高职数控专业思维可视化教学模式创新应用研究

罗华安

摘要：思维可视化是一种有效的创新思维训练方法，强调思考方法和路径的显性表达。为进一步促进现代教育技术在高职教学中推广、应用，本文探讨了将思维可视化技术运用于高职数控专业学生入学教育、课程教学、教学设计等环节的有效途径。采用课程地图规划课程体系，帮助学生明确专业学习目标;通过知识结构图串接课程知识点，点线贯穿理清课程逻辑;利用因果图追根溯源，训练学生活用知识解决问题的能力;贯穿思维活动，使用MG动画技术进行教学内容设计。结果表明，思维可视化技术的运用有效提高了学生对专业课程体系及课程内容的理解、掌握程度。

关键词：思维可视化;教学模式;创新应用

思维可视化（Thinking Visualization）是采用图示技术将思维结构、思考路径及方法进行显性表达的过程。思维可视化强调直观进行思维信息传递及加工，坚持“思维发展重于知识获取”和“策略生成重于问题解决”的基本原则，将思维可视化运用到学科教学中，可以实现零散知识系统化、隐性思维显性化、解题规律模型化。思维可视化在实际教学中的运用是灵活、开放的，思维可视化工具的运用能有效对思维进行训练，利于实现思维突破。思维可视化在未来课堂教学中具有独特、显著地位，是未来课堂教学资源所具有的一种重要功能特征，基于思维可视化教与学策略设计是发挥未来课堂功能优势的有效途径。依据思维可视化的原则和方法，本文采用思维可视化技术在高职数控专业入学专业教育、课程知识讲授、课程的教学设计等环节中对专业教学模式进行创新应用，取得良好的教学效果。

一、采用课程地图规划课程体系，帮助学生明确学习目标

课程知识地图能很好地呈现知识点之间的结构和关联，弥补当今高职教学中存在的有效知识片面割裂的不足。为帮助新生尽早融入大学生活、及早进入专业学习状态，本校对新入学新生安排了专业教育，主要介绍专业就业方向、前景，及师资、课程及其学习方法等。其中，对专业课程体系介绍采用课程地图，使学生能对三年大学所学课程性质、教学安排、相互关联性有全面的了解。

进行专业教育時，将课程地图按教学周期层层展开。高职数控专业主要培养从事数控加工工艺编制、产品CAD/CAM设计、数控设备的操作、维护，以及机械零件的生产、检测、质保、销售等产品链上各环节所需高层次技能型人才。本校根据高职工科类学生未来岗位能力及职业迁徙的需求，提出“新四类”课程体系，即职业素质课程、专业知识课程、岗位能力课程和个性拓展课程。课程地图通过不同图标标示了该四类课程。“新四类”课程中的实践课程，主要训练学生实践技能，培养其未来岗位能力，一般以集中课程体现。另外，将培养学生专业能力的关键课程归为核心课程，它是专业课程建设的首选目标。集中课程和核心课程分别用图例、图标进行标示。对跨学期持续进行的《大学英语》《高等数学》《体育》等职业素质课程用关系线进行连接，使学生知晓该类课程持续性特点，以及对自己的素质能力培养的重要性。

课程地图以系统、直观的图示方法展示课程教学顺序及相互间的逻辑关系，步步为营、环环紧扣、层层推进，以便于学生对大学阶段所学课程及能力培养要求有系统的认识，帮助学生明确学习目标、及早规划未来职业路径。课程师资团队采用课程地图则能在整体上对课程教学内容安排、教学进度衔接方面进行思考和优化。

二、通过知识结构图串接课程知识点，理清课程逻辑

学习者构造一个清晰的知识网络，有利于直觉思维的形成，促进知识的迁移。在专业课程信息化资源建设过程中，采用知识结构图架构课程知识点，在课程讲授时则对知识点进一步展开，通过思维发散，帮助学生对知识及技能理解和掌握。通过知识结构图串接课程知识点，开宗明义地对本门课程的主要内容、知识点进行介绍，使学生首先对课程有整体认识、把握，启迪其进行自主知识探究。

单元授课时将知识结构图的知识点进一步扩展为单元知识结构图（图1）。在专业课《数控机床结构》教学中，在讲授数控机床知识要点时，以数控车床、数控铣床、加工中心、数控特种加工机床四种典型数控机床为点，按照机床传动系统、组成结构、工作原理三条主线进行思维发散、对知识深度探究。为强化效果，结合学校实训中心、实验室现有数控机床，通过讲授、动画演示、现场教学、实验等教学手段，理实结合，深入讲解、分析机床结构、功能原理及特点。

三、利用因果图训练学

生活用知识解决实际问题的能力实践证明，头脑风暴是一种群策群力，发挥集体智慧来解决综合性技术难题的有效途径。头脑风暴有利于课题小组成员之间畅所欲言、广开思路，实现灵感的激发，针对问题原因发表独立见解，其分析结果可采用因果图这种思维可视化工具显性表达。在专业课程教学中，将因果图运用于机加零件质量、机床故障等问题的分析、处理，有效训练了学生活用知识，解决问题的能力。在草绘因果图时通常采用方框、直线、曲线来表达因果关系及相互关联性，取其质而忽其形;成果发布时则用MindMaster等软件绘制，并通过整理、完善，使其更加美观、规范，易于交流。教学中进行这种贴近企业实际操作的思维可视化训练，能使学生较早介入、掌握有效处理实际工程问题的分析技巧、解决方法，培养与企业岗位无缝对接的技能型人才。

在教学实施中，先通过案例介绍、学生自学的方式使学生掌握因果图的功能和画法，再提出问题要求学生用因果图来分析原因，手绘并整理成图。由于学生掌握知识点的深度、广度有限，且缺乏实际经验，实践中学生常出现的主要问题有：因果图中主分支少，细分支的数量也不够多;各要因之间逻辑不强，归类不合理;各要素之间相关性不清，没有在图中有效关联。针对学生所绘因果图中存在问题，先通过学生间互评，教师再点评、答疑，使学生对因果图在实践中处理问题的全套流程、方法及最终效果等有深入的理解和掌握。同时，学生通过“独立思考”“思维共振”，有效的进行知识归类、整理，形成系统的学科知识网络。该类训练还能提升学生严谨的逻辑思维及综合运用知识的能力，促成“列要素——理关系——建结构——通实践”这一重要学习策略。

四、利用动画技术设计教学内容，训练学生工程创新设计能力

动漫画课件以及传统教学视频严格上讲不属于思维可视化教学模式，因为它们都没有呈现思考过程。在实践中，MG（Motion Graphic，图形动画）技术具有生动、形象的特点，能很好吸引学生的注意力，将思维活动贯穿其中也能促进思考，起到较好的学习效果。因此，在一些“枯燥、乏味”的基础原理教学中，尝试采用MG动画形式制作微课，通过设问引思、追问启思，实现思维共振，使学生对所授内容正确理解和掌握。鉴于背景、卡通形象会分散学生的注意力，在微课中弱化背景和人物图像的设计，采用简单的素白背景，以啟发性的问答式对话展开情节。另外，在实践中还充分利用三维动画的可视化特征，训练学生工程创新设计能力。

在讲授数控机床机械手驱动机构工作原理时，将教材中原有的二维结构原理图进行三维转化（图2），强化其可视化效果，并节取其中一个关键部件-传动盘的功能介绍制作成MG动画微课。在微课中通过进行一系列的思维活动，引导学生从部件空间位置、功能关系层面进行联想，推敲、分析实现不同的驱动动作。在组织学生进行“等双轴拉伸试验台优化设计”研究性学习小组活动中，小组成员通过头脑风暴，在头脑中先构建出优化的实验台结构蓝图，再利用专业知识分工制作三维仿真动画，经过形象思维和仿真动画发生碰撞、交融，快速发现不足、弥补缺陷，最终达到较满意的设计效果（图3）。

结语

采用思维可视化技术进行专业教学形象、生动，有趣味、有内涵，受教学生由开始的生疏、别扭、不适应到新奇，并逐渐接受、喜欢。基于思维可视化教学模式需结合学情、课程特点，将思维可视化方法与具体教学内容结合起来进行有效设计。只有熟悉专业人才培养目标及课程体系才能制定合适的教学计划、绘制合理的课程地图;深知专业课程的知识内涵、能力培养要求，才能编制循序渐进、层次清晰的知识结构图，适度把握收放节点，帮助学生理清关系;扎实的理论知识，加之丰富的实践经验才能引导学生绘出有效的因果图，列出针对性的影响因素，从而采取切实有效措施;制作MG动画要求对相关工作原理有通透的理解，并具有一定的想象力。另外，高职学生经过中学阶段较系统基础科学知识的学习，具备一定的推导、分析、综合等逻辑思维能力，但水平参差不齐，在施行思维可视化教学时要把握适度原则，做好教师和学生之间的情感交互，及时反馈，跟进修改、完善。

基金项目：本文系江苏省现代教育技术研究课题“结合现代教育技术的数控专业课程‘思维可视化教学模式研究”（编号： 2017-R-55978）阶段性研究成果。

参考文献：

[1]刘濯源.基于思维可视化的课程改革支持策略[J].基础教育参考，2016（21）：3-6.

[2]刘濯源.思维可视化：减负增效的新支点[J].中小学管理，2014（6）：10-13.

[3]王会霞，代朝霞.思维可视化工具的应用价值分析[J].中国医学教育技术，2015（2）：111-115.

[4]路鹏燕，张麦侠，韩丽珍.思维可视化工具Prezi在信息技术教学中的应用——以简单Flash动画入门为例[J].中国教育信息化，2015（16）：63-65.

[5]姜丹，张晓雯，王辉.思维可视化技术在计算机课程教学中的创新应用[J].计算机教育，2017，No.270（6）：85-89.

[6]尹晗，张际平.思维可视化视角下的未来课堂架构研究[J].远程教育杂志，2016，35（2）：106-112.

[7]邱峰，张际平.未来课堂研究的价值取向与展望[J].现代教育技术，2015，5（12）：19-25.

[8]赵瑞军.基于未来课堂的思维可视化教与学策略设计[J].广西广播电视大学学报，2016，27（2）：19-22.

[9]许爱军.职业教育微课程中知识地图的结构模型与实践应用[J].中国职业技术教育，2017（11）：89-92.

[10]刘濯源.思维可视化与教育教学的有效整合[J].中国信息技术教育，2015（21）.

[11]李闫莉.浅谈思维可视化微课的制作策略[J].中国信息技术教育，2016（15）：173-174.