师范专业大学生教具设计能力培养方法研究

雷一腾， 李 阳， 阿依嘎尓·艾尼完尔， 霍大勇

（1.伊犁师范大学电子与工程学院， 新疆伊宁 835000； 2.喀什地区麦盖提县实验中学， 新疆喀什 844600；3.喀什大学物理与电气工程学院， 新疆喀什 844000）

0 引言

教具是辅助教师更有效率的向学生传授教学知识的实物、模型、图表等教学工具与设备，在提升课堂质量和提高教学效果方面发挥着不可替代的重要作用。 在新背景下，面对基础教育由“育分”转向“育人”，由“重物”转向“重人”，借助快速发展的科技，基础教育教具也正向着个性化、精准化、智能化、小型化的方向发展。 虽然近年来我国的教育装备研发与制造水平有了一定的提升，但大而不强的问题依然存在， 以教育装备子目之一的教具为例，在教育理念渗透、功能性、耐用性等参数上与国外产品仍然存在着巨大的差距。 市场上所售的面向基础教育的教具大部分存在着结构简单、性能单一、同质化严重等问题。人才的缺失是造成上述问题的关键因素之一。培养专业化的教育装备行业人才迫在眉睫， 而提升师范专业人才的教育装备认知水平也意义重大。 我国基础教育拥有庞大的专业化人才队伍， 每年有大量师范专业毕业生进入教师队伍， 如果能够对师范专业大学生开展适度的教具设计教育，培养他们设计教具的能力，提升他们对教育装备的认知， 不但有助于他们成为学校里教育装备的管理能手， 而且有助于构建学校与教育装备企业的通道，通过他们“专业中介”的作用让教育装备企业真正了解教学一线实际需求，促进教育装备产品的更新升级，也有助于他们根据所在岗位的需求自行设计和制作教具以及教育装备，增进一线教师的教育装备教研能力。

自上世纪50 年代开始， 关于教具的专著就陆续面世。 人民教育出版社在翻译并出版了苏联相关教具设计的专著后，于1960 年组织普通教育教学改革展览会教具研究组专家系统编写了涵盖物理、化学、生物、数学、语文、历史、地理、美术、电教等课目的教具相关系列书籍。随后， 上海教育出版社和北京人民出版社等地方性出版社也陆续推出了教具设计系列书籍。 书籍内容主要集中在原理演示与设计自制方面，主要原因是受限于历史条件，不同地区办学条件不尽相同， 除城市外的中小学校教具匮乏，需要教师自己设计与制作教具，以充实学校教学资源，提高教学质量。这个时期的教具主要侧重点在原理性解释方面，制作时就地取材，推崇结构简单，通俗易懂，大部分教具较为粗糙，无法批量生产制作，也很难大规模的推广。 进入2000 年后，随着国家在教育领域投入的不断增加，基础教育的教学设施得到了有效的改善，相关教具的设计与制作书籍已不多见。 自己动手制作教具成为了少数教师的兴趣爱好，也成为了一项独特的技能。同一时期，各省、市、区县、中小学校的教具制作比赛时有开展，这些比赛主要面向数学、物理、化学、生物等传统理科课程，主要评分标准还是考虑就地取材和原理展示，教具的设计与制作基本上不考虑工程学的原理与规范。

教具是教育装备的子目之一，作为教育装备的子集[2]，将工程理念融入到教具设计之中， 把工程学理念与教育思想融合，实现教学功能，发挥教具的综合作用是教具未来的发展趋势。 虽然关于教具与教育装备的研究不是教育领域研究的热点，但是高校、学者以及教育装备行业仍然在孜孜不倦的探索。 在竞赛开展方面，2014 年，教育部高等学校机械基础课程教学指导委员会主办的第六届全国大学生机械创新设计大赛以“幻·梦课堂”为主题，要求各参赛队伍以教室用设备和教具的设计与制作为题目设计现代化的教具。 这是国家级学科竞赛首次以教具为主题命题，把教具从传统教育领域推广向全学科领域，吸引了理工类、师范类、外语类、农林类、综合类等612 所高校参与。赛后来看，高校学子设计的获奖作品不再是传统的教具，而是包含了机、电、液、控、人工智能等多因素的高科技产品。 工程理念融入教具设计是这些作品的最大特点，这是教具领域具有里程碑意义的大事件。在人才培养方面， 首都师范大学的艾伦教授在该校教育技术系成立了教育装备技术专业， 这也是全国第一个教育装备本科专业。 他认为人才培养问题是教育装备领域一直未能重视及未能很好解决的问题之一。 教育装备研究的核心问题是教育，教育装备人才需求主要是研发人才、管理人才和理论人才。 目前这三种人才首先应该在教育教学上有足够的知识和经验，而且应该具有相匹配的学历，同时，这三种人才应该是复合型的人才， 他们应该懂得设计和制造，应该具有理科和工科的知识背景，应该具有一定的管理学和心理学方面的知识[1-3]。

1 师范专业大学生教具设计能力培养的可行性分析

1.1 技术可行性

主要包括软硬件资源的配置与使用。目前，在保持特色的基础上，减少对单一学科的依赖，发展为综合性大学是国内高校发展的趋势。 大部分师范院校的师范专业已经缩减至一半以下， 部分院校建设有与工程学科相关学院， 有些院校虽没有但建立了电类专业相关的学院或者专业，这些学院的教师大部分具有工程行业背景，可以聘请这些教师为师范专业大学生作培训。 师范专业大学生对于不是本专业的知识一般都有抵触情绪， 在培训时教师不能按照工程类专业教学方式授课， 要删去不必要的内容，精简相关知识与技能，突出实用的特性。 可以选择计算机机房、金工实习实验室、通用技术实验室、木工实验室、 电工实验室、3D 打印实验室或者是大学生创新创业中心作为授课地点， 让学生能够接触到计算机设计与仿真、机械原理、电子设计、自动控制等相关软硬件资源，接受现代工程设计和制造方面的教育。

1.2 经济可行性

教具设计能力培训主要包括设计与制作两个环节。在设计时，可以共享使用工程专业的专业设计软件，如Auto-CAD、Solidworks 软件等。教师可以将精简后的相关电子版资料发给学生作为学习资料，省去学生购买相关专业教材的费用。 在制作实物时，标准零部件以及常用的非标准件可以通过实习实训耗材费用购买，能够机加工的零部件可以通过实验室的机加工设备或者3D 打印机制作， 特殊的零部件或者材料可以利用指导教师的科研经费，或者指导学生申请相关大学生科创竞赛以获得相关经费支持。

1.3 综合效益可行性

培养师范专业大学生教具设计能力虽然只是一个小小的教学改革，但是它能够产生较为可观的综合效益。 首先，对于师范专业大学生，在教育评价深刻改革的大背景下，掌握教具设计能力会为他们未来职业发展带来更多的竞争力和可能性。此外，对于学校来讲，在师范专业人才趋于同质化的时代，推进师范与其他学科交叉融合的人才培养改革，可以提升师范专业的办学特色。最后，对于教育装备行业来说，在万众创新的大背景下，让教具的使用者参与到教具的产业链之中，有助于提升教育装备的质量。

2 师范专业大学生教具设计能力培养的方法

2.1 转变专业本位思想

师范专业大学生普遍存在专业本位思想， 主要表现在对除本专业知识外其他知识的抵触和排斥， 认为只要学好本专业知识就已经能够满足教育教学的要求。 在基础教育大变革大发展的时代背景下， 专业本位思想限制了基础教育教师的想象力与竞争力， 割断了基础教育与其他交叉学科知识间的联系， 不但阻碍了教师个人的发展，也影响了基础教育教研工作的开展。

转变专业本位思想需要对师范专业大学生进行合理的引导。 通过班会或者是团课等活动集体学习《国务院关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》、《关于加强和改进新时代基础教育教研工作的意见》、《新文科建设宣言》等重要文件，为师范专业大学生讲解本地基础教育教师评价与职称评定等方面的内容，让师范专业大学生思考个人未来的发展问题，将个人发展与基础教育教研统筹联系起来，增强他们学习不同知识和技能的信心和决心。 鼓励师范专业大学生旁听非教育专业的课程，开阔学生的眼界，培养他们对不同学科知识与技能的兴趣。

2.2 引导学生发现教学中的问题

忽视现实教学中的问题是师范专业大学生存在的典型问题之一。 虽然师范专业大学生在学校学习了大量的理论知识，并在支教和实习过程中进行了实践和应用，但发现问题、分析问题和解决问题的能力不强，表现为没有自己的观点和想法，不善于总结和归纳，喜欢沿用传统的方法解决问题，缺乏应用新技术解决教育基础性问题的能力。

需要在实践中引导学生发现教学中的问题。 可以在相关专业课、微格训练课、支教和实习等教学过程中，将发现教学问题作为作业布置给学生， 让学生从自己所选的授课内容和授课实践中发现教学问题， 通过课堂讨论等方式分析问题，探讨解决问题的方法。要特别注意引导他们利用新技术和新方法分析和解决问题。

2.3 精选培训内容

考虑到师范专业大学生基本没有工程学相关专业基础，在培训时要精选内容，切不可将工程类课程直接拿来套用，知识点讲解要做到短小、简洁、易操作和记忆。对于机械部分，可以在机械原理、机械设计、工程制图、3D 打印知识模块中组合选择。以工程制图内容组织为例，由于师范专业大学生在高中已经学过相关投影知识，在稍加复习的基础上，可以从Solidworks 三维制图软件开始讲起。 一般来说，通过4 个课时即可完成基础建模（拉伸、旋转、扫描、放样）和基础修饰建模（圆角、抽壳、镜像、阵列）的课程讲解，再通过4 个课时的上机训练，学生基本就能够掌握常见模型的设计方法，能够了解三维建模的基本流程，不常用的建模和修饰命令可以通过后期的自学完成。在三维建模的基础上，只要建立工程图模板就可以投影为二维图纸，方便后续的加工。对于电子部分，可以对学生进行电工、电子、单片机方面的培训。 以单片机内容组织为例，可以利用仿真模拟软件进行虚拟设计，在设计成熟后再购买硬件组装和焊接。

2.4 培养学生的动手能力

培养动手能力的最好方式就是进入实训室训练。可以按照国家职业技能初级或中级的标准，根据实训室硬件设备情况安排培训内容，让学生掌握基本的金工、木工、电工技能，达到“实用够用”标准即可。 可以按照木工、金工、电工的顺序进行培训。 首先，在木工实训室加工木材坯料，安全性较高，学生易于理解加工方面的基础知识，同时，木材的良好加工性也方便学生制作教具的概念模型，让学生对教具的尺寸有一个清晰地认识。接着可以让学生进入金工实训室加工相关金属零部件， 让学生要注意安全与加工精度问题。最后，可以进行电工方面的训练，主要让学生了解各种常用电子元器件，各种常用电工工具，训练学生熟练使用电烙铁等工具，掌握焊接的技巧。

2.5 培养学生利用工程流程解决问题的能力

图1 师范专业大学生参加金工训练

用工程思维思考问题，用工程流程解决问题是学生必须养成的核心素养， 只有具有工程思维，才有可能理解教具及教育装备设计者的意图，只有利用工程流程做开发，才能够确保设计的成功率。 培养学生按照发现问题并提出问题-市场调研与分析-设计点位确定-设计方案确定-方案的评价和优化-工程图制作与输出-方案确定与样品试制的七大开发流程步骤开发教具，增强教具的工程内涵， 可以有效地解决目前自制教具存在的设计随意性强、精度低、外形粗糙、基本不具有推广性的种种问题。

2.6 鼓励学生参加不同学科的竞赛

学科竞赛可以有效地检验培训成果，进一步提升师范专业大学生的创新设计能力。 可以打破师范生只参加师范类竞赛的思想桎梏， 鼓励师范专业大学生组团参加全国大学生机械设计创新大赛、 全国大学生电子创新设计竞赛、“挑战杯” 全国大学生课外学术科技作品竞赛、“挑战杯”中国大学生创业计划大赛、 全国大学生工程训练综合能力竞赛、“互联网+”大学生创新创业大赛等竞赛，实现以赛促教，以赛促学，以赛促改，以赛促建。

图2 师范专业大学生设计全国大学生机械设计创新大赛作品

3 结束语

培养师范专业大学生的教具设计能力是可行的，它不但有助于师范大学生个人的事业发展，而且有助于扩大教育装备行业创新创业的人群，打通基础教育-高等教育-行业企业之间的壁垒，为教育装备行业的发展提供稳定的创新人才储备。