機械專業軟件類課程教學模式探索和實踐

黃海波，鄧益民

(寧波大學 機械工程與力學學院，浙江 寧波315211)

軟件課程教學是工程技術專業課程的重要組成部分，也是本科院校培養應用型人才的重要手段。隨著經濟建設突飛猛進，國家對高等工程人才的培養提出了更高的要求，也使得傳統軟件課程的教學模式受到了挑戰。

鑒于軟件課程的重要性和應用性，眾多高職院校對此類課程進行了廣泛研究，采取了許多教學方法來提高教學質量，如運用啟發討論式教學方法、網絡學習社區法調動學生的學習積極性［1］，采用四階段實訓法［2］(實訓準備、老師示范、學生跟做、獨立實訓)、工程項目法、任務驅動法［3］，范例教學法［4］、工作過程系統化［5］等方法構建教學體系，提高教學質量。這些方法取得了一定的效果，但均屬于傳統的教學方法范疇。

傳統的軟件類課程教學順序為課堂教學(集體行為)－課堂演示(集體行為)－上機實驗(個人行為)，但是存在著諸如學生注意力不集中、課堂效率差、主動性差等問題。本科院校相對高職院校對軟件類課程的要求要高，需要“教會”和“教懂”并重，那么在軟件課程教學中如何發揮學生在學習過程中的主動性、積極性和創造性，使學生在學習過程中真正成為信息的探求者和知識意義的主動建構者，而不是外部刺激的被動接收器和知識灌輸的對象，是當前亟待研究的課題之一。本文以激發學生學習積極性和自學能力為主要目標，從教學方法上入手，以探究式學習方法為指導，改善傳統軟件課程的缺點，改革教學大綱和教學方法，“教會”與“教懂”并重，使軟件課程具有更高的效率，為培養高校應用型人才提供一種新的教學模式。

一 傳統軟件類課程存在的問題

廣大教師為了提高軟件課程教學中實驗環節的教學質量，進行了一系列的探索和改革，許多院校也都致力于實驗環節的軟、硬件建設，并取得了一定的成績，但其課程效果仍然不盡如人意。特別是當前的教學模式大多沿襲“呈現—沿襲—輸出”的傳統教學模式，理論教學與實踐教學往往喜歡套用固定的教學步驟和教學法，在教學過程中未能做到“教”與“學”的統一，教師過分發揮“主導”作用，學生的主體地位也沒有得到真正體現，學生學習主動性和積極性沒有充分調動起來。在實踐教學過程中，教師專注于演示和學生重復操作，不能充分調動學生的積極性和創造力，導致實踐自主性不強，實踐教學效果不佳。具體表現為:

1.教師只是將軟件使用技術交給學生，忽略軟件本身的體系及其專業理論知識的介紹和講解，只是單純為了教軟件而上課，沒有內容的擴展，降低了軟件類課程的要求。

2.雖然教師已在實驗前演示和強調過一些重點內容，但學生們在上機時仍然會有問題提出來，而且很多時候往往是教師之前重點強調過的;

3.學生經常會遇到一些軟件使用問題，雖然指導老師會幫助解決，但畢竟不會一對一的指導到位，學生要么等待老師來解決問題，要么胡亂嘗試，耽誤時間并會引起學生的挫折感而產生厭學情緒。

4.電腦的普及使學生有時會輕視教師的課堂上機演示，認為自己比教師使用電腦要熟練，上機操作很簡單，但其忽略了軟件演示背后的專業理論背景講解，造成知其然而不知所以然，存在“一看就懂、一學就會、一用就錯”的問題，忽略了教師在講解過程中的重點提示和潛在的理論分析。

究其原因，首先是因為軟件教學過程中存在教學與操作的不同步問題，演示在前操作在后，而且有時軟件的復雜操作界面也容易使學生產生遺忘和混淆;其次，傳統順序的教學方法屬于被動的教、聽、學范疇，適合于一對一教學，對于大課堂教學不易激發學生的主動性和自學能力。

二 教學模式改革

軟件課程教學的改革旨在提高課堂和實驗效率，培養學生既掌握基本的專業課程理論，又能夠提高動手實踐和自學能力。因此我們在探究式學習法的基礎上，對上機實驗教學和理論教學的順序進行了調整，激發學生的學習積極性和探求精神，更好地培養學生的創新精神、工程意識和實踐能力，提高教學質量。

(一)探究式學習方法

探究式學習［6－8］或稱探究性學習、研究性學習，是指從學科領域或現實生活中選擇和確立主題，在教學中創設類似于學術研究的情境，學生通過獨立自主地發現問題、實驗、操作、調查、收集與處理信息、表達與交流等探索活動，獲得知識，培養能力，發展情感與態度，特別是發展探索精神與創新能力，倡導學生的主動參與。探究式學習是一種積極的學習過程，主要指的是學生在科學課中自己探索問題的學習方式。學生的學習應基于研究，建立以研究為基礎的教學模式，其基本思想是要改變學生的學習模式，即改變學生在長期應試教育教學條件下所形成的那種偏重于記憶和理解、立足于接受教師知識的學習方法，幫助他們形成一種主動探求知識，并重視解決實際問題的積極的學習方法，是一種有利于終身學習、發展學習的有效方式。探究式學習啟示教師應該以探究的方式將科學呈現給學生，學生則應通過科學的探究活動學習科學的知識。為了實現這種轉變，探究式學習建議教師首先著眼于實驗，在知識傳授之前，利用實驗引導學生學習。

軟件類課程上機實驗環節課時多，學生自主學習時間多，具備使用探究式方法的條件。因此我們將探索利用探究式學習方法來指導軟件類課程的學習。從調整教學順序出發，配合教學內容的調整，以期提高軟件類課程的教學效果。改革主要有以下措施:

(二)調整部分軟件類課程的授課順序

基于探究式學習方法，改變傳統的教學課堂以教學－課堂演示－上機實驗為順序的正向思維模式，轉變為逆向的上機實驗(發現問題)——課堂演示(分析和解決問題)——上機實驗(增加熟練度，創新)的教學順序。在進行新的課堂教學時，首先進行實驗，而后進行課堂教學。針對性的先讓學生進行上機實驗，發現問題，同時教師通過學生的反饋注意收集問題，而后學生帶著問題，教師再進行課堂教學，注重學生的互動和心理，使學生的聽課針對性更強。

利用學生對電腦較為熟悉并喜歡使用電腦的心理，首先讓學生按照指導書實驗和練習相關的內容和操作，利用實驗引導學生的探求欲望和好奇心。在實驗過程中由于學生會對陌生的新知識產生各種各樣的問題，這時教師可以提醒學生對問題做出標記，使學生加深對問題的印象。當然，在這個過程中也可以加入一些講解，但不必深入。然后進行課堂教學，對實驗過程進行演示，針對學生們實驗過程中的反饋和共性問題進行重點講解，并穿插地教授實驗所隱含的理論知識。這樣，在教學過程中教師可以有的放矢，重點講解提高教學效率;同時學生們經歷了實驗，帶著問題聽課，針對性強，并能夠提出問題，增加了課堂中的“教－學”互動，課堂效率就會大大提高。

實驗教學和理論教學的安排如圖1 所示。在課堂教學時，第1 節課會對學生已經做過的實驗進行重新演示，同時穿插理論講解;第2 節課根據情況，將強調系統地介紹和教授學生必須掌握的一些理論知識點，并注意與實驗的關聯結合。在進行實驗環節課程教學時，第1 節課首先重復上一次的實驗，由于學生已經做過教師并已經詳細講解過，因此1 節課的時間可以保證大部分學生完成前次實驗;第2 節課安排學生進行新的上機實驗練習。當然對于新實驗學生不可能利用1 節課的時間就保證完成，因此也可以安排學生在課下完成。但是這個環節只是要求學生按部就班的按照講義進行實驗來發現問題而不是解決問題，培養學生的探知欲望，因此不會占用學生過多的課余時間避免引起學生的反感。

⑥系統以壓縮干凈空氣作為起升驅動，橡膠氣袋可達到食品級，沒有任何油污，沒有排放物，不會造成河水和環境的污染。

圖1 課堂和實驗教學安排

對于理論課時較多的課程，也可以根據需要進行實際調整，只在局部進行逆向順序的調整即可，實驗和理論課時的安排仍然遵循圖1 所示的順序來進行。

(三)注重軟件課程的知識擴展

本科院校較之高職類院校軟件教學的要求和層次不同，不但要“教會”，使學生熟悉軟件本身的操作，還要“教懂”，了解軟件編制體系和專業課程本身蘊含的一些基礎理論知識，并做到舉一反三。教師在將軟件使用技術教授學生外，還需要擴展知識內容，引發學生興趣，而不只是單純為了教軟件而教學。根據課程性質的不同，我們將軟件課程分為兩類:

1.單純技術類的軟件教學課程(如AutoCad，Pro/E等)。這類課程的特點是軟件的專業知識要求不高，軟件使用較為簡單，通過一些練習就可以學會，但對軟件操作對象的理論要求較高，如AutoCad 的軟件教學，其本身使用較為簡單，但對軟件繪制對象采用何種表達方式、各種表達方式的具體要求等有較高的理論要求。針對這種情況，在實驗的同時可以詳細講解與之相關的理論課程內容，這與傳統的教學內容和順序類似。但一定要避免單純的技術性教學，在學習軟件的同時還要提醒和講解繪制對象的理論基礎。結合這類軟件眾多但基本構建思想大致相同的特點，還需重點補充操作對象的操作規則以及軟件的使用思路及技巧，引導學生在使用軟件的同時可以靈活運用自己所學的知識，并發現一些共性問題的內在規律和方法，對知識進行擴展。表1 為在Pro/E 軟件課程和AutoCad軟件課程中的教學擴展舉例。

2.與理論知識結合較多的軟件(如一些專業軟件Mat-Lab，反求軟件ImageWare，數據庫軟件等)。這類軟件的特點是軟件使用的專業知識水平要求較高，軟件中的參數設置較多且均隱含一定的數學理論含義，軟件使用技術要求高，如果不懂得理論基礎軟件學習會相對困難，但軟件操作對象相對簡單。因此，在進行課程教學時，必須重點闡述軟件編制的理論基礎，講清各種參數隱含的數學含義，兼顧軟件的使用思路和技巧，引導學生用數學思維在一個更高的理論層次上去理解和掌握知識。同時在教學中擴展學生的知識面，引導學生從技術層面向經驗層面進而策略層面思考，同樣引導學生注意闡述重點問題及其共性方法。表2 為在反求工程軟件教學環節課程中的教學擴展舉例。

表1 單純性技術類軟件教學擴展舉例

表2 理論含量高的軟件教學擴展舉例

2 類軟件課程均可用逆向教學順序法進行課程順序的調整安排，但是仍需要考慮實際情況的需要。對軟件教學只是部分教學環節且課時較少的課程可以安排局部教學順序內容的調整，而對于純軟件教學的課程則可以將逆向教學法完全應用于整個課程的安排。

三 實施效果

我們將改革內容應用于07 級模具專業學生反求工程課程中，采用逆向的教學順序法編制教學計劃和大綱，在教學過程中注意知識擴展，引入一些工程中常用的知識講解，對學生的學習質量進行了跟蹤和評價。具體方法為:選取10 個樣本(學生，學業成績分布為正態分布，其中包括一名女生)，對其上機實驗的質量每2 周設定時間節點進行跟蹤，分別對考核因素(實驗完成時間、實驗準確率、所提問題科學性)進行評價，而后對其進行加權平均，男生權重為1，女生為1.1。評價因素中，實驗完成的最長時間為100 分，用的時間越短，分值越低，衡量學生的操作熟練程度;實驗準確率為質量最好為100，完成質量越高，分值越高，用來衡量學生對知識的靈活運用和掌握程度;所提問題科學性是指問題的理論深度，如軟件使用問題為低水平問題，而張力、平滑度對曲線的影響為中水平問題，曲率連續的數學基礎為高水平問題，以每次收集的各種問題所占百分比為衡量標準，用來衡量學生的學習和思考的主動性。跟蹤結果如下圖所示:

從圖2 可以看出，實驗完成時間呈現震蕩起伏，雖然隨著課程的進行學生上機實驗越來越熟練，但是因為每個實驗的難度是逐漸增大的，因此相比較而言學生的操作是越來越熟練的，這一點可以從完成準確率一直較高這點看出來。同時，隨著課程的進行，學生單純操作技術層面的問題減少，規律和理論層面的問題增多，也反映出學生在不斷思考，學習主動性增強，如圖3 所示。

圖2 實驗完成時間、準確率與題目難易程度關系

圖3 所提問題科學性

在學生評教調查中，同學們普遍反映這種教學方式的改變和教學安排非常實用，目的明確，重點突出，應用性強，可以激發他們的學習積極性和針對性，提高了課堂的聽課效率。但是，在實施的過程中也需要注意以下一些問題:

2.理論課時的教學是由實驗時學生發現的問題引出的，引導學生注意兩方面的有機結合，但要適度，注意講解理論深度，要求用淺顯的語言講清楚即可，不必過于深究理論源頭。也不能夠生搬硬套，將理論推導與實驗教學生硬的牽扯到一起，避免學生“鉆牛角尖”。否則會導致學生片面追求“理論與實踐結合”的假象，適得其反。

3.在進行理論課時教學時，還要充分引導學生的自我探索能力，注意教授學生解決問題的方法，在實驗中遇到問題時自己嘗試查閱資料解決，而不是單單帶著問題等待教師的課堂講解。還要充分鼓勵學生的自我創造能力，不拘泥于教科書，鼓勵學生使用與教科書不同的方法來分析和解決問題，充分培養學生發現問題——解決問題——創新的能力。

4.必須挑選質量較好的上機指導書，能夠詳細地介紹上機的整個過程。否則步驟不全，跳躍性太大，就會挫傷學生的積極性，使這種逆向教學方法適得其反。

四 結 論

軟件課程教學是工程技術專業課程的重要組成部分，也是本科院校培養應用型人才的重要手段。本文提出的改革方案注重使用軟件解決實際問題的能力，注重軟件本身的理論基礎知識的講解和知識面的擴展介紹，不但“教會”，使學生熟悉軟件本身的操作，使學生既能夠學習軟件課程使之成為一種表現設計思想的工具，而且“教懂”，了解軟件編制結構和專業課程本身蘊含的一些基礎理論知識和共性規律。通過學生的實驗反饋，教師們也可以從學生角度中獲得一些觀察問題的新角度和新方式，提高講課的針對性，有利于教師素質的提高。通過實踐，課程改進方案獲得了較好的效果，研究成果將為工程技術類包含上機實驗環節課程的教學模式改革提供可供借鑒的基礎。

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