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(jī)械CAD/CAM技術(shù)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（機(jī)械制造方向）的專業(yè)課，也是一門緊密結(jié)合工程實(shí)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(jī)械制造等行業(yè)，其集成解決方案覆蓋了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域[1]。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握三維實(shí)體造型和數(shù)控加工編程的方法與命令，自如地進(jìn)行機(jī)械零件的造型設(shè)計(jì)和數(shù)控加工程序的編制，提高分析、解決問(wèn)題的能力。本課程以工程實(shí)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(duì)于提高學(xué)生的實(shí)踐能力具有重要意義。

機(jī)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(shí)間和空間，學(xué)生可以線上完成知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)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(guò)程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性。

1 混合式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

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(tái)[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(kāi)展的更加深入的教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生更好地掌握知識(shí)要點(diǎn)和知識(shí)的體系結(jié)構(gòu)。線下教學(xué)采用案例講解、上機(jī)實(shí)踐和答疑解惑等方式，以達(dá)到更好的教學(xué)效果[3]。

圖1 機(jī)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(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”教學(xué)計(jì)劃

1.1 線上學(xué)習(xí)

為了更好地開(kāi)展混合式教學(xué)，課程以“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”為核心，強(qiáng)調(diào)探究性學(xué)習(xí)、互動(dòng)學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)，將課程所需要掌握的知識(shí)點(diǎn)融入到不同的學(xué)習(xí)單元中，如表1所示。通過(guò)PPT和操作視頻，學(xué)生進(jìn)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(shí)現(xiàn)學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)向主動(dòng)學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，學(xué)習(xí)過(guò)程更有吸引力，從而有效提升學(xué)習(xí)效果，達(dá)到多方位培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[3-4]。

課前預(yù)習(xí)：構(gòu)建好知識(shí)體系。根據(jù)線上學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，把課程內(nèi)容分成若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)由操作視頻、教學(xué)PPT、題庫(kù)、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(jìn)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系。操作視頻針對(duì)教材的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行講解，教學(xué)PPT與操作視頻的知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，題庫(kù)包括章節(jié)測(cè)驗(yàn)、課后作業(yè)和考試題等內(nèi)容。每次課前，通過(guò)教學(xué)平臺(tái)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(shí)點(diǎn)，學(xué)生線上開(kāi)展自主預(yù)習(xí)并進(jìn)行學(xué)習(xí)討論，并將難懂、易混淆的知識(shí)點(diǎn)以問(wèn)題的形式，告知學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生思考。通過(guò)平臺(tái)的后臺(tái)統(tǒng)計(jì)功能，了解學(xué)生課前預(yù)習(xí)的完成進(jìn)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(kāi)展任務(wù)實(shí)施、項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)等各項(xiàng)任務(wù)，采用面向問(wèn)題的啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生探究問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行發(fā)散性思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。通過(guò)共性問(wèn)題討論、個(gè)性化指導(dǎo)評(píng)價(jià)與總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目和任務(wù)的實(shí)施。采取搶答和隨機(jī)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(dòng)環(huán)節(jié)如圖2所示。適時(shí)的在討論區(qū)發(fā)布話題，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)時(shí)參與討論，如圖3所示。通過(guò)上述環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)線上提出問(wèn)題、話題討論和項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)的主動(dòng)探究學(xué)習(xí)。

課后拓展：師生互動(dòng)強(qiáng)化能力。學(xué)生完成在線測(cè)試作業(yè)后，客觀題系統(tǒng)自動(dòng)打分，學(xué)習(xí)效果得到及時(shí)反饋，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感和獲得感[5]。通過(guò)專題討論，對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)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(guò)QQ群，教師隨時(shí)在線進(jìn)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(xiàng)目所對(duì)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(kāi)展的更加深入的教學(xué)活動(dòng)，將線上學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)與線下的案例實(shí)踐進(jìn)行融合，達(dá)到工程實(shí)際應(yīng)用的水平[6]。線下教學(xué)采用案例講解、上機(jī)實(shí)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(shí)際問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展項(xiàng)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(shí)總結(jié)線上學(xué)習(xí)內(nèi)容，加深學(xué)生對(duì)線上學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，并根據(jù)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的接受程度，及時(shí)調(diào)整線下教學(xué)的進(jìn)度和教學(xué)方法，進(jìn)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(shí)點(diǎn)及操作方法都融入實(shí)際的案例中去教學(xué)。通過(guò)平臺(tái)提供的視頻反芻比功能，了解學(xué)生觀看視頻的總時(shí)長(zhǎng)和反復(fù)觀看的次數(shù)，教師可知曉哪個(gè)案例的知識(shí)點(diǎn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有難度，從而有針對(duì)性的開(kāi)展強(qiáng)化教學(xué)。如圖5為整體葉輪的三維實(shí)體造型，整體葉輪是能源動(dòng)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(yán)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(shí)，視頻反芻比較高，說(shuō)明多數(shù)學(xué)生覺(jué)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(gè)部分，需要著重講解Bezier曲線、過(guò)渡曲面的生成、曲面縫合、布爾運(yùn)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(shí)踐環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)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(kuò)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(duì)性。

圖2 線上活動(dòng)環(huán)節(jié)

圖3 話題討論

圖4 QQ群師生互動(dòng)

1.3 多元化教學(xué)評(píng)價(jià)

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(guò)程考核，評(píng)價(jià)重心更多地關(guān)注學(xué)生的求知過(guò)程、努力過(guò)程和探究過(guò)程，把過(guò)程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性考核評(píng)價(jià)結(jié)合起來(lái)，將考核貫穿于課程教學(xué)活動(dòng)的全過(guò)程[9]。這種注重過(guò)程性的評(píng)價(jià)，有利于學(xué)生根據(jù)階段性的評(píng)價(jià)反饋進(jìn)行學(xué)習(xí)調(diào)整，促進(jìn)質(zhì)疑精神、創(chuàng)新意識(shí)和綜合能力的提高，激勵(lì)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(tái)的簽到、視頻預(yù)習(xí)情況、課堂互動(dòng)、章節(jié)測(cè)驗(yàn)得分和課后作業(yè)都計(jì)入線上學(xué)習(xí)成績(jī)，按照其重要程度設(shè)置成績(jī)占比，由平臺(tái)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)得出分?jǐn)?shù)，形成學(xué)習(xí)過(guò)程性評(píng)價(jià)[10]。線下成績(jī)包括上機(jī)實(shí)踐和大作業(yè)，形成總結(jié)性評(píng)價(jià)，考核評(píng)價(jià)表如表3所示。通過(guò)多元化、多層次的評(píng)價(jià)方法，有效地引導(dǎo)學(xué)生注意過(guò)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(píng)價(jià)的客觀性、公正性、有效性和激勵(lì)性。

圖5 整體葉輪的三維實(shí)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(tái)，建立了機(jī)械CAD/CAM技術(shù)網(wǎng)絡(luò)課程，線上課程的點(diǎn)擊量超過(guò)11萬(wàn)次。在授課過(guò)程中，圍繞著線上、線下混合教學(xué)模式對(duì)學(xué)習(xí)的幫助、學(xué)習(xí)資源和線上教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)等展開(kāi)問(wèn)卷調(diào)查，上課人數(shù)192人，發(fā)出問(wèn)卷192份，收回192份，調(diào)查結(jié)果如表4所示。

表3 機(jī)械CAD/CAM課程考核評(píng)價(jià)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(duì)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(gè)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(shí)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)分，并將知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)融入到不同的任務(wù)中，單個(gè)知識(shí)點(diǎn)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(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)，平均學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)為360.7 min，最長(zhǎng)學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)為741.2 min，說(shuō)明學(xué)生對(duì)于線上課程有較高的學(xué)習(xí)熱情，樂(lè)于主動(dòng)學(xué)習(xí)。

圖6 170313班3月學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)

2)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生在線提交作業(yè)、參與討論區(qū)的話題討論。通過(guò)QQ群，同學(xué)之間合作探究，師生進(jìn)行交流討論，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行即時(shí)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(shí)體造型和數(shù)控加工編程過(guò)程中遇到的問(wèn)題，提高了學(xué)生的工程應(yīng)用能力，促進(jìn)了理論與實(shí)踐的深度融合，提升了學(xué)習(xí)效果，學(xué)生綜合成績(jī)分布情況如圖7所示，學(xué)生線上學(xué)習(xí)可以不受時(shí)間及地點(diǎn)限制，同時(shí)輔助于線下的課堂教學(xué)和上機(jī)實(shí)踐，提升了學(xué)生的綜合能力。

圖7 學(xué)生綜合成績(jī)分布情況

3 結(jié)論

機(jī)械CAD/CAM技術(shù)課程的線上、線下混合教學(xué)模式，實(shí)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(jì)、教師引導(dǎo)和學(xué)生互助等多維度支持，線下教學(xué)的實(shí)體造型和數(shù)控加工的案例大多來(lái)自工程實(shí)際，融入工程意識(shí)，真正做到理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力。機(jī)械CAD/CAM技術(shù)課程實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提升了學(xué)生的工程實(shí)際應(yīng)用能力。