楊仲文

(中山市中等專業(yè)學(xué)校，廣東 中山 528458)

0 引言

自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平不斷提升，機(jī)械產(chǎn)業(yè)作為支撐國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，一直以來(lái)都被國(guó)家放在十分重要的發(fā)展地位。機(jī)械專業(yè)人才的培養(yǎng)作為向機(jī)械產(chǎn)業(yè)輸送人才的主要方式，也一直被我國(guó)所重視。但是，隨著時(shí)代的發(fā)展，無(wú)論是對(duì)人才需求的變化還是教育大環(huán)境的變化都對(duì)機(jī)械專業(yè)教學(xué)產(chǎn)生了較大沖擊，整個(gè)專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀都面臨著改革與創(chuàng)新的新問(wèn)題。知識(shí)可視化作為在信息時(shí)代發(fā)展起來(lái)的新興研究領(lǐng)域，其目的就是促進(jìn)人與人之間知識(shí)的傳播與創(chuàng)新，而其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用研究一直以來(lái)被教育領(lǐng)域以及知識(shí)可視化領(lǐng)域的研究者所重視，研究者認(rèn)為知識(shí)可視化能夠在促進(jìn)知識(shí)傳遞和創(chuàng)新的同時(shí)，還能夠幫助知識(shí)的呈現(xiàn)。不僅如此，知識(shí)可視化還能夠作為學(xué)習(xí)工具幫助學(xué)習(xí)者更好地進(jìn)行知識(shí)體系的自主構(gòu)建與創(chuàng)新，它的出現(xiàn)為我們對(duì)機(jī)械專業(yè)教學(xué)的改革與創(chuàng)新提供了新的研究視角。

1 研究背景

1.1 信息時(shí)代的不斷發(fā)展

在這個(gè)信息大爆炸的時(shí)代，信息化的飛速發(fā)展讓知識(shí)和信息的隨時(shí)隨地共享成為可能，據(jù)聯(lián)合國(guó)教科文組織統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有知識(shí)每年都在以10%的速度更新?？梢?jiàn)，當(dāng)今信息和知識(shí)的增加、更新、換代十分頻繁。面對(duì)如此繁多并趨于碎片化的信息與知識(shí)量，如何將其不斷梳理、分析和加工最后內(nèi)化為自己的知識(shí)，是適應(yīng)新的知識(shí)經(jīng)濟(jì)和信息社會(huì)的需要。

同時(shí)，不僅僅是信息和知識(shí)量在飛速地增長(zhǎng)，隨著社會(huì)科技的不斷發(fā)展，呈現(xiàn)知識(shí)的形式也變得多種多樣。人們不再單一地采用文字的方式來(lái)傳遞信息、傳播知識(shí)，越來(lái)越多的信息被用以圖片、動(dòng)畫(huà)、影像的方式來(lái)呈現(xiàn)，各式各樣的畫(huà)報(bào)、內(nèi)容豐富的電視電影在我們的生活中隨處可見(jiàn)。這不僅是因?yàn)榧夹g(shù)的發(fā)展為視覺(jué)信息的生產(chǎn)與傳播保駕護(hù)航，還因?yàn)榭梢曈嵦?hào)最為直觀易感。相較于文字和聲音，通過(guò)視覺(jué)得到的視覺(jué)圖像更加使人記憶深刻，這表現(xiàn)在人們?cè)陂喿x信息時(shí)，相比起純文字信息人們對(duì)圖文并茂的信息更為敏感，而當(dāng)我們回想起一件事情時(shí)，往往腦海中顯現(xiàn)的是一幅視覺(jué)畫(huà)面而不是一串文字。

1.2 機(jī)械專業(yè)教學(xué)的發(fā)展

在上個(gè)世紀(jì)八十到九十年代，機(jī)械工程專業(yè)人才的培養(yǎng)呈現(xiàn)兩極化，對(duì)于中等職業(yè)學(xué)校專業(yè)的學(xué)生的理論學(xué)習(xí)要求不高，只要求學(xué)生從事機(jī)械單一的實(shí)踐學(xué)習(xí)活動(dòng)，出現(xiàn)了“師傅做一步，學(xué)生照著做一步”的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致這類型的學(xué)生在進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)、面對(duì)真正的生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題時(shí)變得不知所措。運(yùn)用直觀性的視覺(jué)表征進(jìn)行教學(xué)在機(jī)械課堂教學(xué)中由來(lái)已久，翻開(kāi)任何一本機(jī)械專業(yè)的課本，我們都不難發(fā)現(xiàn)，里面有大量的圖示、圖表等視覺(jué)信息，這是機(jī)械專業(yè)本身的特點(diǎn)，而隨著時(shí)代的發(fā)展，許多結(jié)合了知識(shí)可視化的教學(xué)方法，能夠創(chuàng)造出直觀的視覺(jué)化知識(shí)產(chǎn)品，順應(yīng)了機(jī)械專業(yè)對(duì)直觀教學(xué)的需求，并且由于其易于理解和傳播的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械專業(yè)知識(shí)的教學(xué)中逐漸嶄露頭角，引起了人們的關(guān)注。它幫助人們梳理大腦中混亂的、瑣碎的知識(shí)，以結(jié)構(gòu)化的形式重構(gòu)并且表現(xiàn)出來(lái)，最終形成一個(gè)邏輯性強(qiáng)、條理清晰的知識(shí)體系，達(dá)到促進(jìn)知識(shí)表達(dá)、傳播甚至是創(chuàng)新的目的。這個(gè)過(guò)程中促進(jìn)使用者進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)造性思維能力，方便他們進(jìn)行知識(shí)的再次學(xué)習(xí)和交流，這里的使用者，可以是教師也可以是學(xué)生。

2 機(jī)械專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀及知識(shí)可視化對(duì)其產(chǎn)生的作用

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化主要任務(wù)是運(yùn)用先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)的理論與方法，解決現(xiàn)代工程領(lǐng)域中的復(fù)雜技術(shù)問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品智能化的設(shè)計(jì)與制造。如何將知識(shí)可視化與機(jī)械專業(yè)進(jìn)行深度融合，首先應(yīng)當(dāng)了解機(jī)械專業(yè)本身的發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題，從中討論知識(shí)可視化能夠?yàn)樗鼛?lái)怎樣的影響與改變。

2.1 機(jī)械專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及知識(shí)可視化對(duì)其的作用

知識(shí)可視化作為可視化領(lǐng)域發(fā)展的衍生領(lǐng)域，與可視化有著密不可分的關(guān)系，通過(guò)將知識(shí)可視化整合至機(jī)械專業(yè)教學(xué)，能夠幫助學(xué)生更好地梳理和自主構(gòu)建各類可視化信息與知識(shí)，幫助學(xué)習(xí)者跟上時(shí)代發(fā)展的腳步，這符合了機(jī)械專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中對(duì)學(xué)生的可視化信息處理能力的要求。同時(shí)，要想達(dá)到擁有寬廣的技術(shù)理論知識(shí)這一培養(yǎng)目標(biāo)，必須要讓學(xué)習(xí)者擁有符合自身特點(diǎn)的機(jī)械專業(yè)知識(shí)體系，知識(shí)可視化能夠幫助學(xué)習(xí)者構(gòu)建出系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)體系，同時(shí)簡(jiǎn)單明了的圖示還便于學(xué)習(xí)者相互之間的交流，幫助學(xué)習(xí)者更快速有效地完善自身的專業(yè)知識(shí)體系。最后在知識(shí)可視化的應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維等學(xué)習(xí)綜合素質(zhì)的促進(jìn)作用，也符合了培養(yǎng)目標(biāo)中對(duì)于學(xué)生的培養(yǎng)要求，因此，從我國(guó)對(duì)于機(jī)械專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)的角度來(lái)看，知識(shí)可視化應(yīng)用于其專業(yè)教學(xué)中是能夠很好地貼合培養(yǎng)目標(biāo)來(lái)發(fā)揮其作用的。

2.2 機(jī)械專業(yè)的專業(yè)特點(diǎn)及知識(shí)可視化對(duì)其的作用

通過(guò)將機(jī)械專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)地梳理，不難發(fā)現(xiàn)知識(shí)可視化能夠在各個(gè)方面迎合了機(jī)械專業(yè)的特點(diǎn)：第一，知識(shí)可視化幫助學(xué)習(xí)者更加直觀和系統(tǒng)地學(xué)習(xí)、梳理機(jī)械專業(yè)中的設(shè)計(jì)知識(shí)，使其更全面地掌握設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)思路等，也符合了機(jī)械專業(yè)中“重設(shè)計(jì)”的特點(diǎn)。第二，知識(shí)內(nèi)容豐富、涉及面廣等特點(diǎn)導(dǎo)致了課程內(nèi)容繁多的現(xiàn)象，通過(guò)運(yùn)用知識(shí)可視化方法，能夠?qū)⒎倍嗟闹R(shí)梳理成單個(gè)的單元，再將這些單元連結(jié)成一個(gè)大知識(shí)系統(tǒng)，細(xì)化學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也幫助其產(chǎn)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的概覽，順應(yīng)了機(jī)械專業(yè)的特點(diǎn)。第三，知識(shí)可視化能夠?qū)⒅R(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)乜梢暬幚?，將純文字的知識(shí)變?yōu)楦又庇^的、有條理、邏輯性強(qiáng)的圖表圖示。機(jī)械專業(yè)知識(shí)較強(qiáng)的圖示性為知識(shí)可視化敞開(kāi)了一扇大門，使得將知識(shí)進(jìn)行圖示化的處理變得更為簡(jiǎn)單與順暢。

2.3 機(jī)械專業(yè)教學(xué)目前存在的問(wèn)題及知識(shí)可視化對(duì)其的作用

首先，課程設(shè)置不合理，課程內(nèi)容繁雜主要屬于教學(xué)管理者層面存在的問(wèn)題，通過(guò)合理地選用知識(shí)可視化方法，將整個(gè)機(jī)械專業(yè)的課程從縱向、橫向兩個(gè)方面進(jìn)行梳理和構(gòu)建，能夠形成清晰明了的課程體系，由于知識(shí)可視化方法直觀、易于傳播和交流等特點(diǎn)，使得機(jī)械專業(yè)的課程設(shè)置達(dá)到最優(yōu)化。其次，在教育實(shí)施者層面，教師通過(guò)運(yùn)用知識(shí)可視化方法首先對(duì)專業(yè)課程體系有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)和理解之后，方能更好地開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。最后，對(duì)于學(xué)生層面存在的問(wèn)題，這種學(xué)習(xí)方法不僅能夠幫助學(xué)生構(gòu)建屬于自己的知識(shí)體系，對(duì)專業(yè)知識(shí)有更好的把控和理解，其直觀性的特點(diǎn)還能夠幫助學(xué)生更貼近生產(chǎn)實(shí)際。

3 基于項(xiàng)目教學(xué)法的知識(shí)可視化教學(xué)模式

3.1 教學(xué)模式基本框架的選擇與構(gòu)建

項(xiàng)目教學(xué)模式的基本步驟包括：提出項(xiàng)目任務(wù)、分析項(xiàng)目和制定計(jì)劃，實(shí)施項(xiàng)目計(jì)劃、檢查評(píng)估、項(xiàng)目歸檔和結(jié)果應(yīng)用等五個(gè)步驟。以上為項(xiàng)目教學(xué)模式的基本教學(xué)過(guò)程，而教學(xué)前的準(zhǔn)備則包括教學(xué)分析(教材分析、學(xué)生分析、教學(xué)目標(biāo)分析)。根據(jù)項(xiàng)目教學(xué)模式的基本框架，結(jié)合知識(shí)可視化圖示的構(gòu)建思路，能夠形成教學(xué)模式的基本框架。

通過(guò)教學(xué)前的教學(xué)分析，能夠幫助知識(shí)可視化工具使用者根據(jù)具體的教材情況將本節(jié)課知識(shí)按照知識(shí)可視化工具表中的分類進(jìn)行分類處理，應(yīng)方便工具表的查閱和工具的選用，根據(jù)不同的知識(shí)分類，合適地選用知識(shí)可視化工具及其繪制思路。當(dāng)確定需要選擇何種知識(shí)可視化繪制思路及工具后即可根據(jù)具體的圖示繪制思路來(lái)調(diào)整具體的教學(xué)過(guò)程，因此可將知識(shí)可視化工具的選擇這一步驟放至教學(xué)分析之后，教學(xué)過(guò)程開(kāi)始實(shí)施之前。知識(shí)可視化圖示框架的基本構(gòu)建需要繪圖者對(duì)于知識(shí)有一個(gè)基本的了解與掌握，在項(xiàng)目教學(xué)法中，項(xiàng)目任務(wù)的提出、分析項(xiàng)目和制定計(jì)劃這兩個(gè)步驟能夠讓學(xué)習(xí)者對(duì)所學(xué)知識(shí)有一個(gè)大致的概覽，因此應(yīng)當(dāng)將知識(shí)可視化圖示框架的基本構(gòu)建放在復(fù)習(xí)舊知之后，融入分析項(xiàng)目和制定計(jì)劃這一步驟中，幫助學(xué)生對(duì)所要完成的任務(wù)形成一個(gè)大致的知識(shí)框架，使得后續(xù)任務(wù)的完成有孔可入。而對(duì)于知識(shí)可視化圖示的進(jìn)一步完善則可以在具體的項(xiàng)目實(shí)施中進(jìn)行。因此，可以將這兩個(gè)步驟進(jìn)行融合，形成一個(gè)步驟，要求學(xué)習(xí)者在完成項(xiàng)目的同時(shí)豐富自己的知識(shí)可視化圖示。項(xiàng)目教學(xué)法中的檢查評(píng)估，不僅是對(duì)學(xué)生項(xiàng)目完成程度的檢查，還方便學(xué)生在這一環(huán)節(jié)中對(duì)于所形成的知識(shí)可視化圖示進(jìn)行交流，以更進(jìn)一步地完善自己的知識(shí)可視化圖示。項(xiàng)目歸檔和結(jié)果應(yīng)用這一步驟，也能夠與知識(shí)可視化圖示的檢視與再應(yīng)用思維結(jié)合。因此，通過(guò)將知識(shí)可視化圖示的構(gòu)建步驟與項(xiàng)目教學(xué)模式的融合，我們可以得到基于項(xiàng)目教學(xué)法的知識(shí)可視化教學(xué)模式，具體的步驟包括：第一步教學(xué)分析，第二步知識(shí)可視化工具的選用，第三步(復(fù)習(xí)舊知)項(xiàng)目任務(wù)提出，第四步分析項(xiàng)目、制定計(jì)劃以及知識(shí)框架的基本形成，第五步實(shí)施項(xiàng)目計(jì)劃、完善知識(shí)框架，第六步檢查評(píng)估、交流完善，第七步歸檔與結(jié)果應(yīng)用。

3.2 教學(xué)分析

教學(xué)分析包括教材分析、學(xué)生分析、教學(xué)目標(biāo)分析等。這些都是每一個(gè)教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)必須要做的教學(xué)準(zhǔn)備。教師通過(guò)對(duì)這些方面的分析，了解該節(jié)課程所處的課程地位、學(xué)生的知識(shí)準(zhǔn)備程度、所需實(shí)現(xiàn)的教學(xué)目標(biāo)、預(yù)想整個(gè)課程的教學(xué)效果。同時(shí)，通過(guò)結(jié)合教學(xué)目標(biāo)、教材分析，教師可以將本堂課的知識(shí)進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)的分類，即什么是事實(shí)性知識(shí)、概念性知識(shí)、程序性知識(shí)、動(dòng)作技能性知識(shí)以及元認(rèn)知知識(shí)，方便教師對(duì)于知識(shí)可視化方法有更準(zhǔn)確的選用。

3.3 知識(shí)可視化方法的選取

通過(guò)教學(xué)分析，教師已經(jīng)對(duì)本節(jié)課知識(shí)進(jìn)行了分類，接下來(lái)對(duì)各類知識(shí)進(jìn)行可視化處理。教師根據(jù)不同類型的知識(shí)，在知識(shí)可視化工具表中找到該類知識(shí)所對(duì)應(yīng)的分類區(qū)域，再根據(jù)不同的知識(shí)可視化復(fù)雜程度，來(lái)進(jìn)行方法的選擇。研究者建議一堂課程當(dāng)中的知識(shí)可視化選取應(yīng)該難易摻雜，且復(fù)雜的知識(shí)可視化方法選用最好小于等于兩個(gè)，以減少教師和學(xué)生的教與學(xué)負(fù)擔(dān)，在提高了教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)不給教育者和學(xué)習(xí)者增加額外的學(xué)習(xí)量。

3.4 教學(xué)過(guò)程

基于項(xiàng)目教學(xué)法的知識(shí)可視化教學(xué)模式基本可以分為六個(gè)步驟，分別是:復(fù)習(xí)舊知、任務(wù)提出、分析項(xiàng)目引入新知、實(shí)施項(xiàng)目計(jì)劃，檢查評(píng)估以及歸檔與結(jié)果應(yīng)用。

首先在復(fù)習(xí)舊知階段，教師通過(guò)利用之前的知識(shí)可視化圖示或是具有知識(shí)喚起功能的知識(shí)可視化方法，將喚醒學(xué)生腦海中與本堂課程的知識(shí)相關(guān)聯(lián)的知識(shí)，以便于學(xué)生更快地適應(yīng)到本堂課的學(xué)習(xí)當(dāng)中去，該步驟可以根據(jù)教學(xué)的具體情況進(jìn)行適當(dāng)安排，如果是連堂課的情況，為節(jié)約教學(xué)時(shí)間該步驟可以省略。第二步為項(xiàng)目教學(xué)法中的任務(wù)提出，該步驟主要是為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的生產(chǎn)實(shí)際情境而設(shè)置，將學(xué)生的學(xué)習(xí)帶入到現(xiàn)實(shí)生活中去能夠幫助學(xué)生在畢業(yè)之后更快的適應(yīng)實(shí)際工作狀態(tài)。第三步為分析項(xiàng)目，引入新知。在此階段教師需利用知識(shí)可視化圖示可以不斷拓展、完善的特點(diǎn)，提出包含基本新知識(shí)的知識(shí)可視化圖示基本框架，在基本框架的形成過(guò)程中結(jié)合項(xiàng)目對(duì)新知識(shí)進(jìn)行講解。主要目的首先是增加學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，降低學(xué)生完成項(xiàng)目的難度。其次通過(guò)構(gòu)建知識(shí)圖示的基本框架，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步補(bǔ)充、完善圖示，降低了學(xué)生選擇和使用知識(shí)可視化工具的難度，減少了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。但這里值得指出的是，教師在課程準(zhǔn)備階段應(yīng)當(dāng)構(gòu)建出完整的知識(shí)可視化圖示框架，而在上課階段只展示基本框架。第四步是項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下完善知識(shí)可視化圖示的基本框架，形成自己的知識(shí)儲(chǔ)備，再結(jié)合圖示完成實(shí)際項(xiàng)目，達(dá)到理論結(jié)合實(shí)踐的目的。本階段根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同可以讓學(xué)生分組或獨(dú)立完成。第五部分為項(xiàng)目檢查與評(píng)估，該階段學(xué)生需要將自己生成的項(xiàng)目結(jié)果以及完成的知識(shí)可視化圖示進(jìn)行展示和交流。通過(guò)展示和交流讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)自身圖示的不足之處，以進(jìn)一步完善知識(shí)圖示，以便于復(fù)習(xí)時(shí)使用。

3.5 歸檔與結(jié)果應(yīng)用

最后一步為歸檔與結(jié)果應(yīng)用，在這一階段教師和學(xué)生都需要對(duì)在本堂課生成的學(xué)習(xí)資料進(jìn)行歸檔與審閱。學(xué)生在上課過(guò)程中形成的知識(shí)可視化圖示最為直觀地表述了學(xué)生對(duì)于本節(jié)課程知識(shí)的掌握情況，而項(xiàng)目作業(yè)則體現(xiàn)出學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果。通過(guò)分析這些生成的資料能夠及時(shí)地了解到學(xué)生對(duì)于本節(jié)課知識(shí)的掌握程度，所得到的分析結(jié)果對(duì)于教師和學(xué)生來(lái)說(shuō)都是非常重要的。首先，對(duì)于教師而言，及時(shí)的反饋便于教師進(jìn)一步地完善整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)，進(jìn)而提升自己的教學(xué)質(zhì)量。其次，對(duì)于學(xué)生而言，可以從兩個(gè)方面接收課程的反饋，一方面是教師的，一方面是同學(xué)的。通過(guò)師生之間的相互評(píng)價(jià)，學(xué)生能夠從更為客觀、權(quán)威的角度來(lái)審視自己的學(xué)習(xí)成果。但是教師的能力畢竟是有限的，因此學(xué)生通過(guò)生生互評(píng)能夠更為細(xì)致地發(fā)現(xiàn)自己在學(xué)習(xí)過(guò)程中還有哪些沒(méi)有注意到的地方，最終促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)展。此外學(xué)生還能利用生成的學(xué)習(xí)圖示完成課后練習(xí)，進(jìn)行能力拓展，或是嘗試采用難度更大的知識(shí)可視化方法來(lái)對(duì)知識(shí)進(jìn)行重新梳理。

4 結(jié)語(yǔ)

將知識(shí)的可視化教學(xué)模式應(yīng)用到機(jī)械教學(xué)中，可以逐步實(shí)現(xiàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的細(xì)化，讓學(xué)生逐步認(rèn)知每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，從而提升學(xué)生的自我實(shí)踐能力。結(jié)合文中提出的知識(shí)可視化工具以及機(jī)械專業(yè)的特點(diǎn)，提出了適用于機(jī)械專業(yè)教學(xué)，從而最終實(shí)現(xiàn)了教學(xué)實(shí)踐能力的提升，也為后期的教學(xué)開(kāi)辟了一個(gè)新的領(lǐng)域。