智能制造工程線上線下融合教學模式優(yōu)化研究
——以“機械制造技術基礎”課程為例

郭浦山，劉雅玄，潘海軍，張 屹

（常州大學 機械與軌道交通學院，江蘇 常州 213164）

引言

基于“中國制造2025”對智能制造的戰(zhàn)略要求，融合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、智能裝備等關鍵技術的智能制造工程作為新工科專業(yè)在“十三五”期間蓬勃發(fā)展［1-2］。進入“十四五”時期以來，根據(jù)“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃和國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動要求［3-4］，智能制造工程在探索新專業(yè)建設的基礎上，教學模式亟須進行線上線下融合、虛擬仿真等數(shù)字化轉(zhuǎn)型［5-6］。教學實踐表明，單一線上教學模式雖然具有形式多樣、內(nèi)容新穎、不受教學場所限制等優(yōu)勢，但也要求學生具備足夠的自律和自學能力，否則教學效果反而不如傳統(tǒng)線下教學模式。因而，在智能制造工程專業(yè)開展線上線下融合教學模式（Online-Merge-Offline，簡稱OMO）優(yōu)化研究，基于傳統(tǒng)線下教學積累，吸收線上教學經(jīng)驗，進一步優(yōu)化豐富數(shù)字化教學模式內(nèi)涵，以期促進新工科背景下智能制造工程教學模式的發(fā)展［7-8］。

線上線下融合教學模式在依托線下課堂教學的同時，還需通過線上教學資源和平臺將教學過程延伸到線上，讓學生在課前預習、課堂學習以及課后復習時都可以進行線上線下交互融合的自主學習。這種教學模式對于實現(xiàn)高等教育的個性化和針對性教學具有很大的推動作用，也能豐富培養(yǎng)計劃，促進培養(yǎng)具備優(yōu)秀綜合素質(zhì)的新時代大學生的教學工作［9］。同時，線上線下融合教學模式并不是“線上”和“線下”兩種教學方式的簡單疊加，而是“線上”和“線下”兩種教學方式在整個教學過程中相互穿插和補充，并最終達到相互融合的效果［10］。此外，相較于單一線上教學模式，線上線下融合教學模式融合了線下教學內(nèi)容和過程，可以通過面對面的教學過程，提升師生之間的情感交流，增加學生學習的臨場感，并能有效監(jiān)控學生學習狀態(tài)。而線上線下融合教學模式在智能制造工程專業(yè)基礎課程“機械制造技術基礎”教學中的應用，可以充分發(fā)揮智能制造工程在人工智能、計算機與信息技術等領域的專業(yè)優(yōu)勢，提高教學過程的全面性和個性化，為落實專業(yè)人才培養(yǎng)目標打下堅實基礎。本文結(jié)合實際教學情況，對線上線下融合教學模式課程教學優(yōu)化應用策略進行了研究，以期為智能制造工程專業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供新樣本。

一、線上線下融合教學模式優(yōu)化策略

（一）課程教學內(nèi)容全面線上數(shù)字化

智能制造工程專業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重點在于專業(yè)內(nèi)涵的數(shù)字化升級，而專業(yè)課程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重點在于教學內(nèi)容的數(shù)字化重構及數(shù)字化教學技術的提高。因而，開展線上線下融合教學模式，首先需要將線下教學模式中課程教學涉及的相關內(nèi)容全面轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上教學視頻、PPT、虛擬仿真課堂（虛擬現(xiàn)實〔VR〕和增強現(xiàn)實〔AR〕）等數(shù)字化教學資源，為教學模式優(yōu)化奠定基礎?！皺C械制造技術基礎”建立了學習通在線課程，并針對課程建立了機械加工與裝備視頻庫、金屬切削過程及控制素材庫、機械制造圖片庫等線上資源，為學生提供更多的線上資源選擇空間。課程教學內(nèi)容全面線上數(shù)字化既為學生提供了基礎線上學習資源，又能使教學過程實現(xiàn)互聯(lián)互通，打破師師、師生、生生之間交流的時間和空間限制，實現(xiàn)視頻、語音和數(shù)據(jù)的實時、深度交互，增加學生學習和教師教學的場景。教學方式從線下教學模式的“教師教”為主轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上線下融合教學模式的“學生學”為中心。學生學習方式也從被動接受向主動學習轉(zhuǎn)變，最大限度地提高了學生學習的主動性、自主性和創(chuàng)新性。同時，課程教學內(nèi)容全面線上數(shù)字化可以促進高校之間的教學資源共享，為不同地域之間教師和學生的溝通學習提供了條件，也會推動全國性的網(wǎng)絡化教育教學體系的建立。

（二）增加線上線下融合學習交流

作為智能智造工程專業(yè)的核心專業(yè)基礎課，“機械制造技術基礎”課程具有理論深度大、實踐要求高、知識點密集等特點，單個學生在學習過程中容易產(chǎn)生理論體系難以建立、知識點難以消化等問題。傳統(tǒng)線下教學過程中，學習交流以課堂為主，交流方式和對象相對單一，學生對于知識的掌握程度會呈現(xiàn)顯著的差異化，無法實現(xiàn)高水平的整體教學效果。在線上線下融合教學模式優(yōu)化過程中增加了學習交流方式與頻次，包括師生交流、生生交流以及線上資源交流，通過豐富的學習交流場景，學生容易找到自身最適合的學習交流組合，再進行課前預習、課后復習以及拓展閱讀，能夠加深對教材整體知識體系的掌握和思考，實現(xiàn)整體教學效率和質(zhì)量雙提高。以“機械制造技術基礎”為例，學生可以通過在線互動課堂、即時聊天軟件等方式與教師隨時交流，教師和學生之間具備智能化通信和視頻遠程互動系統(tǒng)，可以將學習交流場景擴展到課堂之外的任意場景。此外，學生可以將課程相關疑問發(fā)布在校內(nèi)線上學習平臺，學生和教師均可進行答疑，有效輔助學生學習和掌握重點和難點知識。

（三）實現(xiàn)教學全流程數(shù)字化追蹤

線上線下融合教學模式雖然擁有學校線上資源以及阿里云大學、國家開放大學學習網(wǎng)、藍墨智能云教學等海量線上學習資源，但如果教師在整個教學過程中缺乏追蹤和反饋，將會限制學生學習效果從量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)化。因而，在撰寫“機械制造技術基礎”課程大綱階段，即對預授課學生開展線上問卷調(diào)查，分析總結(jié)學生對課程的期望。在線上線下融合教學階段，學生依托學校現(xiàn)有線上教學平臺或者商業(yè)數(shù)字化平臺對自身學習情況進行評估，教師利用后臺數(shù)據(jù)分析掌握學生對課程知識掌握和理論體系建立的情況，進而調(diào)整教學進度或安排答疑。在課后環(huán)節(jié)，學生可以通過線上學習平臺問答解決學習中的疑問，也可以通過線上和線下反饋給老師進行答疑。通過實現(xiàn)教學全流程數(shù)字化追蹤，可以充分利用數(shù)字化分析和總結(jié)功能，實時掌握學生的學習狀況，依據(jù)追蹤結(jié)果，分析學生共性和個性差異化問題，使師—生、生—生之間的溝通與交流更為精確和具體，可進一步提升教學質(zhì)量、提高教學效果，幫助學生實現(xiàn)自我認知、自我調(diào)節(jié)的動態(tài)過程，逐步實現(xiàn)課程學習的自我完善。

（四）引入線上線下多元評價體系

教學評價作為教學模式中的重要環(huán)節(jié)，引入線上線下多元評價體系意義重大［11］。當前智能制造工程專業(yè)課程評價仍以終結(jié)性評價為主，評價體系較為單一。線上線下融合教學模式，在傳統(tǒng)線下過程性考核的基礎上，通過線上教學平臺對學生進行在線測驗、作業(yè)、答疑、討論、知識競賽等教學活動，并對上述活動進行評價，作為最終性考核的一部分?！皺C械制造技術基礎”會分階段開展線上評價，包括自我評價和師生互評，學生可以基于階段評價優(yōu)化學習動機、方式和方法，教師可以依據(jù)評價結(jié)果改進后期教學過程進度與方法［12］?！皺C械制造技術基礎”涉及的實驗課程同樣會結(jié)合線上和線下資源進行教學和評價。以“車刀幾何角度測量”實驗為例，除了借助回轉(zhuǎn)工作臺式量角臺測量外圓車刀、負刃傾角車刀等車刀的主偏角、刃傾角、負偏角、前角、后角，還會通過VR/AR技術綜合模擬實驗平臺讓學生更直觀地感受多種角度測量過程，使學生對車刀幾何角度有更深刻的認識，實驗課程評價會結(jié)合實驗過程、實驗報告以及模擬實驗平臺成績綜合得出，實驗課程評價也會作為最終性考核的組成部分。

二、線上線下融合教學模式優(yōu)化效果

通過優(yōu)化線上線下融合教學模式在“機械制造技術基礎”中的應用，以學生為中心、教師為指導的教學過程得以真正實現(xiàn)，打破了課上與課下的界限，保證了學生課程學習的整體質(zhì)量，初步實現(xiàn)了精準化教學和學習資源共享，為智能制造工程其他專業(yè)課程的線上線下融合教學模式提供了案例。

（一）學習場景擴充，學習熱情提升

基于課程教學內(nèi)容全面線上數(shù)字化，學習場景不斷擴充，實現(xiàn)了線上—線下與課前—課中—課后的多重混合學習場景，學生對于“機械制造技術基礎”中涉及的機械加工工藝規(guī)程、機械加工工序、加工精度與加工誤差等知識點的學習熱情高漲，并能利用線上資源延伸學習課程相關的機械工程材料、材料成型技術、互換性與測量技術等內(nèi)容，形成了正向反饋、高效學習的線上線下融合學習氛圍。

（二）共同協(xié)作學習，學習效能提高

結(jié)合線上線下融合學習交流，增加學習交流方式與頻次，促進了包括教師在內(nèi)的共同協(xié)作學習，實現(xiàn)了整體學習效能的提高。機械加工工藝路線擬定作為“機械制造技術基礎”的重難點，通過線上線下小組化的共同協(xié)作融合學習，能夠?qū)⒍ㄎ换鶞实倪x擇、表面加工方法的選擇、加工階段的劃分等難點知識牢固掌握，并能為本課程的課程設計順利進行奠定基礎。

（三）全面追蹤評價，達成培養(yǎng)目標

依托教學全流程數(shù)字化追蹤和多元評價體系，可以及時掌握當前學期“機械制造技術基礎”的教學效果，獲得學生階段性和整體性的評價，能夠掌握從事機械工程工作所需的設計、制造等專業(yè)知識，并用于智能制造及相關機械工程問題的計算，也能將本課程所學的工程科學基本原理和技術手段用于特定需求的機械類工程問題。同時，通過評價引導在整個教學過程中培育學生的制（智）造強國戰(zhàn)略思想，培養(yǎng)學生樹立正確的人生觀、價值觀，激發(fā)學生投身先進機械制造技術發(fā)展的原動力。

三、反思與改進

（一）拓展線上資源，深化模式優(yōu)化

雖然目前“機械制造技術基礎”已建立學習通在線課程和機械加工與裝備視頻庫、金屬切削過程及控制素材庫、機械制造圖片庫等線上資源庫，但仍需不斷拓展線上資源，覆蓋課程的各個章節(jié)和重點知識點，并以此為契機不斷提升線上線下教學的融合程度，提高學生的數(shù)字化自主學習程度。

（二）關注技術進步，更新活頁教材

雖然作為一門專業(yè)基礎類課程，“機械制造技術基礎”涉及的內(nèi)容和最新加工技術有一定的距離，但據(jù)已就業(yè)學生反饋，目前企業(yè)的加工制造技術不斷更新?lián)Q代，因而對于課程第八章《機械技術的發(fā)展》，在大綱修改中需要不斷增加課時，及時從線上/線下獲得新技術進步資料，持續(xù)更新活頁教材，保證課程知識的新鮮度。

結(jié)語

智能制造工程線上線下融合教學模式優(yōu)化研究是對高等教育教學數(shù)字化轉(zhuǎn)型的嘗試，不僅承接過往教育教學中所積累的線上教學經(jīng)驗，也為構建高質(zhì)量高等教育發(fā)展體系、實現(xiàn)高等教育高質(zhì)量發(fā)展提供前期探索。本文以智能制造工程專業(yè)基礎課程“機械制造技術基礎”為例，通過課程教學內(nèi)容全面線上數(shù)字化、增加線上線下融合學習交流、實現(xiàn)教學全流程數(shù)字化追蹤和引入線上線下多元評價體系等策略，將數(shù)字化覆蓋學習資源、教學管理、學習空間、學生成長和學習評價，為學生提供個性化和精準化的學習支持，不斷滿足學生各階段的學習需求，幫助學生實現(xiàn)自我認知、自我調(diào)節(jié)的動態(tài)過程，逐步實現(xiàn)課程學習的自我完善，助力培養(yǎng)面向新工科需求的知識、能力并重的綜合型創(chuàng)新人才，并已經(jīng)初步實現(xiàn)了學習熱情提升、學習效能提高等初期目標。同時，針對高等教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的要求，“機械制造技術基礎”將在線上線下融合教學優(yōu)化模式的基礎上進一步探索沉浸式教學、VR/AR互動課堂、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教育教學手段的應用，使教學過程更加開放、復雜和動態(tài)化，能夠提供更加個性化和精準化的學習支持，幫助學生更好地進行學習活動，進一步提高學習能力及綜合水平。