一种计算机辅助教学计划编制方法

1、一种计算机辅助教学计划编制方法            1 前言 随着科学技术和市场经济的迅速发展,技术和产品的生命周期日益缩短,市场需求日益多样化和个性化,社会对人才的需求也越来越呈现多样化、专业化和个性化1-2。高等学校学历教育的主要任务是传授专业基础知识、培养可持续发展的综合素质。学生毕业后,面对瞬变的人才市场,常感到无所适从,而企业方面又常感到合适的人才难求。顺应社会的需求,针对具体行业需求的定制式教学悄然兴起。 近年来,伴随着经济发展轨道的变化,广东省的一些企业向高校

2、提出了定制式教学培训的要求。例如某摩托车生产企业为了开拓海外市场,要对原产品进行改造,要求开设机械设计理论课程,主要目的是提高技术队伍人员的动力学分析与综合水平。 定制式教学需求属于同一工程领域,教学目标呈现多样化特征,所需基础涉及若干门课程,但不是这些课程的简单组合,亦无法照搬学校现成的教学计划。为了迅速响应社会需求,需要研究面向定制式教学的多样化教学计划设计方法。 2 定制式教学计划的需求 2.1 定制式教学计划的特点 1)快速响应。 2)明确的工程应用指向。 3)教学对象非齐性。 2.2 定制式教学计划的基本单位 如何以普通高校的课程资源为基础,迅速地制定满足不同工程应用和不同教学对象的

3、教学计划? 普通高校学历教育在制定教学计划时以课程为基本单位3,不适合学时紧凑、教学内容范围狭窄的情况。一个具体的工程应用往往涉及多门学科课程,但并不覆盖这些课程的全部知识点。近年来,为了实现加强基础、拓宽口径、体现专业特长、满足个性发展等教学意图,普通高校常采用“平台+模块”、“必修课程+选修课程”等方式组织教学4,不同的模块和选修课程的组合可以满足不同的专业要求,但这些平台或模块都是以具有同一基础的教学对象为前提,以提高学生的综合素质为目的的。 从定制式教学的角度分析,无论是哪门课程、哪个模块,都存在一些内容是对应工程所必须的,另外一些内容是无须的;一些能力有些人不具备,而另一些人已经超越

4、;一些内容有些人已经熟悉,有些人需要学习,有些人还需要补充一些知识后才能学习。所以,以课程为基本单位编制教学计划无法满足学时紧凑,对象多元化的需求。 本文采用以教学单元为基本单位制定教学计划的方法。以教学单元为基本单位,可以准确描述某工程项目所要求的知识和能力基础,准确描述教学对象的知识和能力结构。 2.3 定制式教学计划教学逻辑的建立 普通高校在制定学历教育的教学计划时,是以课程为基本单位进行先修课程划分的,例如理论力学课程要在修完高等数学课程以后开始。而以教学单元为基本单位编制教学计划,需要深入到课程内部、课程之间,研究不同教学单元之间的先修关系。 课程划分为教学单元后,各教学单元之间的先

5、修关系并不完全遵循原课程的先修关系。充分利用教学单元之间的这个性质,才能编制出学时紧凑的教学计划。 先修关系的建立要遵循“直接引用”的原则,不包括“间接引用”。 3 教学单元的信息结构 为了承载教学单元的基本信息,定义教学逻辑,方便计算机处理,满足快速响应的需求,必须构造合适的教学单元数据结构,建立教学单元数据库。教学单元的信息结构应该包含: 1)单元的名称、编号、所属课程的代码; 2)课内学时、课外学时,教学模式; 3)知识内容描述、能力与素质培养描述; 4)先修单元的链接。 图1描述了工程类教学单元之间教学时序的特征。标有序号的椭圆表示教学单元,这些教学单元可以属于不同的课程,但是统一编号

6、。箭头表示先修链接,箭头出发单元的教学时间在箭头到达单元的教学时间之后。 工程类科目中许多教学单元的先修链接指向不止一个先修单元。为了方便教学计划编制,本文采用“平台”的概念。图中的水平线表示平台,用大写字母标识。平台的数据结构包含平台名称、编号和若干链接,这些链接表示构成该平台所需要的教学单元,一个平台如果有多个链接,这些链接所连接的单元之间是并列关系。引入平台后,每个教学单元只需要一个先修链接,它连接一个先修单元或一个平台。 图1中最下层节点代表某门课程的开始单元,最上层节点代表某个最终要达到的教学目标。在工科领域,最终教学目标往往体现为一些综合训练项目,本文称其为项目单元。 表达最终教学

7、目标的项目单元根据人才市场的形势随时调整。加入新的项目单元十分方便。例如,要加入图1标号为11的项目单元(设该单元需要平台C的支持,并需要学过单元7所包含的知识),只须在数据库中加入该单元,链接至一个新建的平台,然后定义该平台的先修链接指向单元7和平台C(图1虚线),便完成了添加工作。4 教学计划的编制过程 定制式教学项目的教学目标对应具体的工程应用,常体现为一个或多个项目单元。从代表教学目标的单元开始,根据教学单元的链接关系进行搜索,可以得到满足教学目标、符合教学逻辑的一系列教学单元及其连接结构。显然,这样搜索出来的是完成最终教学目标所需教学单元的最小集。1 2 下一页

8、        计算机生成的教学计划是包含一系列教学单元以及它们之间先修关系的一个树形结构(若有多个树根则构成森林结构)。节点是教学单元,树根节点是反映最终目标的教学单元。在这个结构中,下层节点是上层节点的基础,有连接的节点之间存在先后次序,其他节点可以并行教学。 计算机辅助教学计划编制的过程分为三个阶段,下面结合案例进行介绍。 4.1 编制初步的教学计划 某定制式教学项目以“单缸发动机运转速度波动调节”项目训练单元为最终目标,启动教学计划编制系统,得到的教学计划树形结构包含高等数学、大学物理、理论力学、数值计算方

9、法、机械设计基础等课程的42个教学单元。 4.2 对初步计划进行裁剪 根据教学对象的基础删除高等数学、大学物理的部分教学单元,得到包含19个教学单元的树形结构如图2。其中编号为08009单元的名称是“单缸发动机运转速度波动调节”,属于项目训练教学环节;其他单元为:05256“飞轮设计方法”、04855“数值积分基础”、04851“数值微分基础”、05252“周期性速度波动成因”、05253“速度不均匀系数及许用值”、05250“简单的机械运动方程求解”、05248“机械系统等效动力学模型”、05247“机械运动方程式”、05245“机器运转的三个阶段”、05218“机构运动分析”、02164“

10、刚体平面运动微分方程”、02163“刚体定轴转动微分方程”、02160“刚体的转动惯量”、02156“质心运动方程”。01231“微分方程基本概念”、01225“定积分概念及应用”、01221“基本积分公式”、01220“不定积分的概念”。 4.3 划分教学阶段 定制式教学是与企业的生产活动同时进行的,互相之间要进行协调,在满足教学规律的前提下需要对教学时间精打细算,尽量减少总学时,并满足不同层次对象的教学要求。为此上述19个教学单元按照具体的教学对象划分为3个阶段。第一阶段包括高等数学和理论力学的8个教学单元,课内学时32,课外学时80。按照不脱产培训安排,每周的课内学时不超过4,总学时不超

11、过14,该阶段需要8周时间。第三阶段包括08009、05256、04855、04851这4个单元,需要7周时间。其余内容构成第二阶段,需要4周。具有机械类专业大专学历人员从第一阶段开始学习;具有近机类(与机械专业近似的其它专业)本科及以上学历人员从第二阶段开始学习;具有机械类本科及以上学历人员只需要进行第三阶段的学习。 5 结束语 本文研究了定制式教学的需求,提出一种计算机辅助教学计划编制方法。该方法的核心是教学单元数据库,数据库中的教学单元分为基础单元和项目单元两类。基础单元的分解、增加和删除是根据学科逻辑进行的,工作量较大,但建立后相对稳定,不需要经常变动;而项目单元则根据区域经济的发展,人才市场的变迁而调整。采用本文介绍的方法能够快速响应社会需求,制订满足具体工程应用的教学计划。 本文介绍的教学计划编制方法也可以提供高等学校学历教育参考。当前普通高校多采取若干年修订一次教学计划的方式,教学计划一经修订便保持几年不