基于5D影院模式的空间机械电子情景式教学课程建设初探

董洋洋 张子建 王永滨

摘   要：针对空间机械电子类航天课程存在的课堂教学手段有限、理论内容与概念抽象枯燥、以及航天可展示产品稀缺等问题，本文提出基于5D（Five Dimensional）影院模式的情景式教学课程建设方案，通过多感官参与，使学生能够真切地感受航天氛围，更好地融入课堂，进而实现相应教学目标。通过阐述情景式教学课程建设的意义、5D影院模式的核心概念与界定，给出课程教室建设一体化的基础条件与准备工作、目标及其内容，并拟以南京航空航天大学航天学院为例，给出基于5D影院模式的空间机械电子情景式教学课程的建设过程与初步成效。

關键词：5D影院模式  空间机械电子  情景式教学  课程建设

中图分类号：G642                                  文献标识码：A                        文章编号：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

空间机械电子类航天课程的学科属性决定了其与传统的机械、电气等理工类课程有所不同[1]，该课程的很多理论教授内容无法通过课堂展示。此外，由于航天专业的特殊性[2]，航天产品比较稀缺，同学们很少有机会接触相关的产品，航天类教学课程建设也相对落后。然而，数学的好坏将直接影响到学生的求知热情、学习质量、以及科研活动成果，并最终影响学生培养质量的好坏，因此进行空间机械电子学情景式教学尤为重要。本文针对新工科背景下航天类专业本科生的培养，旨在提出一种基于5D（Five Dimensional）影院模式的、多感官参与的情景式教学课程建设方案，使学生能够身临其境地感受到航天氛围，直观地接触到实物或缩比模型，使学生能够更好地融入到课堂，进而实现相应的教学目标。

1  情景式教学课程建设的意义

目前，情景式教学在机械[3]、电气[4]、医学[5]等都得了广泛的应用，但是这些情景式教学措施大都应用在实验教学环节[6]，这无形中造成了理论教授与动手操作的“脱节”，此外，情景式教学大都针对某一个操作实验、某一个知识点、某一个操作设备等，无法真正实现课程大纲、教室环境、课堂参与等的有机融会贯通。尤其对于空间机械电子类课程，课堂教学手段相对有限，很多概念比较抽象，同学们接收起来比较困难，课堂教学相对枯燥。同时，情景式的教学可以加深学生对知识的认知和掌握程度，更有利于学生学习专业知识，从而激发其学习潜力，加深对所学内容的认知，增强学生发现问题、解决问题以及实践动手的能力。此外，学生在学到专业知识的同时，其自我学习能力也得到了提升，以至于到了研究生阶段，探索的大多是未知领域，也可以将情景式的学习方法，用到以后的学习工作中，对于探究问题、处理问题的能力培养具有良好的促进作用，这对学生在研究生阶段的学习，以及今后的科研工作均大有益处。

因此，采用多模式的情景式教学方法可以使同学们感受航天的氛围，更好的融入课堂，利用身体的各个感知器官感受航天的魅力，从而实现寓教于学的教学目标。

2  核心概念及其界定

2.1 5D影院模式的概念

传统意义上，5D电影[7]是指让观众从听觉、视觉、嗅觉、触觉、动感电影的背景和效果这五个方面来达到最强大的逼真感，能够放大周围环境的真实感。本文提出的基于5D影院模式的情景式教学课程建设，不同于传统的实验操作课中的实验教学，这种课程类似于我们观看的5D电影，老师相当于电影的放映师，指根据研究生的整体培养目标，结合研究生的具体课程安排，有针对性的在教学计划、授课内容、教室的整体装潢、教室的整体布置等各方面进行有机结合，将理论授课与实验教学有机融会贯通，使授课的每一个环节都有教室内图片、实物、模型装潢与其对应，做到同学们一走进教室，同学们犹如置身于美丽的苍穹中，其听觉、视觉、嗅觉、触觉等身体的各种感官都能感受到航天特色氛围，任何一个图片、实物都是老师教具，老师针对理论教学，将教室内模型充分融入到教學中来，提高同学们对知识的认知和操作能力，从而提高学习效率。

2.2 课程教室一体化建设的条件与准备工作

空间机械电子情景式课程建设的首要条件就是实现专业课程与授课教室的一体化建设。本文以南京航空航天大学航天学院为例，随着我校与乌克兰国立航空航天大学合作的不断深入，尤其是近几年在教务处的带领下，我校航天学院领导与教师代表远赴乌克兰学习交流和探讨继续加深合作事宜，在调研过程中，随团领导、老师被乌克兰情景式教学课堂所震撼，在教室中随处可见的航天器实物或缩比模型，其将实践教学教具完全贯通融入到了课堂授课中，对同学们的创新性与学习高参与度产生了积极影响。恰逢我校新校区航天大楼内部规划期，学院提出了建设情景式教学教室的想法，因此有机会将教室的内部装潢与课程进行有机结合。

本文拟结合自己所教授的《空间机械电子学》课程，将课程设置、课时规划、教室装潢布置、实践教学等进行融汇设计，提高同学们的课堂融入感，随堂参与感，从而提高学习兴趣，进而能够为其他航天特色类课程情景式教学课堂建设起到抛砖引玉的作用。

3  情景式教学课程建设的目标与内容

针对空间机械电子类课程与教室一体化设计工作，需要进行课程教学大纲、教学计划、实验课程设置、教室装潢设计等方面进行统一设计，从而实现真正的一体化课堂建设。

3.1 情景式教学的课程大纲修订

当前，以技术为主导要收益，凭创新求发展的战略发展模式，对工科专业人才的实践创新力与社会竞争力的培养提出了更高要求。针对现有课程将理论授课与实验课程分开的现象，旨在完成理论教授与实验操作融会贯通的空间机械电子类课程教学大纲修订。本项目将对空间机械电子类课程大纲进行修订，将实验课程融入到理论授课中，同学们在课堂学习的过程中，自己深度参与其中的实验操作，这样，同学们就可以课堂所学知识马上呈现到实验中，做到了理论与实践操作的无缝衔接。

3.2 多重参与度的教学计划修订

充分考虑多重参与度的空间机械电子类课程教学计划修订。空间机械电子类课程包括《空间机械电子学》、《航天结构与机构》、《空间机器人学》等课程，这些课程在传统的讲授中，都是按照教材从理论研究到仿真分析，再到设计实现，这种课程设置会导致某一段时间全部是理论教授，同学们的兴趣较弱，因此，在大纲修订过程中，以组件、模块为教授对象，将其理论研究、仿真分析与设计实现尽量安排在一堂课上，这样一堂课程中，我们可以教授某一个组件、机构、元件等的原理和应用，通过课堂的实物讲解与操作，同学们能每节课都重度参与到课堂教学与学习中，提高了课堂的参与度。

3.3 实验教学环节的课程设置

经过几年的教学经验，实验教学中同学们的积极性非常高，参与意愿也比较强烈，但是也存在由于上课时间间隔久，理论知识记忆不牢等情况，采用理论传授与随堂实验的方式可以有效避免该情况的发生，同时，结合课堂设计等可以有效提高学生的参与感，提高学习效率。

3.4 教学仪器研发与教室装潢设计

针对课程教学大纲和教学计划，针对每一堂课设计相应的实验或者课堂体验式教学内容，针对每一堂课，购置相应的与课程配套的教学设备，对于无法满足的教学设备，采用教师自己研发的方式进行补充，目前本院已配备多套较成熟的实验教学教具。另外，在装潢上和教学设备统筹配合，保证同学们可以将书本上学到的航天器，环顾教室四周，就能看到它在那静悄悄的等你，同学们在书本上学到的设计知识，能够很好的在航天器设计中得到具体的应用，这将会大大增强同学们的参与感。

4  情景式教学课程建设的过程与方法

为了验证基于5D影院模式的空间机械电子情景式教学的效果，本文以南京航空航天大学航天学院为例，拟采用对比法进行研究，主要建设流程如图1所示。

首先，以2018年同学采用传统方式教授的方式，对同学们的课堂接受度、期末考试成绩、评教以及平时的调查问卷等形式，对学生的学习效果进行跟踪调查。其次，在2019年，我们对教学大纲和教学计划修订完成，但是由于情景式教室还没有就位，因此，只能讲课堂理论授课和实验结合起来进行课程学习，在这个过程中，采用同样的问卷等形式对同学们的学习兴趣、学习效果等进行跟踪调查。最后，2020年航天楼建成后，在相应的教室进行装潢，楼宇文化设计，对所有的教学设备进行采购配置，在情景式教室环境中进行课程教学，也采用同样的方式对教学效果进行反馈。

通过3年的教学效果对比，分析3种教学方法的教学效果，同学们的学习效果，并验证、分析、与对比情景式教学方法的有效性，进而实现5D影院模式的空间机械电子情景式教学课程建设方案的改进与优化。

5  初步效果与启示

本文将课堂授课、实验教学和情景式教学有机的统一起来，旨在实现理论与实践的无缝衔接。总体上看，基于5D影院模式的空间机械电子情景式教学课程建设方案已初步形成了一套较为严密的管理体系、以及明确的目标和充实的建设内容。空间机械电子课程的选择、评价指标、以及建设过程和方法也基本保证了拟建设教学课程的可行性。此外，本学院采用的滚动式资助制度能够确保教学课程教室一体化建设的顺利进行，以及相关航天教学设备的研发与模型的制备。

由于这些制度的实施，基于5D影院模式的空间机械电子情景式教学课程建设取得了较为理想的初期效果。我们相信，只要我们继续探究课程建设的内在要求，并逐渐完善相应课程建设管理制度，一步一个脚印，精益求精，就能够尽快实现基于5D影院模式的空间机械电子情景式教学课程建设。

参考文献

[1] 闫长斌，时刚，张素磊，等.“双一流”和“双万计划”背景下学科、专业、课程协同建设：动因、策略与路径[J].高等教育研究学报，2019，42（3）： 35-43.

[2] 任玉琢，徐利梅，谢晓梅，等.面向新工科的本科专业培养方案及创新课程设计与实践[J].高等工程教育研究， 2019（3）：29-32.

[3] 尤冬梅.情境式导入巧实施[J].思想政治课教学， 2019（3）：61-62.

[4] 王炜杰，李平安.有效教学探索[J].物理通报， 2019， 38（1）： 61-63.

[5] 邱嫔，李思瑾，陈素珍.情景再现模式结合典型病例在中医研究生临床教学中的探索[J].国际中医中药杂志， 2019，41（1）： 88-90.

[6] 王萍，颜文贞，蔡宏亚，等.护理学虚拟现实实验教学平台的构建[J].实验技术与管理，2019，36（2）：151-153.

[7] 高原.5D电影动感体验平台运动控制卡设计[D].南京理工大学，2014.