游戏教学法在职业教育制造类课程教学中的应用

■ 武汉铁路职业技术学院 朱 琳

高新技术制造业是国家在中国制造2035产业规划中重点设计产业之一,承担了社会产品制造的重要任务。

高新技术制造业也是目前职业教育服务主要产业,毕业生在行业企业内就业,满足相关企业巨大的用人缺口。由于生产制造一线岗位也需要从业者了解生产设备和流水线组成,许多职业院校根据地区产业特点需要开设应地区企业需要的制造类课程,让培养对象掌握了解实际生产线的设备构成。例如电子产品制造业从业人员要掌握表面安装制造设备课程,集成电路制造业从业人员需要掌握集成电路制造流程等内容,讲授实际生产设备及流程等知识点,以满足产业人才需求。

1 制造类课程教学现状

在制造业相关课程的实际教学中,因为实际生产设备价格昂贵,生产环境要求高,设备运行成本更是远超过其他课程实践设备。所以绝大部分院校难以完成完整的制造流程演示与训练,所以实践教学相对薄弱。大部分院校的教学模式是理论学习为主,辅助以视频学习、现场参观或是利用仿真软件来完成知识与技能的学习。但职业院校学生的认知学习特点是抽象接受能力不强。该类设备课程内容主要集中在设备介绍与对生产过程的罗列,利用文字图片对应生产设备功能,利用流程图抽象对应生产流程,这些内容对职业院校学生而言过于单调枯燥,缺乏实践参与环节,课堂学习效率不高。目前有厂家针对这些领域,开发出了相关设备仿真教学软件,例如集成电路领域,工业机器人领域,电子产品制造领域都有相关仿真软件。采用仿真软件可以在仿真环境下,认识设备功能和生产线实际运行流程,可以提高学习效率。但目前下,各类仿真软件价格仍较高,普及率不佳,不能满足绝大部分开设相关课程学校的需要。

在现有教学条件下,采用游戏教学法,避免高额投入购置实践设备或仿真软件,改革教学手段,提升课堂学习效率,能有序缓解教学压力,在实践条件改善前,保证课程教学质量与效率,适应人才培养需求。即使有充足实践设备,也能作为课堂教学的良好补充,

2 知识迁移与游戏教学法

知识迁移是教学中一种的学习效应,利用学习者在原有学习中获得的知识经验与知识结构,对学习新的知识技能学习进行影响。如果对新学习知识技能学习有促进作用,就形成了正迁移。合理地利用知识迁移,可以有效降低新知识的学习难度,提高学习效率。

游戏教学法是在义务教育中常用地一种教学手段,以学习对象感兴趣的游戏模式,将学习内容贯穿于游戏的执行与反馈中。相比其他学习方式,游戏教学法更容易能激起学习对象的兴趣,调动学习积极性,让学习对象的注意力保持高度集中。通过将知识融于游戏过程中,让学习对象在完成游戏过程中掌握和练习所学知识,提高了知识学习的效率,同时增加了学习的乐趣。在职业教育中,由于学生年龄与教学内容的特殊性,游戏教学法使用相对较少。但在制造类课程中,以其他课程游戏教学法的实践经验为参考,我们可以设计适应职教学生特点的教学游戏类型,促进知识迁移,降低课程教学难度。目前学生中比较流行的卡牌游戏为游戏模型,将生产制造设备变成标记有参数的卡牌,将生产流程知识融入卡牌构建,模拟出生产流程的构建,突出生产要素影响等环节。在初学阶段,利用此教学游戏法当作辅助教学手段,可以提高学习对象的积极性。

3 教学游戏模式的设计与实现

生产制造流程典型的知识点中,适合教学游戏法进行辅助教学的知识技能模块有:实际生产设备认识,集成电路生产流程组成与设计、影响生产质量的工艺要素这三个部分。按照这三个部分的教学需求,可以按下列模式设计游戏教学法。

3.1 以游戏牌对应生产设备认识

在此部分游戏教学法中,当教师讲解完实际生产设备类型与参数后,可以以课堂任务的形式与学生一起设计游戏牌,将某一具体设备变为纸质游戏牌。为卡牌包含实际名称型号和按实际参数设计优化后的游戏性能参数。有条件的情况下可加入图片突出典型设备外观特点,便于加深理解。学生制作完成的设备游戏牌可以相互审核评价,加深理解。通过这一环节,将常见生产设备均卡牌话,学生可以进一步掌握设备的性能参数差异,以及主要设备功能。

3.2 以游戏牌组成虚拟制造产线

在此部分游戏教学法中,当教师讲解完成实际生产流程与对应设备后,特别是讲解不同产品对应的不同设备后。教师可以指定生产流程,让学习者使用已经在上一环节中制作的游戏卡牌,选择设备卡牌按真实设备的组成原则正确的组成生产线,并完成性能评估。在这个游戏中环节中,学习者要主动掌握设备卡牌的辨识和功能识别,并牢记生产线的构成次序,从而完成对应知识的学习。学生完成生产线的虚拟搭建后,可以相互审核,教师进行最终点评,帮助学生建立设备组成认知,以利于面对真实设备教学时发生学习迁移。

3.3 以人物牌、工具牌、事件牌进行虚拟制造模拟

在此部分游戏教学中,当教师讲解完影响生产的“人、机、物、料、法”等要素后,引导学生将影响生产质量的工艺要素和生产中突发事件制作为事件牌,将生产中使用的工具变为工具牌,生产人员配备变为人物牌。事件牌的设计和功能,突出实际突发事件对原生产环节的影响;工具牌设计突出,实际中工具与生产环节,生产设备型号相适合的特性;人物牌突出实际作业人员特性对生产质量的影响。通过这一环节能更好地引导学生理解影响生产的工艺因素。制作完成的三类卡牌配合原有的生产设备卡牌可以虚拟构成一条包含设备、人员、工具的完整生产线。通过教师对牌组构成的正确性进行点评,学生形成完整生产线各要素构成的正确认知。

3.4 形成竞争性游戏模式

首先参考现有卡牌游戏规则,构建两人竞争性游戏模式。完成前三步训练的学生,配合前序训练制作的卡牌,进行竞争性游戏。在此游戏模式下,学生通过随机模式拥有一部分设备、人物、工具、事件牌。游戏开始后,学生用现有牌组成符合真实生产线构成的卡牌生产线,按产线参数进行生产。同时游戏双方可以轮流相互使用事件卡牌,形成游戏竞争,最后根据一定时间内虚拟生产线的产量高低产生胜负。游戏期间可指定第三人作为监控裁判,教师可以根据胜负结果与表现,进行课堂激励。

利用竞争性游戏模式,学生为了获取游戏胜利,会更准确的记忆游戏卡牌的内容和用法,掌握卡牌对应背后的实际设备和实际生产流程。在游戏胜负激励下,无论是游戏者还是裁判者都会更加深刻的理解这些生产要素和事件对实际生产的影响。从而将枯燥机械的设备和生产流程知识变为更加生动的游戏过程,更加适应职业院校学生认知特点,提高了课堂教学效率。根据学生学习注意力维持的时间特点,一次完整游戏竞争环节持续时间应控制在二十分钟左右,以保证最佳的学习效率,同时并不占用太多课堂教学时间。

3.5 鼓励进行课下练习

由于课堂时间有限,教师将学生主要注意力引导至卡牌的制作和设备认知,当通过一次竞争性游戏了解游戏模式后,可以以课下作业,课下竞赛等方式引导学生在课下自主进行多次游戏,从而获得足够的练习时间,加深对游戏中相关实际设备与生产知识的理解。

目前,按照该模式构建的游戏法已在表面安装技术生产制造教学和集成电路制造教学环节中进行部分测试。经过对比测试发现,经过卡牌制作和竞争性游戏训练过程的学生,对设备和工艺相关知识的记忆更加准确。同时部分在普通课堂学习不积极,效率不高的学生,进行游戏教学后,准确学习了相关知识与技能。通过训练后,学生在实践课程中的整体表现更加良好。测试同时也发现,不经过前序理论教学,直接使用游戏教学法的学生在后续实践课程中表现低于经过理论教学的同学。不经过理论教学,学生对游戏教学中的知识的记忆比较机械,无法发生学习迁移,更容易遗忘。

4 结语

这种游戏性教学模式可以有效缓解当前集成电路教学面临的困难,能充当现有教学模式的有益补充。由于卡牌游戏模式适合当年学生年龄段的认知特点,能获得更好的课堂教学效率。为保证学习效果,应首先进行理论知识学习,再进行游戏教学法,后续及时进行实际实践教学进行巩固。而如果不进行理论知识学习,学生单独进行游戏性教学,对知识点的掌握已发生囫囵吞枣,变为短时机械记忆。该游戏模式具有软件化前景,如能和网络教学平台或相关课程仿真软件嵌合在一起,构成基于软件的模拟仿真单元,则能获得更好的学习效果。当然教师在实施过程中,应进行提醒和引导,以避免游戏性学习过程中,学生对知识产生失真认知,形成了新学习知识有阻碍作用的负迁移影响。