基于ISM 法的中職《機械基礎》教材分析

費孝燁，李佳藝，周小淞

（貴州師范大學機械與電氣工程學院，貴州 貴陽 550025）

0 引言

2020 年元月教育部印發了《職業院校教材管理辦法》，對職業教育教材改革地提出了新的要求。《機械基礎》涵蓋內容龐雜，對應不同學段與專業，教材版本種類繁多，各作者在教材編寫風格與邏輯結構組織上又存在一定差異。對各版本教材知識結構對比研究，有助于明晰《機械基礎》的核心知識點，促進師生準確把握教材知識結構脈絡，從而規范職業教育機械類專業課程標準及健全職業資格體系建設，以解決職業教育中不同學段間機械專業課程銜接的問題。

針對當前《機械基礎》教材研究幾乎空白的現狀，本研究從教育部辦公廳公布的“十三五”職業教育國家規劃教材書目中摘選出三本不同《機械基礎（多學時）》教材內容（表1）為研究對象，運用ISM 法對三版教材內容組織邏輯進行分析和可視化處理，通過對比展現出教材的核心知識要素與邏輯組織結構，從而為中職《機械基礎》教學提供科學依據，同時為職業教育教材研究提供新視角。

表1 《機械基礎》研究教材

1 ISM 法與教材分析

ISM 法（Interpretative Structural Modeling Method），最早是美國John Warfield 教授為解決復雜社會經濟系統問題而創造的方法[1]。20 世紀80 年代，日本佐藤隆博教授首次將ISM 法引入教材分析領域，20 世紀90 年代末期，ISM 法被廣泛應用于對中小學教材的研究，然而在職業教育中，運用此方法分析教材的案例寥寥無幾。本研究運用ISM 法進行教材分析的基本流程，如圖1 所示。

圖1 ISM 法操作流程圖[2]

2 中職《機械基礎》ISM 法分析過程

2.1 抽取知識要素

為確保研究結果的準確，本研究選取知識要素的對象為“十三五”職業教育國家規劃教材書目中的三本《機械基礎（多學時）》教材，由三位《機械基礎》課程的任課老師仔細研讀各本教材中的內容要求與邏輯關系，經反復研究討論后抽取三版教材知識要素，并擬定知識要素之間的關系，邀請機械行業專家評議，最終確定知識要素間的形成關系，建立鄰接矩陣，見表2。

表2 三版《機械基礎（多學時）》知識要素編碼

2.2 確定形成關系，建立鄰接矩陣

根據ISM 法規定，如果在教學內容組織中，學生必須以知識要素A 為基礎才能掌握知識要素B，則稱A 是先行要素，B 是可達要素，A 與B 為直接關系。依據知識要素間的直接關系建立鄰接矩陣，矩陣中X軸為可達要素，Y 軸為先行要素，如兩者間存在邏輯關系，則在表中寫1，否則為0。由于篇幅有限，以欒學鋼，趙玉奇，陳少斌版《機械基礎（多學時）》教材為例，內容知識要素鄰接矩陣，見表3。

表3 欒學鋼版《機械基礎》內容知識要素鄰接矩陣

2.3 構建知識要素層級有向圖

使用SPSS 軟件將鄰接矩陣轉換為可達矩陣，并對可達矩陣進行層級劃分，得出三版教材內容知識要素層級分布表，見表4。

表4 《機械基礎》內容知識要素層級分布表

結合表4 和各知識要素間的直接關系構建知識層級有向圖，如圖2、圖3、圖4。

圖2 張國軍版《機械基礎》知識要素層級有向圖

圖3 劉曉芬版《機械基礎》知識要素層級有向圖

圖4 欒學鋼版《機械基礎》知識要素層級有向圖

3 分析與討論

3.1 知識要素的對比

分析表2 可以發現，三版教材的知識要素的總量都為11 個，雖然知識要素名稱存在差異，但內涵基本一致。觀察表5 可以發現，力系與平衡，強度與剛度，材料與應用等知識要素均出現在三版教材中，劉曉芬版與欒學鋼版甚至知識要素一一對應，可見《機械基礎》核心要素具有高度一致性。

表5 三版教材知識要素重復出現情況統計表

三個版本對于知識要素理解最顯著的區別在于機械基礎實踐環節的開展，2019 年12 月，教育部印發的《職業院校教材管理辦法》要求突出職業院校教材的職業特色，落實職業教育類型教育任務。要求專業課程教材“強調實踐性”，“注重以真實生產項目、典型工作任務、案例等為載體組織教學單元”[3]。盡管三版教材都以階段任務的形式將實踐環節貫穿于各個章節，其中張版更是設置了綜合實踐環節，突出強調了《機械基礎》的實踐性，這也體現了職業教育中實踐性環節的重要性。

3.2 起始要素與結點要素

在ISM 法中規定：在層級有向圖中位于最底層、只有箭頭指出、沒有箭頭指入的要素就是起始要素；沒有箭頭指出、只有箭頭指入的要素就是結點要素[4]。起始要素是教材編排的邏輯起點，是教材知識開展的基礎，結點要素則是教材的終極目標。

從學科知識目標分析，圖2，3，4 中可得出，機械基礎是一門以力學、材料與制圖為基礎，以機構運動為研究對象的專業課程。因其各單元存在較強的關聯性，則在培養學生實踐能力的過程中也需注重專業理論知識的積累與運用。在《機械基礎》的教學中，因“構件受力與強度剛度”是所有單元內容的基礎，將其作為學習起點既符合學科邏輯，又遵循了學生的認知規律。

從學科能力目標分析，三版的起點要素都以力學為起始要素，以全面認識機械知識結點要素為最高目標，以不同的角度衍生出不同的邏輯線索。然而張版與其他版本的不同在于不光在章節中體現實踐環節，更將機械基礎綜合實踐單獨拓展成一個章節學習考評，體現了實踐在職業教育中既是目標又是評價；既是內容，又是形式的特殊地位。這體現了中職課程在課程內容相對穩定的情況下，不斷增強實踐性的趨勢。

3.3 要素間的邏輯關系

三版教材實際上都是單線結構，即“構件受力與變形規律及強度與剛度→機構運動與轉化規律→零件精度與安裝維修”。從表4 三版教材《機械基礎》內容知識要素層級分布表中可以發現，張國軍版的知識結構更加扁平化，前后知識相關性強。而后兩版知識主線更長，更容易使學生產生知識的割裂感。

例如，后兩版學生在學習完構件受力與變形規律及強度與剛度后，在沒有具體零部件基礎的情況下直接學習《誤差與公差》，并不符合學生的認知規律。此外，學習完《誤差與公差》《連接與緊固》后并沒有實踐項目加以鞏固，使學生難學易忘。在邏輯結構上，張版的知識邏輯結構更加科學。

4 結論和啟示

4.1 融合多種教材，靈活組織教學

由表4 知識要素層級有向圖可看出，《機械基礎》知識組織結構與書本目錄結構往往存在很大差別。教師若照本宣科，那么學生將很難將雜亂的知識點融會貫通。教師應當善于借鑒其他優秀教材結構，博采眾長，在深刻理解教材的基礎上靈活組織教學，為學生建構起有邏輯的知識結構。

4.2 加強實踐與理論聯系，開發《機械基礎》實踐線路

教育部明確指出職業教育實踐性環節要占50%以上，實踐學時增加的同時應當注意提升實踐案例質量。首先，教師應該在機械教學中不斷更新案例素材庫，理論聯系實際，開發與知識點相關性強的典型案例。其次，實踐性教學設計也應當遵循學生認知發展規律，循序漸進，形成另一條連接起點要素和節點要素的“共有線”。打造邏輯性與實踐性兼顧的雙線結構課程，將會更加有助于中職學生掌握《機械基礎》[5]。

4.3 依托教材，面向“立德樹人”目標

教材是育人育才的重要依托，教師不能僅僅依靠教材，立德樹人才是根本目標，在建構知識的同時也應當注意塑造人，教學應當超越教材，將國家命運與個人未來聯結，培養學生的職業道德與愛國情懷，“為黨育人，為國育才”。

5 結語

教材分析作為“三教改革”的基礎性工作，是推動職業教育高質量發展的重要一環。然而相比于基礎教育，職業教育在教材分析方面的研究相去甚遠。ISM法作為一種有效解決復雜系統工程問題的分析工具，其作用不僅局限于教材的分析，對推動職業教育專業設置，課程體系，學段銜接等問題的解決也具有較強的可行性與參考價值。本研究以ISM 法分析中職《機械基礎》之于教材如管中窺豹，之于方法如牛鼎烹雞，希望能夠拋磚引玉，不斷引入新方法，新視閾，切實推進職業教育高質量發展。