線上、線下混合式教學(xué)在機械CAD/CAM技術(shù)課程的實踐

于 斐， 劉光明

（1. 南昌航空大學(xué) 航空制造工程學(xué)院 南昌 330063； 2. 南昌航空大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，南昌 330063）

引言

機械CAD/CAM技術(shù)是機械設(shè)計制造及其自動化（機械制造方向）的專業(yè)課，也是一門緊密結(jié)合工程實際的課程。該課程主要講授CATIA軟件，CATIA是大型的CAD/CAE/CAM一體化應(yīng)用軟件，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船和機械制造等行業(yè)，其集成解決方案覆蓋了產(chǎn)品設(shè)計與制造領(lǐng)域[1]。通過本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握三維實體造型和數(shù)控加工編程的方法與命令，自如地進行機械零件的造型設(shè)計和數(shù)控加工程序的編制，提高分析、解決問題的能力。本課程以工程實際應(yīng)用為核心，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，對于提高學(xué)生的實踐能力具有重要意義。

機械CAD/CAM技術(shù)課程的教學(xué)，采用線上、線下混合教學(xué)模式，拓展了教與學(xué)的時間和空間，學(xué)生可以線上完成知識點的學(xué)習(xí)，調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，結(jié)合線上、線下的教學(xué)環(huán)境，為教師提供全面的教學(xué)反饋，充分發(fā)揮教師和學(xué)生的自主性，體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性。

1 混合式教學(xué)模式設(shè)計

混合式教學(xué)模式分線上學(xué)習(xí)和線下教學(xué)兩大模塊，如圖1所示，線上學(xué)習(xí)依托超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺[2]，學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，完成線上自主學(xué)習(xí)。線下教學(xué)是基于線上的前期學(xué)習(xí)成果而開展的更加深入的教學(xué)活動，學(xué)生更好地掌握知識要點和知識的體系結(jié)構(gòu)。線下教學(xué)采用案例講解、上機實踐和答疑解惑等方式，以達到更好的教學(xué)效果[3]。

圖1 機械CAD/CAM技術(shù)課程的線上、線下混合教學(xué)模式

表1 線上“項目驅(qū)動”教學(xué)計劃

1.1 線上學(xué)習(xí)

為了更好地開展混合式教學(xué)，課程以“項目驅(qū)動”為核心，強調(diào)探究性學(xué)習(xí)、互動學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)，將課程所需要掌握的知識點融入到不同的學(xué)習(xí)單元中，如表1所示。通過PPT和操作視頻，學(xué)生進行學(xué)習(xí)單元的學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮學(xué)生的主導(dǎo)作用，實現(xiàn)學(xué)生從被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，學(xué)習(xí)過程更有吸引力，從而有效提升學(xué)習(xí)效果，達到多方位培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力[3-4]。

課前預(yù)習(xí)：構(gòu)建好知識體系。根據(jù)線上學(xué)習(xí)的特點，把課程內(nèi)容分成若干個知識點，每個知識點由操作視頻、教學(xué)PPT、題庫、電子教案和參考書鏈接等豐富的教學(xué)資源作支撐，從而促進學(xué)生構(gòu)建知識體系。操作視頻針對教材的重點和難點知識進行講解，教學(xué)PPT與操作視頻的知識點對應(yīng)，題庫包括章節(jié)測驗、課后作業(yè)和考試題等內(nèi)容。每次課前，通過教學(xué)平臺預(yù)告學(xué)習(xí)內(nèi)容，發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，如表2所示，明確需要學(xué)習(xí)和掌握的知識點，學(xué)生線上開展自主預(yù)習(xí)并進行學(xué)習(xí)討論，并將難懂、易混淆的知識點以問題的形式，告知學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生思考。通過平臺的后臺統(tǒng)計功能，了解學(xué)生課前預(yù)習(xí)的完成進度，掌握學(xué)生的自學(xué)情況。

課中導(dǎo)學(xué)：解惑答疑多引導(dǎo)。課中階段，開展任務(wù)實施、項目實戰(zhàn)等各項任務(wù)，采用面向問題的啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生探究問題，啟發(fā)學(xué)生進行發(fā)散性思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性。通過共性問題討論、個性化指導(dǎo)評價與總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生完成項目和任務(wù)的實施。采取搶答和隨機選人等靈活的教學(xué)模式，活躍線上學(xué)習(xí)氣氛，提高學(xué)生的參與度，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，線上活動環(huán)節(jié)如圖2所示。適時的在討論區(qū)發(fā)布話題，引導(dǎo)學(xué)生實時參與討論，如圖3所示。通過上述環(huán)節(jié)，實現(xiàn)線上提出問題、話題討論和項目實戰(zhàn)的主動探究學(xué)習(xí)。

課后拓展：師生互動強化能力。學(xué)生完成在線測試作業(yè)后，客觀題系統(tǒng)自動打分，學(xué)習(xí)效果得到及時反饋，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感和獲得感[5]。通過專題討論，對所學(xué)知識進一步拓展，可提升學(xué)生的歸納總結(jié)和自主學(xué)習(xí)能力。通過QQ群，教師隨時在線進行輔導(dǎo)與討論，如圖4所示，確?！敖膛c學(xué)”不下線，形成課前預(yù)習(xí)與探究、課中教學(xué)與引導(dǎo)、課后拓展與總結(jié)的學(xué)習(xí)新生態(tài)。

表2 相應(yīng)項目所對應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)

1.2 線下教學(xué)

線下教學(xué)是基于前期線上的學(xué)習(xí)成果而開展的更加深入的教學(xué)活動，將線上學(xué)習(xí)的知識點與線下的案例實踐進行融合，達到工程實際應(yīng)用的水平[6]。線下教學(xué)采用案例講解、上機實踐、答疑解惑和分析總結(jié)等不同教學(xué)形式，設(shè)置拓展性的實際問題，引導(dǎo)學(xué)生開展項目訓(xùn)練和小組討論，培養(yǎng)學(xué)生的探究學(xué)習(xí)能力。線下教學(xué)及時總結(jié)線上學(xué)習(xí)內(nèi)容，加深學(xué)生對線上學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，并根據(jù)學(xué)生對課程內(nèi)容的接受程度，及時調(diào)整線下教學(xué)的進度和教學(xué)方法，進一步的提升后續(xù)教學(xué)效果。

課程采用案例教學(xué)法，將所有的知識點及操作方法都融入實際的案例中去教學(xué)。通過平臺提供的視頻反芻比功能，了解學(xué)生觀看視頻的總時長和反復(fù)觀看的次數(shù)，教師可知曉哪個案例的知識點對學(xué)生來說有難度，從而有針對性的開展強化教學(xué)。如圖5為整體葉輪的三維實體造型，整體葉輪是能源動力、航空航天和石油化工等行業(yè)廣泛使用的關(guān)鍵部件，其葉片多為非可展扭曲直紋面，葉片曲面扭曲嚴重，加工難度大，是典型的自由曲面零件[7]。學(xué)生在觀看整體葉輪造型的操作視頻時，視頻反芻比較高，說明多數(shù)學(xué)生覺得曲面造型有難度，整體葉輪的曲面造型包括葉片造型、輪轂造型和葉輪合成3個部分，需要著重講解Bezier曲線、過渡曲面的生成、曲面縫合、布爾運算和旋轉(zhuǎn)陣列等操作[8]。課程結(jié)合線上學(xué)習(xí)和線下實踐環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生和教師之間的交流，線下教學(xué)是線上學(xué)習(xí)的擴展和延伸，有了線上學(xué)習(xí)情況的反饋，線下教學(xué)更高效、更有針對性。

圖2 線上活動環(huán)節(jié)

圖3 話題討論

圖4 QQ群師生互動

1.3 多元化教學(xué)評價

線上、線下混合教學(xué)的考核方式，需要綜合考慮線上、線下的學(xué)習(xí)情況，注重過程考核，評價重心更多地關(guān)注學(xué)生的求知過程、努力過程和探究過程，把過程性評價與終結(jié)性考核評價結(jié)合起來，將考核貫穿于課程教學(xué)活動的全過程[9]。這種注重過程性的評價，有利于學(xué)生根據(jù)階段性的評價反饋進行學(xué)習(xí)調(diào)整，促進質(zhì)疑精神、創(chuàng)新意識和綜合能力的提高，激勵學(xué)生成為有責(zé)任感的自主學(xué)習(xí)者。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的簽到、視頻預(yù)習(xí)情況、課堂互動、章節(jié)測驗得分和課后作業(yè)都計入線上學(xué)習(xí)成績，按照其重要程度設(shè)置成績占比，由平臺自動統(tǒng)計得出分數(shù)，形成學(xué)習(xí)過程性評價[10]。線下成績包括上機實踐和大作業(yè)，形成總結(jié)性評價，考核評價表如表3所示。通過多元化、多層次的評價方法，有效地引導(dǎo)學(xué)生注意過程參與和學(xué)習(xí)質(zhì)量，更全面、更公平地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，保證評價的客觀性、公正性、有效性和激勵性。

圖5 整體葉輪的三維實體造型

2 線上、線下混合教學(xué)模式的教學(xué)效果

2018年，依托超星泛雅網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，建立了機械CAD/CAM技術(shù)網(wǎng)絡(luò)課程，線上課程的點擊量超過11萬次。在授課過程中，圍繞著線上、線下混合教學(xué)模式對學(xué)習(xí)的幫助、學(xué)習(xí)資源和線上教學(xué)活動設(shè)計等展開問卷調(diào)查，上課人數(shù)192人，發(fā)出問卷192份，收回192份，調(diào)查結(jié)果如表4所示。

表3 機械CAD/CAM課程考核評價表

表4 線上、線下混合教學(xué)模式教學(xué)效果調(diào)查表

由調(diào)查結(jié)果可以看出，大部分學(xué)生對線上、線下混合式教學(xué)模式給予了充分的肯定，教學(xué)效果體現(xiàn)在3個方面。

1)在線上教學(xué)資源中，操作視頻和課件是瀏覽次數(shù)最多的板塊。教師將課程所需要掌握的知識點進行細分，并將知識點的學(xué)習(xí)融入到不同的任務(wù)中，單個知識點的講解做成PPT和操作視頻，使學(xué)習(xí)更具吸引力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如圖6為2020年3月170313班的學(xué)習(xí)時長統(tǒng)計，平均學(xué)習(xí)時長為360.7 min，最長學(xué)習(xí)時長為741.2 min，說明學(xué)生對于線上課程有較高的學(xué)習(xí)熱情，樂于主動學(xué)習(xí)。

圖6 170313班3月學(xué)習(xí)時長統(tǒng)計

2)通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，學(xué)生在線提交作業(yè)、參與討論區(qū)的話題討論。通過QQ群，同學(xué)之間合作探究，師生進行交流討論，對問題進行即時性的探討，形成一種交互式的學(xué)習(xí)氛圍，增加了學(xué)習(xí)的多元性。

3)線下教學(xué)的案例講解和解惑討論環(huán)節(jié)，解決了學(xué)生線上實體造型和數(shù)控加工編程過程中遇到的問題，提高了學(xué)生的工程應(yīng)用能力，促進了理論與實踐的深度融合，提升了學(xué)習(xí)效果，學(xué)生綜合成績分布情況如圖7所示，學(xué)生線上學(xué)習(xí)可以不受時間及地點限制，同時輔助于線下的課堂教學(xué)和上機實踐，提升了學(xué)生的綜合能力。

圖7 學(xué)生綜合成績分布情況

3 結(jié)論

機械CAD/CAM技術(shù)課程的線上、線下混合教學(xué)模式，實施以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)的教學(xué)理念，線上學(xué)習(xí)形成了CATIA資源提供、信息統(tǒng)計、教師引導(dǎo)和學(xué)生互助等多維度支持，線下教學(xué)的實體造型和數(shù)控加工的案例大多來自工程實際，融入工程意識，真正做到理論聯(lián)系實際，提高學(xué)生解決工程問題的能力。機械CAD/CAM技術(shù)課程實現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢互補，提升了學(xué)生的工程實際應(yīng)用能力。