三个方面与学科发展和社会需求相匹配,结合《华盛顿协议》中相对应的内容,确定工厂物理学的教学目标。

(1) 能够了解工厂物理学的基本概念,理解工厂物理学中存在的基本问题,具备解决这些基本问题的策略、技术、方法。

(2) 根据问题产生的背景与实际需求,对于能够定量化决策的问题,如调度问题、变动性问题、制造周期问题等,具备建立或选用相应数学模型进行定量化分析与决策的能力。

(3) 理解工厂物理学的基本特征,认识生产系统全局优化与不确定性管理的重要性,掌握处理这两方面问题的主要策略与方法,初步具备针对复杂问题提出与建立改进框架的能力。

(4) 对于复杂工厂中的生产、管理问题,能够辨识问题的不同层面及其相互影响的关系,综合应用相关专业知识及已有的各种解决方法,提出适当的改进策略与框架。

(5) 能够较为专业地进行全英文文稿演示汇报与书面报告,并对质疑进行回应。

(6) 在完成大作业的过程中能够形成合理的组织分工,学生能够融入学习团队,进行有效沟通,高效完成大作业。

4.2 课程教学方式和手段

教学方式和手段是达成工厂物理学全英语教学目标的重要环节,为此,基于教与学的角度提出适应成果导向教育理念的教学改革措施,便于更有效地达到课程教学目标。

教学改革后,在工厂物理学教学过程中,课堂授课采用以启发式为主的问题式教学、翻转课堂、案例教学等,授课内容采用反向设计,从具体的知识应用到抽象的理论方法。在教学手段方面,引入当今先进的电教产品,多种教学形式并存。

工厂物理学课程中,工厂物理学基本概念与方法、准时制革新课程内容主要采用问题式教学。设计工厂中典型产品加工流程的问题情境,使研究生直接面临要进行理论解释的事实,充分理解工厂物理学的定义与方法、制造目标、制造模型、性能评价等内容。通过讲授准时制革新背后的日本企业丰田的精益生产故事,使研究生身临其境感受准时制革新理念,提高学生学习的积极性。

工厂动力学、变动性原理、变动性腐蚀作用的课程内容采用以翻转课堂为主的教学方式,强调研究生课前预习,给出工厂动力学、变动性原理等知识点的相关网站及参考教材目录,同时每四人组成一个小组,在进行文献检索与阅读的基础上,对相应主题的原理、应用、研究现状等内容进行综述,小组成员协作制作并讲授微课视频。每组研究生将预习过程中无法解决的问题提交到小组,并在小组讨论中寻求满意的解答。如有难题同组研究生都无法解答,则提交给教师。教师不仅要回答研究生无法解答的问题,而且要拓展回答研究生为什么会出现无法解答此类问题的原因。课前预习和课后复习是翻转课堂教学法成功的关键,在翻转课堂模式下,教师尽量介绍有新颖性的课程预习资料,使研究生能主动利用课余时间学习。通过课外制作与讲授微课视频,锻炼研究生对问题归纳和总结的能力,同时使学习的自主性得到充分体现,锻炼小组成员的协作能力和中英文语言表达能力。

推拉式生产原理、车间调度与控制原理、产能管理的课程内容强调案例教学方式。案例教学是否有良好的效果,与案例质量、教师授课方法、研究生学习态度密切相关。案例教学必须收集、遴选、编写课程内容中需要理论与实际相结合的典型案例。如推拉式生产原理的案例教学,需要从精益生产教材、生产计划与控制教材，以及网络中遴选出具有代表性的理论与实际相结合的推拉式生产方式资料,在此基础上结合工厂物理学课程特点,应用全英文来编写案例。研究生课前预习案例,回答案例中的相关问题,是案例教学中的重要环节。教师在案例教学过程中要善于启发和激发研究生的学习兴趣,做到随着课堂讲授内容的深入对案例中的知识点加以分析、强调,拓展研究生的工程思维,使研究生开阔视野,增强工程观念,提高分析和解决实际工程问题的能力。

在工厂物理学全英文教学过程中,还应引入实景式教学方式。如在讲解工厂物理学课程中工厂车间生产特点时,使研究生到典型制造企业现场实地参观生产流程,理解和掌握各种生产系统的运作方式。为了全面达到工厂物理学全英文课程教学目标,将国际学术会议的场景引入全英文课堂教学也是十分有必要的,不仅可以使研究生了解国际学术会议的流程,锻炼英文交流和学术交流两个层面的能力,而且可以开阔研究生的国际视野。

在教学手段方面,工厂物理学课程理论性和实践性都较强。为了在课堂上达到良好的教学效果,工厂物理学进行全英文课程教学时,主要采用计算机加投影仪的演示文稿教学手段,同时也采用智能移动电话教学应用软件和板书。

对于课程中的定理和数学公式,采用以板书为主,演示文稿辅助的教学手段。如翻转课堂中讲授生产调度与控制时,数学规划模型中的目标函数、相应约束,以及求解模型的分支定界方法,必须采用板书进行一步一步推导,使研究生理解推导过程。

对于工厂物理学中工厂车间应用方面的内容,采用以多媒体教学为主,板书教学为辅的教学方式。如讲授引起系统变动性的各种因素时,将加工时间变动因素、设备故障变动因素、作业到达变动因素等通过文字、图像、动画、视频进行教学,给研究生一种直观、可视化的展示,使研究生容易理解和掌握与工程实际相关的知识点,同时使生产系统变动性方面的工程知识更为丰富,实际工程内容更充实。对于工厂物理学课程中全英文介绍的概念及简单知识点,采用演示文稿多媒体教学手段来完成,不仅可以提高授课内容的生动性和可理解性,而且可以提高教学效果。随着移动电话教学应用软件的开发,课堂中应用移动电话播放微课视频、演示文稿等内容,具有方便性和快捷性,不仅提高了教学效率,而且增加了学习的趣味性。

4.3 课程教学评价体系

课程评价是工厂物理学全英文教学的重要环节,对研究生学习和教师教学具有重要的导向作用[9-10]。基于成果导向教育理念的工厂物理学教学评价采用动态化、精细化的综合评价方法,尽量提高综合能力考核比例,降低知识记忆考核比例,具体体现在教师考核和学生自我评价两个方面。教师对课堂表现、课外作业、课前预习、课后复习、大作业、实验成绩、考试成绩等分别进行独立评分,将考核贯穿于整个教学过程的始终。学生自我评价时,需要学生分组完成各项作业,每位学生必须对其他同学给出评价。小组代表进行演示文稿汇报时,非同组学生需要进行评分,同组同学根据完成作业的贡献大小进行相互评分。通过实现教师考核与学生自我评价相结合,提高成绩的公平性,构建一种基于成果与目标的多元评价。

5 结束语

笔者结合成果导向教育理念教学模式,对基于成果导向教育理念的工厂物理学教学改革进行了研究。主要分析了当前工厂物理学课程全英文教学方式和手段存在的问题,结合工厂物理学课程全英文教学特点,针对教学内容、教学方式、教学手段、教学评价进行了改革研究。教学实践表明,实施基于成果导向教育理念的工厂物理学教学改革,在教学方式上引入问题式教学、翻转课堂教学、案例教学等,在教学手段上采用板书与多媒体教学手段相结合的方法,在教学评价上采用动态化和精细化的多元评价方法,使研究生自主学习的积极性得到显著提高,工程思维、团队合作、中英文语言表达等方面的能力得到全面提升,有效提高了工厂物理学课程教学目标的达成率。