鹿德臺(tái)，馬建民，苗俊田，劉振東

(中國(guó)石油大學(xué)(華東)石油工業(yè)訓(xùn)練中心，山東 青島 266580)

“中國(guó)制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”“新工科建設(shè)”等重大戰(zhàn)略的實(shí)施[1-2]，要求工科大學(xué)生必須掌握扎實(shí)的專業(yè)技能、良好的創(chuàng)新能力、較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，還要具備良好的工程實(shí)踐能力和工程素養(yǎng)。電火花加工技術(shù)已成為先進(jìn)制造領(lǐng)域中不可或缺的重要組成部分，也是高等院校工程創(chuàng)新與訓(xùn)練課程的核心科目，電火花加工技術(shù)訓(xùn)練是培養(yǎng)大學(xué)生工程實(shí)踐能力、工程素養(yǎng)及創(chuàng)新能力的重要途徑。電火花加工技術(shù)課程的主要內(nèi)容包括電火花成型機(jī)的講解、電火花線切割兩種設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作，要求學(xué)生能夠獨(dú)立完成簡(jiǎn)單零件加工，培養(yǎng)實(shí)踐操作技能；同時(shí)也介紹了電火花技術(shù)在特種材料、精密模具和精密微細(xì)加工等“一特二精”中的應(yīng)用[3]，開(kāi)拓學(xué)生對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)。由于課程形式分散、各機(jī)床操作訓(xùn)練相對(duì)獨(dú)立，學(xué)生參與工程應(yīng)用的實(shí)踐環(huán)節(jié)較少，存在重模仿輕應(yīng)用、缺乏綜合能力培養(yǎng)、創(chuàng)新訓(xùn)練效果不佳等問(wèn)題。課題組結(jié)合“以學(xué)生為中心，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向”的教學(xué)思想，將實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化整合，開(kāi)展探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，以提升課程教學(xué)質(zhì)量。

1 課程設(shè)計(jì)理念

傳統(tǒng)的電火花加工技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)多采用講授法和演示法，主要介紹機(jī)床結(jié)構(gòu)與原理，演示機(jī)床的操作，以學(xué)生能夠完成簡(jiǎn)單實(shí)操訓(xùn)練、簡(jiǎn)單模擬實(shí)際生產(chǎn)為教學(xué)目的。在電火花加工實(shí)訓(xùn)課程中引入CDIO(構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate))工程教育理念，即以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的能力培養(yǎng)，基于問(wèn)題學(xué)習(xí)的教學(xué)模式[4-5]。電火花加工實(shí)訓(xùn)課程將DIY作品實(shí)物作為課程載體，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)課程載體的分析、理解，進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)、加工等，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式讓學(xué)生對(duì)電火花加工技術(shù)有直觀的認(rèn)識(shí)。教學(xué)過(guò)程將緊密圍繞載體進(jìn)行實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練，除了掌握機(jī)床安全操作任務(wù)外，以問(wèn)題和案例引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展頭腦風(fēng)暴，要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)制作作品，對(duì)載體進(jìn)行設(shè)計(jì)，發(fā)揮想象創(chuàng)作作品，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2 建設(shè)先進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)體系

教學(xué)水平的提高離不開(kāi)科學(xué)的教學(xué)體系，教學(xué)體系是由教學(xué)課程、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)及教學(xué)手段、考核評(píng)估等組成的有機(jī)整體，是課程開(kāi)展的指揮棒、指導(dǎo)書[6]。修訂前的實(shí)踐教學(xué)體系以理論知識(shí)、操作技能和考核方式進(jìn)行分段建立，側(cè)重于以考試為最終結(jié)果的效果反饋，缺乏對(duì)教學(xué)過(guò)程的管理和考核，易造成學(xué)生重視測(cè)驗(yàn)考試，缺乏學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新動(dòng)力，忽略享受學(xué)習(xí)過(guò)程。通過(guò)本次探究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將進(jìn)一步完善電火花加工技術(shù)教學(xué)體系，增加實(shí)踐教學(xué)和考核過(guò)程管理，優(yōu)化后課程教學(xué)體系如圖1所示。

2.1 實(shí)施“以問(wèn)題案例為導(dǎo)向，引導(dǎo)與探究模式相結(jié)合”的混合式教學(xué)方法

采用先進(jìn)的教學(xué)組織方式，促進(jìn)學(xué)生學(xué)思結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生形成獨(dú)立批判性思維和創(chuàng)新思維，突出創(chuàng)新性的教學(xué)理念[7]，采用游戲互動(dòng)式、同伴輔導(dǎo)和角色扮演式的教學(xué)手段，組織學(xué)生討論、探究，以問(wèn)題、案例啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新性項(xiàng)目設(shè)計(jì)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

圖1 優(yōu)化后課程教學(xué)體系Fig.1 Optimized curriculum teaching system

2.2 構(gòu)建“重過(guò)程表現(xiàn)、重實(shí)踐能力、重創(chuàng)新素質(zhì)”的多元化教學(xué)過(guò)程與考核過(guò)程測(cè)評(píng)體系

注重教學(xué)過(guò)程與考核過(guò)程管理，采用平時(shí)表現(xiàn)和技能操作相結(jié)合、學(xué)習(xí)過(guò)程和考核結(jié)果相結(jié)合、知識(shí)掌握和創(chuàng)新作品相結(jié)合的方式，測(cè)評(píng)體系既關(guān)注學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握，也重視學(xué)生對(duì)問(wèn)題和案例的理解能力、解決問(wèn)題的策略和評(píng)價(jià)，更關(guān)注對(duì)創(chuàng)新和實(shí)踐能力以及合作與交流方法等方面的評(píng)價(jià)。多元化教學(xué)過(guò)程管理與評(píng)價(jià)體系幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)自我、建立自信、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力[8]。

3 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)手段

電火花加工技術(shù)實(shí)訓(xùn)在原電火花線切割技術(shù)實(shí)訓(xùn)基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸和拓展，建設(shè)成具有深層次、創(chuàng)新性、趣味性的“以物易物”課程，要求學(xué)生觀察實(shí)物，發(fā)揮思維想象力，設(shè)計(jì)并制作物體模型。充分發(fā)揮學(xué)生在探究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的主體地位，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極性和主動(dòng)性。課程實(shí)行模塊化、遞進(jìn)式教學(xué)，立足理論認(rèn)知、機(jī)床操作、軟件學(xué)習(xí)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)施不同的教學(xué)手段。

3.1 游戲互動(dòng)式教學(xué)

理論認(rèn)知部分：部分學(xué)生從未見(jiàn)過(guò)電火花加工過(guò)程，缺乏基本的了解和感性認(rèn)識(shí)，如果直接理論講解電火花加工原理的核心知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生很難理解。為解決此類問(wèn)題，在教學(xué)設(shè)計(jì)中首先讓學(xué)生觀看機(jī)床生產(chǎn)加工過(guò)程，觀察從水流中竄出的飛濺火花，激發(fā)他們對(duì)電火花加工的興趣，并產(chǎn)生很多疑問(wèn)，然后通過(guò)游戲互動(dòng)的方式解釋這些疑問(wèn)[9]，使學(xué)生直觀有效地理解電火花的加工原理。游戲中選出14位學(xué)生，分別站兩隊(duì)，每隊(duì)同學(xué)按3/3/1隊(duì)形站立，每隊(duì)隊(duì)形從俯視上觀察像一個(gè)“山丘”，“山丘”頂端代表材料在微觀下突出的點(diǎn)，電離后變成電子和離子，可將電子和離子假想成高速墜落的隕石，快速向?qū)Ψ讲牧献矒?，達(dá)到材料蝕除的目的。游戲互動(dòng)式教學(xué)可以把微觀的放電過(guò)程通過(guò)游戲的方式呈現(xiàn)出來(lái)，使學(xué)生更容易理解和掌握，達(dá)到寓教于樂(lè)的目的。

3.2 傳幫帶式教學(xué)

機(jī)床操作部分：“傳”的教學(xué)內(nèi)容是傳授技能，主要介紹機(jī)床的結(jié)構(gòu)作用和安全操作規(guī)程，通過(guò)示教法演示機(jī)床的加工工藝流程，工藝流程的要點(diǎn)需要重點(diǎn)示范和強(qiáng)調(diào)說(shuō)明，工藝流程的難點(diǎn)要示范準(zhǔn)確無(wú)誤；“幫”的教學(xué)內(nèi)容是幫服學(xué)生，學(xué)習(xí)技能的過(guò)程需要吸收和消化，勢(shì)必需要勤學(xué)苦練，操作時(shí)難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，教師要及時(shí)答疑解惑，分析問(wèn)題出現(xiàn)的根本原因，找到解決對(duì)策，避免問(wèn)題再次出現(xiàn)；“帶”的教學(xué)內(nèi)容是引領(lǐng)學(xué)生，學(xué)生短時(shí)間的實(shí)訓(xùn)很難達(dá)到高超的技能，教師要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)技巧，示范演示現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)，帶領(lǐng)學(xué)生攻克技術(shù)壁壘?！皞鲙蛶А钡慕虒W(xué)宗旨是“傳”授能力，“幫”助成長(zhǎng)，“帶”出水平。

3.3 團(tuán)隊(duì)合作式教學(xué)

軟件學(xué)習(xí)部分：學(xué)習(xí)電火花加工機(jī)床的工程軟件，主要教學(xué)內(nèi)容是練習(xí)圖形的繪制，教學(xué)過(guò)程一般為教師示范演示，但由于授課時(shí)間短，教學(xué)信息量較大，學(xué)生獨(dú)立思考和操練學(xué)習(xí)比較困難。教師在單位時(shí)間內(nèi)精力非常有限，主要針對(duì)學(xué)生的共性問(wèn)題進(jìn)行解答，對(duì)于個(gè)性問(wèn)題不能全面釋疑解惑，造成部分學(xué)生帶著問(wèn)題去操作，不能高效完成工程素養(yǎng)訓(xùn)練。因此，可采用合作學(xué)習(xí)的同伴輔導(dǎo)教學(xué)法[10]，教師先示范軟件的操作過(guò)程，學(xué)生自愿結(jié)合進(jìn)行分組，兩名學(xué)生組成同質(zhì)小組進(jìn)行同伴輔導(dǎo)法學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)方式從“扶”轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺拧保行Т龠M(jìn)學(xué)生之間互幫互助。通過(guò)相互輔導(dǎo)，可以解決部分學(xué)生的個(gè)性問(wèn)題，使能力相對(duì)較差的學(xué)生得到有針對(duì)性的幫助，讓能力強(qiáng)的學(xué)生加深學(xué)習(xí)印象，學(xué)生之間相互促進(jìn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

3.4 角色化探究式教學(xué)

創(chuàng)新設(shè)計(jì)部分：三維作品設(shè)計(jì)課程主要體現(xiàn)知識(shí)的綜合性應(yīng)用，課程內(nèi)容是設(shè)置一項(xiàng)具有較高挑戰(zhàn)、低風(fēng)險(xiǎn)性的探究性任務(wù)，該任務(wù)要求3～4人共同完成，教學(xué)過(guò)程中采用小組合作學(xué)習(xí)法[11]，合作學(xué)習(xí)小組通過(guò)異質(zhì)模式組建，根據(jù)編程環(huán)節(jié)的教師打分，第一名與最后一名組成A隊(duì)，第二名與倒數(shù)第二名組成B隊(duì)，以此類推進(jìn)行組隊(duì)，最后一隊(duì)不足3人不能組隊(duì)，分別加入到A隊(duì)或B隊(duì)。每隊(duì)在20min內(nèi)進(jìn)行作品評(píng)選，確定優(yōu)勝制作方案。根據(jù)任務(wù)的不同分為負(fù)責(zé)人、設(shè)計(jì)師、工藝師三種角色，團(tuán)隊(duì)內(nèi)優(yōu)勝方案設(shè)計(jì)者為負(fù)責(zé)人，主要負(fù)責(zé)團(tuán)隊(duì)決策和作品總結(jié)，具有領(lǐng)導(dǎo)、分工和督導(dǎo)的作用。選出2人為設(shè)計(jì)師，要求其應(yīng)具有較好的空間想象和繪圖能力，主要負(fù)責(zé)繪制作品矢量圖，根據(jù)負(fù)責(zé)人的草圖并借鑒實(shí)物后空間想象出模型效果，并在軟件中繪制結(jié)構(gòu)合理的圖形，分解圖應(yīng)排列整潔緊湊，繪制完成的圖形另存為矢量格式后轉(zhuǎn)交給工藝師。工藝師應(yīng)具備較強(qiáng)的動(dòng)手能力，主要負(fù)責(zé)把矢量圖轉(zhuǎn)換成機(jī)床加工零件，負(fù)責(zé)人檢驗(yàn)零件的尺寸精度和表面光潔度是否合格，設(shè)計(jì)師和工藝師對(duì)加工零件進(jìn)行表面處理和裝配。負(fù)責(zé)人填寫創(chuàng)意作品設(shè)計(jì)書，說(shuō)明作品設(shè)計(jì)、作品來(lái)源、工藝排版圖、作品展示和作品成本說(shuō)明等內(nèi)容，教師對(duì)成果進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)判。

4 注重多元化考評(píng)

為了激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新思維、提升工程意識(shí)，電火花加工技術(shù)探究性實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)多元化考評(píng)手段，包括理論測(cè)驗(yàn)、技能考評(píng)、圖形測(cè)驗(yàn)及交流答辯四種考核方式，分別占總分的10%、20%、30%、40%。理論測(cè)驗(yàn)采用手機(jī)掃碼進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)考評(píng)系統(tǒng)，要求在10min內(nèi)作答20道選擇題，考評(píng)系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果，及時(shí)評(píng)價(jià)理論知識(shí)的掌握情況。技能考評(píng)采用現(xiàn)場(chǎng)操作測(cè)驗(yàn)，教師給定標(biāo)準(zhǔn)零件，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)加工測(cè)驗(yàn)學(xué)生的勞動(dòng)技能和操作規(guī)范，檢驗(yàn)學(xué)生的動(dòng)手能力和機(jī)床操作熟練度。圖形測(cè)驗(yàn)也采用現(xiàn)場(chǎng)操作，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)繪制完成標(biāo)準(zhǔn)圖形，與技能考評(píng)有所區(qū)別，技能考評(píng)由教師評(píng)分，圖形測(cè)驗(yàn)采用匿名的方式由學(xué)生間互評(píng)，目的是提高課堂效率，提升學(xué)生參與度，為防止虛假打分教師要進(jìn)行抽查檢驗(yàn)。交流答辯是團(tuán)隊(duì)綜合性測(cè)評(píng)，要求4人為小組完成作品匯報(bào)和撰寫作品設(shè)計(jì)書，學(xué)生通過(guò)制作設(shè)計(jì)書可以慎思團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性和個(gè)人貢獻(xiàn)度，梳理分析作品制作的問(wèn)題和困難，總結(jié)作品的創(chuàng)意和實(shí)施方案，最終以圖文結(jié)合的方式進(jìn)行匯報(bào)。多元化的考評(píng)方式能夠幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)自我、建立自信、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

5 結(jié)語(yǔ)

電火花加工技術(shù)探究性實(shí)訓(xùn)立項(xiàng)后，受到石油工業(yè)訓(xùn)練中心的高度重視，成立高水平課程教研改革小組，經(jīng)過(guò)研精致思的課程設(shè)計(jì)，建立了上述電火花加工技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)方案，經(jīng)過(guò)兩年的教學(xué)實(shí)踐，電火花加工技術(shù)探究性實(shí)訓(xùn)使學(xué)生體驗(yàn)到了學(xué)習(xí)的快樂(lè)，感受到了自己在課程教學(xué)中的主體地位，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)工程知識(shí)的態(tài)度從“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的思想改變，實(shí)現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)目的。