范一強 張懿奕 于源 張亞軍

摘 要：計算機輔助設(shè)計與制造，簡稱CAD/CAM，狹義上是一項使用計算機進行零部件設(shè)計及機械加工的實用技術(shù)。作為一門專業(yè)課程，CAD/CAM課程也是機械電子及相關(guān)專業(yè)本科生的必修課和需要掌握的核心專業(yè)技能。文章基于CAD/CAM課程的教學實踐，嘗試在課程設(shè)計、實施等方面引入研討式教學方法，并探索使用微信群、課程主頁等新型信息交互工具進行師生互動，激發(fā)學生興趣，拓展學習空間，使疑難問題得到實時解答。文章首次通過統(tǒng)計手段，較為詳細地記錄了師生互動的發(fā)言時間、關(guān)鍵詞、互動頻率，并進行了量化分析，嘗試探索研討式教學中師生的互動規(guī)律以提高溝通和學習效率。同時，針對采用研討式教學的優(yōu)勢和存在的問題，文章也進行了討論，以期對后續(xù)包括CAD/CAM課程在內(nèi)的機械電子類課程開展研討式教學提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：研討式教學；量化評價；師生互動

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）02-0068-04

Abstract： Computer-aided design and manufacture， CAD/CAM， is the technology for the design and manufacture of mechanical parts by using the computers. As a core course， this course has been widely delivered to the student in mechanical engineering and related majors. This research is based on the practices during the teaching process in CAD/CAM course， which is trying to integrate the discussion-based teaching method in the course design and deliver process. With the help of course website and WeChat group， the students are significantly motivated， and the learning efficiency is also obviously enhanced. For the first time， the time， content， and frequently of the interaction between teacher and students are quantified for the in-depth understanding of the discussion-based teaching process. The discussion for the advantages and disadvantages of using the discussion-based teaching in CAD/CAM is also provided in this research.

Keywords： discussion-based teaching； quantitative evaluation； student-teacher interaction

一、概述

計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）是一門使用計算機軟件進行產(chǎn)品設(shè)計和加工工藝規(guī)劃的實用技術(shù)，在機械、電子、航空航天、輕工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用非常普遍[1，2]。CAD/CAM課程作為一門機械及相關(guān)工程類專業(yè)本?？粕谋匦拚n，具有基礎(chǔ)理論內(nèi)容多、實踐性強、知識更新快、教學節(jié)奏快等特點[3-5]。傳統(tǒng)教學方法上，CAD/CAM課程采用信息單向傳遞的灌輸式授課方法，很難達到理想的教學效果，學生難以在短時間內(nèi)熟悉并掌握CAD/CAM的核心理論和實際軟件操作技術(shù)，在CAD/CAM技術(shù)高速發(fā)展和相關(guān)軟件不斷更新?lián)Q代的情況下傳統(tǒng)教學模式已經(jīng)明顯不適應(yīng)CAD/CAM課程的教學需求，因此研討式教學——一種作為旨在激發(fā)學生內(nèi)在學習動力的課程形態(tài)，與傳統(tǒng)教學相結(jié)合，將有機會協(xié)助解決上述問題。

所謂研討式教學，是在教師的具體指導(dǎo)下充分發(fā)揮學生的主體作用，通過學生自我學習、自我教育、自我提高來獲取知識和強化能力培養(yǎng)與素質(zhì)提高的一種教學方法[6]。這種教學方法旨在通過教師的引導(dǎo)和同伴間相互學習，激發(fā)學生個體內(nèi)在的學習動力，從而促使學生盡快掌握相應(yīng)知識與技能。CAD/CAM課程的教學目標和教學實際，一方面向?qū)W生傳授課本核心知識，減少認知偏差，解決學生就有關(guān)知識產(chǎn)生的種種困惑，另一方面涉及學生上機應(yīng)用軟件進行幾何建模并進行輔助數(shù)控編程。這種課程形式滿足課上課下學生與學生、學生與教師間多種形式的研討，提高學生的自主學習興趣，學生實現(xiàn)主動參與、解決和掌握課程中的核心知識點和使用技能，體現(xiàn)了學生自行研究、主動認知的教學方式的魅力，增加課堂教學的教學內(nèi)容，活躍課堂氣氛，同時保證教學質(zhì)量和教學效果，增加學生學好專業(yè)知識、掌握專業(yè)技能的信心。

從目前對研討式教學方法的研究方向看，還未有針對記錄師生的互動時間、討論內(nèi)容以及發(fā)言頻率的量化研究，本文借助統(tǒng)計工具，對師生的互動過程進行了量化研究，以期尋找研討式教學中的師生互動規(guī)律，提高教學效率，同時還探討了對研討式教學的教學成果進行量化評價的方法。本文的研究對象是北京化工大學某級機械制造及自動化專業(yè)6個班級共127位本科三年級學生，以開設(shè)的CAD/CAM課程為例，探討將研討式教學融入教學準備和教學過程中，并對師生互動和教學效果進行量化評價的方法。

二、教學準備與教學實施

（一）課程準備

在課程的準備方面，除了既定教材選擇、制定教學計劃、了解學生學習背景等工作外，為了滿足研討式教學的實施，需要有針對性地進行了以下兩方面的準備工作：一是建設(shè)課程的專屬網(wǎng)站，提供課程學習需要的多媒體資源，方便學生獲取課程的各類學習資料；二是建立了課程專屬微信群，并制定微信群的行為規(guī)范；三是根據(jù)學生學習能力進行小組劃分為后續(xù)的研討式教學做準備。

（二）建立課程的專屬網(wǎng)站，提供豐富的學習資源，助力預(yù)習與復(fù)習

研討式課程的重點是設(shè)置有探討意義的專業(yè)問題，引導(dǎo)學生討論并解決問題，也就是說至少有一半的課上時間是學生在研討。為了形成有效研討，首先確保參與同學對專業(yè)知識有一定的了解和掌握，就需要他們在上課之前完成相應(yīng)的預(yù)習任務(wù)。建立課程專屬網(wǎng)站，有利于學生利用碎片化時間，利用手機、平板電腦瀏覽課程內(nèi)容。具體的建立的情況如下：

在課程網(wǎng)站的建設(shè)方面，以簡潔實用為原則，采用Dreamweaver CC（Adobe公司）軟件，編寫了課程的專屬網(wǎng)站（圖1，網(wǎng)址：http：//www.microfluidics.com.cn），網(wǎng)站的主要功能是隨著教學過程的進展，共享課程的課件，供學生復(fù)習和鞏固知識，同時網(wǎng)站也提供了一些與課程知識相關(guān)的視頻、音頻以及案例資源。在具體實施過程中，網(wǎng)站和網(wǎng)頁的編制可以充分利用現(xiàn)有的一些功能簡單實用的設(shè)計軟件，網(wǎng)站的運行也可以通過各類服務(wù)商提供的有償或無償?shù)脑品?wù)器進行托管，免去了服務(wù)器架設(shè)的繁瑣工作。

根據(jù)教學反饋，課程網(wǎng)站的建設(shè)對于研討式教學的開展有以下三個優(yōu)點：1.課程資源的實時分享，學生不用課后找老師拷貝課件，教師也可以將其他多媒體資源及時分享；2.幫助教師發(fā)放和收集研討式教學過程中的問卷等信息； 3.協(xié)助學生進行CAD/CAM軟件的學習和操作，在課程中的軟件實踐操作環(huán)節(jié)，根據(jù)觀察，絕大部分學生在遇到操作困難的時候都會使用智能手機登錄課程網(wǎng)站查看相關(guān)操作教程，極大地提高了學習效率。學生通過課程網(wǎng)站可以及時幫助解決一些具有共性的實踐操作問題。

（三）建立課程的專屬微信群，拓展教師與學生的交流空間，激勵學生思考

工程專業(yè)的學生專業(yè)課程多，知識點密集，需要學生緊跟課程節(jié)奏，快速掌握知識。即使課程設(shè)置了固定的答疑時間，解答問題，但因受場地和時間的限定，只能令一小部分學生獲益。開辟學生微信群實際是為了彌補傳統(tǒng)答疑的不足。它不受空間和時間的局限，有任何問題都可以發(fā)布在群中，獲得解答。學生通過教師在教學PPT中分享的二維碼，掃碼加入課程學習微信群，教師提前告知本課程微信群的行為規(guī)范。

考慮到CAD/CAM課程的特點，一方面鼓勵學生提問并解答其他同學的疑問，另一方面盡量避免學生做“伸手黨”，本課程的微信群主要制定了下列規(guī)則：1.學生加入需要改名為班級-姓名；2.課程微信群中只討論與課程相關(guān)的內(nèi)容，不討論其他內(nèi)容、不發(fā)布廣告信息；3.同學提問時，需給出自己對困惑問題的思考，詳細描述困惑的地方，不能只提問，坐等回答； 4.允許教師參與微信群討論，掌握討論進度，解答問題；5.規(guī)定了學生在微信群中的活躍度與部分出勤成績可以互認。

課程專屬網(wǎng)站和微信群的建立，為對師生溝通和教學效果的量化研究提供了基礎(chǔ)，通過統(tǒng)計學軟件PASW以及數(shù)據(jù)可視化軟件Tableau對網(wǎng)站訪問情況和微信群發(fā)言的分析，可以采集各項數(shù)據(jù)進行量化分析和可視化。

（四）建立課程的討論小組，加強學生的團隊合作意識，提升表達能力

研討式教學的教學成果評價，一般通過學生以團隊為單位，合作分工解決某一具體問題的結(jié)果進行評價。評價的量化方式為學期末通過學生團隊組間互評的方式實現(xiàn)（圖2）。這種教學形式，需要學生經(jīng)過一次次的練習摸索，才能對這一模式有更深的體驗。因此，本課程在課程開始階段，現(xiàn)與學生協(xié)商完成團隊小組的劃分，力圖將合作研討模式貫穿課程全程。具體分組做法如下：

因本門課程的學習主體是大三學生，先綜合他們過往的學習成績大致劃分小組成員構(gòu)成，一位成績好的同學+三位成績中等同學+一位成績偏弱的同學，5位同學構(gòu)成一個小組，有25個小組。發(fā)布分組信息后，再考慮到同學的實際情況，如參加其他比賽、身體生病等因素，調(diào)整為5-8人一組，一共18個小組。課程設(shè)置了3次專業(yè)系列討論課，每次由不同的小組成員為發(fā)言人，上臺展示小組研究成果，下文將展示某一次小組討論情況。組員之間，依據(jù)分工、參與程度、完成情況和合作意識，匿名打分，并對自己的參與情況給出評價及相應(yīng)的解決策略。同時其他組也需要對每個組的展示給予評價。此部分內(nèi)容有20%的成績權(quán)重。

三、教學實施

（一）教學實施的具體步驟與反饋評價

本例中，CAD/CAM課程的開展分為理論知識傳授和上機操作實踐兩個部分，分別為24學時和16學時，8周的時間完成本課程所有的教學安排。具體安排為：第一周，教師講授知識為主，介紹研究方法。

課程開始的第1-2周，教師首先通過PPT、視頻等方法初步介紹了CAD/CAM技術(shù)的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀，使學生對課程內(nèi)容的涵蓋范圍有基本的了解，在課程平臺發(fā)布本節(jié)的學習問題，學生通過答題體現(xiàn)知識的掌握情況，有助于教師把握教學節(jié)奏。通過課程前期學習的階段檢測，掌握學生的學習情況和學習特點，并發(fā)布研討內(nèi)容，讓學生有時間搜索相關(guān)資料，準備小組討論。

第3周開始，學生分小組（每組5-8人），實施研討。通過上節(jié)課程的反饋可知，學生已對CAD/CAM技術(shù)領(lǐng)域有了一定了解，研討任務(wù)是選擇各小組感興趣的技術(shù)發(fā)展方向進行5分鐘的講演展示。而其他組的同學則通過圖2展示的評議表，就創(chuàng)新性、內(nèi)容、視覺和聽覺效果等方面對此小組進行評價。

127位同學分為了18組，用3個學時完成了小組展示。從具體的操作上，每組學生展示過后，會留有1分鐘的問答時間，展示的小組與臺下學生進行討論互動，隨后教師會對內(nèi)容、展示方式方法等進行簡單點評。圖3展示了18個小組由同學互評給出的評分統(tǒng)計的量化情況，在該研討教學環(huán)節(jié)的總結(jié)中教師通過展示該圖，可以清晰地讓各組充分了解自己在創(chuàng)新性、內(nèi)容、聽視覺效果等方面的優(yōu)勢和不足。

從實際教學效果看，該研討式教學過程的引入，一方面非常明顯地調(diào)動了學生的自主學習意識，學生可以根據(jù)自己興趣對課程領(lǐng)域內(nèi)某項技術(shù)進行深入的研究，親自體驗了研究的過程并通過上臺演講鍛煉了自己的能力，提升了自信；另一方面，學生在分組研究的過程中也鍛煉了團隊合作能力，在小組互評過程中，不僅能促使學生對他人分享內(nèi)容仔細聆聽，也有助于通過觀察他人提高自己的研究和展示能力。

在這一過程中，學生既要“研”又要“討”，這是研討式教學方法凸顯學生主體地位的重要表現(xiàn)，同時深化了知識傳授與能力培養(yǎng)的有機結(jié)合。此外，教師也積極參與其中，及時跟進，對學生的學習動態(tài)有清晰且全面的把握，學生在掌握知識和運用方法上的優(yōu)點予以鼓勵和肯定，糾正或補充存在的缺陷和偏差，更加深化學生對學習方法的理解和感悟。更重要的是對于學生，他們不僅從同學那里學到了新知識，擴充了自己的知識面，而且還鍛煉了自己的溝通能力、口頭表述能力，個人綜合素質(zhì)也得到提升。

（二）教學實施中，設(shè)置研討專題選擇與問題的延續(xù)性

本課程中，研討的話題及案例來源于兩方面，一是教學過程或者軟件操作實踐中涉及到的理論和軟件實踐操作方面問題；二是教師根據(jù)課程的重難點設(shè)計的話題和案例。由于課堂教學時間的限制，課堂教學時間外對教學內(nèi)容和軟件實踐操作的研討通過課程微信群完成。通過對微信群全部發(fā)言記錄中關(guān)鍵詞的量化分析，制成了圖4所展示的關(guān)鍵詞云圖，圖中文字的大小代表了該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率，可以看到研討的內(nèi)容主要集中在CAD/CAM軟件（MasterCAM）的使用方法以及課程的實驗報告、作業(yè)與考試等方面。圖5展示了微信群中同學與教師的發(fā)言時間和發(fā)言數(shù)量的量化統(tǒng)計，可以觀察到，在每周的上課時間前后，微信群里的研討達到了一個小高峰，同學們的發(fā)言和觀點交換積極，伴隨著周末的到來，討論逐漸減少，直到下一次上課又到來了一個新的討論高峰。圖5中，教師與學生發(fā)言的走勢基本相同但稍有滯后，微信研討中教師積極參與了話題的研討與疑難的解答過程，實際操作中不僅需要教師及時答疑解惑，還需教師實時引導(dǎo)研討的方向和內(nèi)容。本例的教學實踐中，課程結(jié)束后經(jīng)過統(tǒng)計學生與教師的發(fā)言總量約為3：1。

四、關(guān)于研討式教學應(yīng)用于CAD/CAM課程的思考

本例中，在CAD/CAM課程的教學過程中嘗試融入了研討式教學的方法，事實證明采用研討式教學方法可以顯著提高學生的學習興趣，鍛煉學生的獨立思考和創(chuàng)新能力。并對教學中的師生互動和教學效果進行了量化評價。然而在實踐操作過程中還存在以下幾個需要改進和思考的地方：

一是研討式教學的研討效果的量化評價問題，在研討式教學過程中學生間以及學生和教師間就特定的問題進行研討，由于討論方式開放，從目前的情況看還沒有找到能夠進行有效量化評價的方法。比如，在小組討論的研討環(huán)節(jié)中，各小組的成績可以由其他組的同學評價給出，但是組內(nèi)成員間的貢獻則難以有效進行評估。又如，在進行微信群內(nèi)的研討過程中，如果簡單的以發(fā)言量評價學生的表現(xiàn)也是有失公允的。這些都需要后續(xù)的進一步思考，以期能夠找到對研討式教學效果的量化評價方法。

二是研討式教學帶來的教學時間延長，教師工作量大幅增加的問題。本例中，在CAD/CAM課程的研討式教學開展過程中，相比傳統(tǒng)的授課式教學模式，由于研討占用了大量時間，發(fā)現(xiàn)單位時間內(nèi)授課內(nèi)容有所減少，完成全部教學內(nèi)容所需要的授課時間大幅增加，所以不得不將很多的研討過程使用微信討論的方式完成。今后的實際教學安排中，如果采取研討式教學的方式，需要考慮增加相應(yīng)的課時量。此外，相比于傳統(tǒng)的教學方法，在研討式教學過程中，任課教師從課前討論工具和話題準備、課中研討以及課后總結(jié)和整理等各方面工作量都大幅增加，采用研討式教學無疑對教師的工作時間和工作量提出了更高的要求。

五、結(jié)束語

本文以計算機輔助設(shè)計與制造課程為例，嘗試了將幾種研討式教學方法融入到CAD/CAM課程教學的實踐中，并通過課程網(wǎng)頁、微信群等信息互動交流工具的幫助對師生互動的時間、內(nèi)容、頻率，以及教學成果進行了量化研究。量化研究的結(jié)果證明，研討式教學的引入可以極大的激發(fā)出學生的學習興趣，化學生的被動學習為主動學習，鍛煉了學生的科學探究性思維方式。然而，在研討式教學的實踐過程中也發(fā)現(xiàn)了教學效果評價、教學時間延長等問題，亟待后續(xù)的持續(xù)研究和討論。

參考文獻：

[1]Alao， A.R.， et al. Surface quality of yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal in CAD/CAM milling， sintering， polishing and sandblasting processes. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials， 2017，65：102-116.

[2]Jm， V.J.T.， et al. Modern Applications of Computer Bioengineering in Maxillofacial Surgery： Image Guided Surgical Navigation and CAD/CAM Custom Implants. Computer Engineering & Information Technology，2017，0（1）.

[3]陶征，高建設(shè).淺議如何提高計算機輔助設(shè)計與制造課程教學效果[J].天中學刊，2013，28（6）：138-140.

[4]王彬.大賽引領(lǐng)下高職CAD/CAM課程教學改革——以“機械產(chǎn)品的計算機輔助設(shè)計與制造”課程為例[J].職教通訊，2015（18）： 23-24.

[5]于源，雷文.桌面式PPCNC在《CAD/CAM》教學實踐中的應(yīng)用[J]. 北京化工大學學報（社會科學版），2013（2）：76-79.

[6]田愛麗.翻轉(zhuǎn)課堂中實施探究式教學的應(yīng)用研究——以科學課和項目設(shè)計的翻轉(zhuǎn)課堂教學為例[J].教育發(fā)展研究，2015（20）：39-43.