疫情影響下應(yīng)用型本科“數(shù)控加工及CAM”線上教學(xué)改革與實(shí)踐

楊 君， 阮承治

（1.武夷學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，福建 武夷山 354300；2.農(nóng)機(jī)智能控制與制造技術(shù)福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 武夷山 354300）

2020年初，新型冠狀病毒疫情給國家?guī)硖卮笥绊?，全國高校延遲開學(xué)。為了確保疫情防控期間高校的教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)質(zhì)量不受影響，教育部印發(fā)“關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見”，要求高校積極開展線上教學(xué)，實(shí)現(xiàn)“停課不停教、停課不停學(xué)”[1]。

為落實(shí)教育部的工作要求，根據(jù)“數(shù)控加工及CAM”課程特點(diǎn)，在課程的改革與實(shí)踐中制定符合應(yīng)用型本科院校學(xué)生實(shí)情的教學(xué)方案，積極開展課程線上教學(xué)，采取了一些教學(xué)改革措施，確保線上教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果[1]。本文以“數(shù)控加工及CAM”線上教學(xué)為例，根據(jù)課程教學(xué)中所采取的一些措施和實(shí)踐，探索機(jī)械類專業(yè)課程在線教學(xué)的基本思路，更新線上教學(xué)模式、拓寬線上教學(xué)理念、發(fā)揮線上教學(xué)在人才培養(yǎng)中的積極作用。

1 課程定位和特點(diǎn)

在線上教學(xué)開始之前，任課教師應(yīng)明確所授課程的定位和特點(diǎn)?！皵?shù)控加工及CAM”課程是機(jī)械類專業(yè)的一門重要專業(yè)核心課程，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性、應(yīng)用性與綜合性。該門課程與其它課程具有明顯不同的特點(diǎn)，從培養(yǎng)方案來看，“數(shù)控加工及CAM”是承接基礎(chǔ)與專業(yè)知識的核心課程，起承上啟下的作用，該課程在應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)方案中的定位如圖1所示。課程既有理論教學(xué)，又有實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其中理論48學(xué)時(shí)（3學(xué)分），實(shí)驗(yàn)36學(xué)時(shí)（1.5學(xué)分），總計(jì)84學(xué)時(shí)（4.5學(xué)分）。學(xué)生通過前期物理、數(shù)學(xué)、電學(xué)、力學(xué)和機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造技術(shù)等課程知識的學(xué)習(xí)，積累了一定的專業(yè)基礎(chǔ)，通過“數(shù)控加工及CAM”課程的學(xué)習(xí)，旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用課程知識內(nèi)容，解決科研、生產(chǎn)、國防建設(shè)所面臨的產(chǎn)品制造加工問題，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控加工實(shí)踐能力及產(chǎn)品制造技術(shù)創(chuàng)新能力。

“數(shù)控加工及CAM”課程教學(xué)任務(wù)主要是介紹有關(guān)數(shù)控機(jī)床的組成、結(jié)構(gòu)、編程及機(jī)床操作，重點(diǎn)講授數(shù)控加工工藝方案設(shè)計(jì)、數(shù)控加工程序編制、數(shù)控機(jī)床操作實(shí)踐等。其教學(xué)目的是使學(xué)生了解數(shù)控機(jī)床的工作原理、掌握FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床及數(shù)控銑床程序編制方法，并進(jìn)行數(shù)控編程的實(shí)踐應(yīng)用。學(xué)生能初步掌握數(shù)控機(jī)床的基本工作原理及典型數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、數(shù)控加工技術(shù)，能正確編制零件加工工藝及數(shù)控程序，解決實(shí)際生產(chǎn)中零件加工問題。通過該門課程的學(xué)習(xí)，既為學(xué)生在后續(xù)機(jī)械設(shè)計(jì)或制造方向的學(xué)習(xí)夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)知識，在大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽、大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新競賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等作品設(shè)計(jì)制造加工中為學(xué)生提供數(shù)控實(shí)踐鍛煉，也為學(xué)生將來從事生產(chǎn)管理、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì),數(shù)控編程與加工操作等工作奠定基礎(chǔ)。

圖1 “數(shù)控加工及CAM”在應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)方案中的定位Fig.1 Orientation of Numerical Control Machining and CAM in application-oriented undergraduate talent training program

2 存在的主要問題

2.1 傳統(tǒng)教學(xué)模式難達(dá)效果

因在新冠疫情影響，高校非畢業(yè)班學(xué)生未返校，傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式難以展開。在互聯(lián)網(wǎng)+、云課堂時(shí)代，目前很多高校和教師線上教學(xué)的主要形式有學(xué)習(xí)通、騰訊課堂、釘釘直播、MOOC教學(xué)、SPOC教學(xué)、微信/QQ群討論與答疑等[2]，線上教學(xué)授課基本模式如圖2所示。而每種在線教學(xué)軟件有各自特點(diǎn)，因本門課程含理論與實(shí)驗(yàn)，各章節(jié)要求具有差異，傳統(tǒng)的單一線上教學(xué)模式難以保證教學(xué)效果。

圖2 傳統(tǒng)線上授課模式Fig.2 Traditional online teaching mode

2.2 學(xué)時(shí)緊，任務(wù)重

本課程教學(xué)任務(wù)繁重，如何在線上能保質(zhì)保量完成教學(xué)任務(wù)，這是擺在任課教師面前的一道難題。在理論教學(xué)環(huán)節(jié)共需完成6章的教學(xué)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)共需完成8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，前7個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目各為4學(xué)時(shí)，最后的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目占8學(xué)時(shí)。如何保證按質(zhì)按量完成該課程的本科教學(xué)任務(wù)，這是擺在任課教師在線教學(xué)的難題。特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，目前開展的線上教學(xué)主要針對的是理論課程，如何在線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)？

2.3 教學(xué)管理工作難開展

“數(shù)控加工及CAM”授課對象是應(yīng)用型本科學(xué)生，該學(xué)生群體的特點(diǎn)是自控能力較差，學(xué)習(xí)自覺性相對較弱。傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，教師與學(xué)生零距離接觸，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)與糾正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。線上教學(xué)學(xué)生初始階段會覺得有新鮮感，學(xué)習(xí)積極性還能得到保證，但到后期部分學(xué)生會出現(xiàn)厭倦感，而且會產(chǎn)生聽課蒙混過關(guān)、僥幸心理，教學(xué)質(zhì)量會出現(xiàn)下降。特別是本門課程學(xué)習(xí)任務(wù)繁重，在線課堂如何開展教學(xué)管理工作？這也是本門課程教學(xué)改革面臨的一個(gè)問題。

疫情防控期間由于學(xué)生都是分散在家里居家學(xué)習(xí)，不像傳統(tǒng)授課要求學(xué)生集中在教室，缺少學(xué)習(xí)氛圍，部分學(xué)生自律性差、對自己要求不高，遲到、曠課、掛網(wǎng)不聽課現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

2.4 考核難到位

傳統(tǒng)教學(xué)中綜合成績構(gòu)成：平時(shí)成績30%+期末成績70%。學(xué)生平時(shí)成績的評價(jià)，主要依據(jù)學(xué)生提交作業(yè)和課堂出勤情況，由于學(xué)生在完成作業(yè)過程中存在作業(yè)抄襲現(xiàn)象，評價(jià)公正性有待改進(jìn)。課程綜合成績主要由期末試卷分?jǐn)?shù)確定，學(xué)生只要在考前看看書復(fù)習(xí)，即使平時(shí)不用功不努力，同樣能考出好成績。

3 教學(xué)改革與實(shí)踐措施

3.1 轉(zhuǎn)變教學(xué)習(xí)慣，多措并舉線上教學(xué)模式

由于突發(fā)新冠疫情，將傳統(tǒng)線下課堂教學(xué)全面移植到線上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，師生均面臨一些挑戰(zhàn)，在心理上均存在一定的緩沖和適應(yīng)新事物過程，師生都需轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)習(xí)慣，在思想和認(rèn)識上盡快熟練軟件，并適應(yīng)新的教學(xué)模式。

為盡快提高學(xué)生線上學(xué)習(xí)的積極性和主動性，首先依據(jù)各個(gè)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的難度差異，對“數(shù)控加工及CAM”課程進(jìn)行總體教學(xué)設(shè)計(jì)，教學(xué)上作一些合理安排，提高教學(xué)質(zhì)量。根據(jù)線上教學(xué)特點(diǎn)不斷更新教學(xué)內(nèi)容，精心備好每一節(jié)課，精心設(shè)計(jì)線上優(yōu)質(zhì)課程。本課程在授課過程中，需依據(jù)課程性質(zhì)與特點(diǎn)、個(gè)人網(wǎng)絡(luò)使用習(xí)慣等因素，采用以釘釘線上網(wǎng)絡(luò)直播，并推送各個(gè)在線教學(xué)平臺[慕課、SPOC（small private online course）]的優(yōu)秀課程資源相結(jié)合的教學(xué)模式。如圖1所示，該門課程理論部分共包含六章教學(xué)內(nèi)容，依據(jù)多年對該門課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中對每一章節(jié)教學(xué)內(nèi)容理解掌握程度不一樣。在線教學(xué)實(shí)施過程中，根據(jù)教學(xué)章節(jié)內(nèi)容采用相適應(yīng)的教學(xué)模式，第一、五章教學(xué)內(nèi)容簡單，采用慕課+SPOC教學(xué)為主，同時(shí)輔以推送課程學(xué)習(xí)資料，教學(xué)中以學(xué)生自主學(xué)習(xí)模式為主，可培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力；第二、三、四、六章教學(xué)內(nèi)容知識點(diǎn)相對較難、而且偏實(shí)踐應(yīng)用，在線教學(xué)采用釘釘網(wǎng)絡(luò)直播授課為主，以慕課+SPOC教學(xué)為輔的授課模式。

在主講的二、三、四、六章重點(diǎn)章節(jié)，采用釘釘直播授課的形式給學(xué)生詳細(xì)講解。通過釘釘統(tǒng)計(jì)出，四個(gè)重點(diǎn)章節(jié)采用直播授課視頻達(dá)到40余個(gè)，時(shí)長累計(jì)達(dá)到1800分鐘。釘釘直播所講授的每章節(jié)知識點(diǎn)，特別是重點(diǎn)難點(diǎn)知識，直播結(jié)束后，有相應(yīng)的直播統(tǒng)計(jì)和直播回放提供給學(xué)生，方便學(xué)生課后隨時(shí)對重難點(diǎn)內(nèi)容的復(fù)習(xí)與鞏固。學(xué)生可以課后在中國大學(xué)慕課(https://www.icourse163.org/)觀看“數(shù)控加工技術(shù)”慕課（李體仁主講）的相關(guān)章節(jié)內(nèi)容，進(jìn)一步加深對知識點(diǎn)的理解與掌握。為方便開展課題討論、布置作業(yè)和答疑，教師在SPOC專屬課程平臺上傳討論題和作業(yè)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可就自己感興趣的問題或難題充分開展討論，師生之間深度交流，解析課程專業(yè)知識?？偠灾?，通過利用各種舉措開展好線上教學(xué)，確保在線教學(xué)的教學(xué)效果。

3.2 任務(wù)驅(qū)動學(xué)習(xí)，精心組織在線虛擬課堂

教師根據(jù)課程要求詳細(xì)制定每一個(gè)章節(jié)知識點(diǎn)、建議學(xué)習(xí)學(xué)時(shí)、教學(xué)重難點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程清楚了解每一章節(jié)所要掌握的知識點(diǎn)及應(yīng)達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)。提前在線上布置周學(xué)習(xí)計(jì)劃和學(xué)習(xí)任務(wù)，用任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)方法加強(qiáng)學(xué)生線上學(xué)習(xí)。

學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識前，學(xué)生應(yīng)明確學(xué)習(xí)任務(wù)單以及本節(jié)主要解決什么問題，學(xué)生怎么從一些資源中去獲得解決任務(wù)的知識點(diǎn)與技能，帶著目的性去完成學(xué)習(xí)任務(wù)[3]。例如從測試題開始，布置幾個(gè)有關(guān)的測試題，促使學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)資源后完成測試；例如從引入案例開始，要求學(xué)生分析思考。引導(dǎo)學(xué)生需要學(xué)習(xí)哪些資源、需要完成哪些任務(wù)等。任務(wù)單的設(shè)計(jì)是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)并完成任務(wù)的關(guān)鍵，需要老師進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，突出關(guān)鍵知識點(diǎn)，把學(xué)生從被動聽課轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c。任務(wù)驅(qū)動式學(xué)習(xí)能有效誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。同時(shí)還可以鼓勵(lì)學(xué)生曬學(xué)習(xí)心得、分享聽課筆記、適當(dāng)通過設(shè)置參與有趣提問與回答這樣的互動環(huán)節(jié)提升學(xué)習(xí)的熱情，刺激學(xué)生學(xué)習(xí)，課后要求教師強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果檢測及學(xué)生疑難答疑輔導(dǎo)，通過在線教學(xué)平臺給學(xué)生布置作業(yè)任務(wù)，激勵(lì)、引導(dǎo)和監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)和完成，24小時(shí)內(nèi)及時(shí)解答反饋學(xué)生提出的問題和疑惑等等，根據(jù)在線答疑及學(xué)生作業(yè)完成情況及時(shí)了解掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，記錄收集教學(xué)反饋信息，并進(jìn)行相應(yīng)教學(xué)調(diào)整[4]。

另外，在線教學(xué)過程中引入仿真教學(xué)，實(shí)現(xiàn)“理實(shí)一體”的教學(xué)目標(biāo)直播，利用交互式課件及斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件的交互應(yīng)用進(jìn)行數(shù)控程序編輯、機(jī)床操作、參數(shù)設(shè)置、圖形仿真及程序檢錯(cuò)的模擬操作。通過給學(xué)生進(jìn)行模擬操作，使學(xué)生懂原理，能編程。讓學(xué)生學(xué)中做，做中學(xué)，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)目標(biāo)[5]?？偠灾?，通過利用各種舉措組織管理好虛擬課堂，確保在線教學(xué)的教學(xué)效果。

3.3 牢抓學(xué)生管理，實(shí)施在線教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控

在授課過程中增加學(xué)生互動，課堂采用隨機(jī)簽到，隨機(jī)提問等措施，確保學(xué)生在線教學(xué)管理。在線教學(xué)要求學(xué)生自我管理、自我約束能力強(qiáng)。在線教學(xué)在實(shí)施過程中，通過在線打卡、釘釘簽到、隨機(jī)點(diǎn)名提問等措施督促學(xué)生到課率和保證聽課效果，同時(shí)將后臺的一些數(shù)據(jù)向輔導(dǎo)員、班主任及時(shí)反饋，任課老師、班主任、輔導(dǎo)員3方共管以確保在線課堂教學(xué)質(zhì)量，避免學(xué)生掛網(wǎng)、甚至缺課情況。

教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控是一個(gè)完整的體系，教學(xué)面向的受益者為學(xué)生，一方面強(qiáng)化對學(xué)生的在線管理，另一方面教學(xué)實(shí)施和教學(xué)質(zhì)量跟蹤反饋也不可或缺，學(xué)生對在線教學(xué)效果具備最真實(shí)的話語權(quán)。從學(xué)生的角度出發(fā)，根據(jù)在線課程教學(xué)進(jìn)度，安排課程研討環(huán)節(jié)，多傾聽學(xué)生的意見，以學(xué)生為主體，從教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、方法和效果等方面廣泛聽取學(xué)生建議，開展根據(jù)學(xué)生評課反饋?zhàn)飨鄳?yīng)教學(xué)調(diào)整，不斷提升在線教學(xué)質(zhì)量[6]。

課程在線教學(xué)過程中充分利用慕課+SPOC在線平臺資源，作業(yè)每周布置1次，在線單元測驗(yàn)布置兩次，從布置到提交到批改都在線上進(jìn)行，從作業(yè)完成情況及單元測驗(yàn)整體情況來看，“數(shù)控加工及CAM”課程在線教學(xué)總體良好，課程在教學(xué)內(nèi)容的組織、教學(xué)資源使用、教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂管理與互動、學(xué)生參與學(xué)習(xí)等五個(gè)方面學(xué)生都較滿意，達(dá)到了預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。

3.4 突出過程考核，設(shè)計(jì)線上課程評價(jià)體系

為了設(shè)計(jì)更加有效的在線課程評價(jià)體系，改革措施中提出“重視在線學(xué)習(xí)、重視過程學(xué)習(xí)、重視互動教學(xué)”評價(jià)體系。以學(xué)生為主體，以過程考核為推動力，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)雙邊互動，強(qiáng)化“過程考核”，更加注重學(xué)生在每個(gè)環(huán)節(jié)過程的表現(xiàn)。經(jīng)過教研組對過程性評價(jià)方案的多次討論、修改與完善，最終確定過程性評價(jià)包括：課堂學(xué)習(xí)管理＋課程在線作業(yè)＋技能訓(xùn)練學(xué)習(xí)＋課程總結(jié)等四個(gè)環(huán)節(jié)。課程期末綜合成績構(gòu)成：學(xué)習(xí)過程考核40%+學(xué)習(xí)綜合效果考核60%。學(xué)習(xí)過程考核包括：課堂學(xué)習(xí)管理、課程在線作業(yè)、技能訓(xùn)練學(xué)習(xí)、課程總結(jié)學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)綜合效果考核包括：考前復(fù)習(xí)總結(jié)、在線答疑輔導(dǎo)、線上期末考試。“數(shù)控加工及CAM”課程評價(jià)體系詳見圖3。

總而言之，通過強(qiáng)化“過程考核”的課程評價(jià)體系，主要目的是督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)能力，提升知識水平，使學(xué)生掌握與工作崗位相適應(yīng)的工作技能。學(xué)習(xí)過程考核成績占總成績的40%，反映了學(xué)生視頻學(xué)習(xí)的態(tài)度、出勤率和效果、作業(yè)完成情況、學(xué)生對知識和技能的掌握程度與應(yīng)用能力。學(xué)習(xí)綜合效果考核成績占總成績的60%，由考前復(fù)習(xí)總結(jié)、在線答疑輔導(dǎo)和線上期末考試構(gòu)成。學(xué)生的最終成績反映了學(xué)生在課程結(jié)束之后最終的學(xué)習(xí)效果。[7-9]

圖3 “數(shù)控加工及CAM”線上課程評價(jià)體系Fig.3 Online course evaluation system of Numerical Control Machining and CAM

4 教學(xué)效果分析

為掌握學(xué)生對本課程線上教學(xué)效果，了解學(xué)生“收獲”感受，形成一個(gè)完整閉環(huán)教學(xué)過程，在課程即將結(jié)束之時(shí)，對學(xué)生聽課感受及課程滿意度進(jìn)行了問卷調(diào)查。對疫情期間在線教學(xué)方式問卷調(diào)查結(jié)果顯示34.75%的學(xué)生非常喜歡，60.25%的學(xué)生很喜歡。線上課堂的教學(xué)效果相比傳統(tǒng)課堂教學(xué)，65.53%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)效果好，30.67%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)效果較好，僅3.80%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)效果不好。線上課程考核評價(jià)方式對于培養(yǎng)和提高學(xué)生自學(xué)能力與自律方面，63.62%的學(xué)生認(rèn)為比較有利，26.23%的學(xué)生認(rèn)為非常有利，僅10.15%的學(xué)生認(rèn)為不利。從調(diào)查的數(shù)據(jù)來看，該門課程在線教學(xué)確保了教學(xué)質(zhì)量，得到學(xué)生的普遍歡迎。只是極少數(shù)學(xué)生由于自律性差、缺乏有效的管理與約束、在線授課的教學(xué)方式?jīng)]有積極去適應(yīng)，學(xué)生注意力難以集中，該門在線課程沒有較大“收獲”感受，學(xué)習(xí)效果差。

5 總結(jié)

“數(shù)控加工及CAM”是機(jī)械類專業(yè)的一門重要專業(yè)核心課程，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性、應(yīng)用性和綜合性。針對線上教學(xué)中存在的傳統(tǒng)教學(xué)模式難達(dá)教學(xué)效果、學(xué)時(shí)緊任務(wù)重、教學(xué)管理難開展和考核難到位等突出問題，本文提出了相應(yīng)的有效改革措施：（1）轉(zhuǎn)變教學(xué)習(xí)慣，多措并舉線上教學(xué)模式。（2）任務(wù)驅(qū)動學(xué)習(xí)，精心組織在校虛擬課堂。（3）牢抓學(xué)生管理，實(shí)施在線教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控。（4）突出過程考核，設(shè)計(jì)線上課程評價(jià)體系。通過調(diào)查結(jié)果表明本課程線上教學(xué)獲得了較好的教學(xué)效果，同時(shí)，該課程的線上教學(xué)改革與實(shí)踐可為機(jī)械類相關(guān)課程線上教學(xué)理念、教學(xué)設(shè)計(jì)、質(zhì)量保障及課程評價(jià)提供重要的借鑒意義與參考。