面向卓越計(jì)劃的《機(jī)械CAD/CAM》微課教學(xué)研究

李志永 劉儼后 張海云 司馬中文

摘要：通過對(duì)卓越班《機(jī)械CAD/CAM》課程教學(xué)現(xiàn)狀的分析，提出采用課堂講授與課外微課相結(jié)合的教學(xué)思路，并借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)思想，提出了基于微課資源的卓越班《機(jī)械CAD/CAM》教學(xué)改革措施，在教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生在知識(shí)掌握和實(shí)踐應(yīng)用方面都取得較大進(jìn)步，表明本文所述的教學(xué)改革措施是有效的。

關(guān)鍵詞：卓越計(jì)劃；CAD/CAM；微課；翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）39-0179-02

一、引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡(jiǎn)稱“卓越計(jì)劃”）是國(guó)家教育部在2011年開始實(shí)施的一項(xiàng)工程教育改革項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，從而促進(jìn)我國(guó)由工程教育大國(guó)向工程教育強(qiáng)國(guó)的邁進(jìn)[1]。山東理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)是教育部首批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)之一。該專業(yè)具有較強(qiáng)的工程技術(shù)性要求，一直以來都非常重視該專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐教育。在成為“卓越計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)以后，學(xué)校和學(xué)院進(jìn)一步對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的課程體系及人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了改革，并取得了良好的效果。但“卓越計(jì)劃”作為一種新的工程教育模式還不成熟，在實(shí)施過程中難免面臨問題。本文將針對(duì)我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)卓越班的《機(jī)械CAD/CAM》課程教學(xué)過程中所出現(xiàn)的問題，結(jié)合“卓越計(jì)劃”的培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)該課程的教學(xué)模式、教學(xué)方法等進(jìn)行改革研究。

二、教學(xué)現(xiàn)狀與所面臨的問題

1.《機(jī)械CAD/CAM》課程現(xiàn)狀。CAD/CAM技術(shù)是制造工程技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)緊密結(jié)合、相互滲透而發(fā)展起來的一項(xiàng)綜合性應(yīng)用技術(shù)，它的發(fā)展與應(yīng)用給機(jī)械制造業(yè)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到加工制造的整個(gè)生產(chǎn)過程帶來了深刻、全面、根本性的變革[2]。CAD/CAM技術(shù)具有內(nèi)容廣泛、多學(xué)科交叉、綜合性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)[3]。例如，CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)與計(jì)算機(jī)的相關(guān)知識(shí)，工程圖的繪制涉及到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)知識(shí)，CAM的內(nèi)容與數(shù)控技術(shù)密不可分，CAPP的內(nèi)容與機(jī)械制造工藝學(xué)息息相關(guān)。同時(shí)，CAD/CAM技術(shù)也是快速成型（3D打印）、反求工程、虛擬制造等先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容。作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，有必要對(duì)《機(jī)械CAD/CAM》課程的教學(xué)模式、教學(xué)方法進(jìn)行合理的改革，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量工程技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

2.卓越班學(xué)生的特點(diǎn)分析。在我校“卓越計(jì)劃”的實(shí)施過程中，采用自愿選擇、擇優(yōu)選撥的方式，從本科新生中選拔優(yōu)秀學(xué)生40人組成卓越班，進(jìn)行試點(diǎn)培養(yǎng)。因此，卓越班學(xué)生普遍具有學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好、接受能力較強(qiáng)，學(xué)習(xí)積極性相對(duì)較高的特點(diǎn)。基于上述因素，卓越班CAD/CAM技術(shù)的教學(xué)是由《機(jī)械CAD/CAM》（理論部分）與《3D工程設(shè)計(jì)及編程》（軟件應(yīng)用部分）兩門課程來完成，這種課程設(shè)置有利于學(xué)生知識(shí)點(diǎn)的細(xì)化學(xué)習(xí)，有助于開拓學(xué)生視野，符合“卓越工程師計(jì)劃”的培養(yǎng)目標(biāo)。另一方面，卓越班學(xué)生的知識(shí)接受能力較強(qiáng)，對(duì)于一些較容易的知識(shí)點(diǎn)，完全可以通過自學(xué)來掌握，這樣教師就可以利用課堂時(shí)間對(duì)知識(shí)難點(diǎn)進(jìn)行更透徹的講解，并給學(xué)生進(jìn)行一些前沿技術(shù)或知識(shí)的進(jìn)階學(xué)習(xí)。但是，目前還沒有形成一種完善的課堂與課下相結(jié)合的教學(xué)模式，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果并不理想。

三、與微課相結(jié)合的課程改革

微課一種新型的教學(xué)模式，它以微視頻為主要載體，將知識(shí)脈絡(luò)碎片化，單節(jié)微課只圍繞一個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解。微課有別于傳統(tǒng)單一資源類型的教學(xué)課例、教學(xué)課件、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)反思等教學(xué)資源，又是在其基礎(chǔ)上繼承和發(fā)展起來的一種新型教學(xué)資源[4]。針對(duì)上述卓越班《機(jī)械CAD/CAM》課程教學(xué)所面臨的問題，本文將結(jié)合微課資源進(jìn)行教學(xué)改革研究，改革主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

1.組建多課程一體化的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。CAD/CAM技術(shù)所涉及的內(nèi)容繁而雜，在教學(xué)過程中雖然有所取舍，但仍涉及到多課程、多學(xué)科的相關(guān)知識(shí)。在教學(xué)過程中，與其他相關(guān)課程（例如《3D工程設(shè)計(jì)及編程》《數(shù)控技術(shù)》《先進(jìn)制造技術(shù)》等）的教師進(jìn)行積極溝通，組建一支多課程多學(xué)科的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)課程間教學(xué)內(nèi)容的互相銜接，打破單一課程獨(dú)立教學(xué)的課程體系，進(jìn)行多門相關(guān)課程的一體化教學(xué)，使知識(shí)點(diǎn)相輔相成。這種多課程一體化教學(xué)的實(shí)踐效果較好，但是各課程所涉及到知識(shí)點(diǎn)太雜，且分散在多門課程中，在有限的課堂時(shí)間內(nèi)難以給學(xué)生形成一個(gè)連貫的知識(shí)脈絡(luò)，而微課這種碎片化的知識(shí)組織方式，可支持多課程一體化教學(xué)的實(shí)施。利用微課將整合的知識(shí)點(diǎn)數(shù)字化，通過信息化平臺(tái)向?qū)W生提前發(fā)布，學(xué)生對(duì)這些碎片化的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行課堂外學(xué)習(xí)，教師利用課堂時(shí)間講解重點(diǎn)與難點(diǎn)，并將課堂內(nèi)容與微課內(nèi)容進(jìn)行梳理，給學(xué)生形成一條連貫的知識(shí)脈絡(luò)。

2.設(shè)計(jì)與班級(jí)特點(diǎn)相適應(yīng)的微課內(nèi)容。卓越班學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)與知識(shí)接受能力較好，而且課下的學(xué)習(xí)積極性較高，可將部分課程內(nèi)容以微課的形式向?qū)W生發(fā)布，通過自學(xué)來完成。例如，CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這一章節(jié)，線性表、棧、隊(duì)列的概念相對(duì)比較簡(jiǎn)單，并且在《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》等前期課程里面均有涉及，可將這三個(gè)知識(shí)點(diǎn)以微課的形式讓學(xué)生課下提前學(xué)習(xí)；在同一章節(jié)中，樹與二叉樹的概念、二叉樹的遍歷等內(nèi)容屬于本章的知識(shí)難點(diǎn)，可通過課堂講解的形式讓學(xué)生掌握。同時(shí)，在課堂上對(duì)上述多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍進(jìn)行比較，使學(xué)生對(duì)CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體的概念。此外，結(jié)合教師本人科研流域，及時(shí)關(guān)注本課程涉及的行業(yè)領(lǐng)域前沿知識(shí)，保證學(xué)生在學(xué)習(xí)課程基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，能夠接觸本課程的一些前沿應(yīng)用，拓展視野。例如，3D打印是應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的前沿制造方法，但大部分教材并不涉及這方面內(nèi)容，將3D打印的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行微課化，既開拓了學(xué)生的知識(shí)面，又有助于學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的提高。

3.與微課相適應(yīng)的課堂授課方法。碎片化的微課資源可以將一個(gè)特定知識(shí)點(diǎn)的講授過程控制在學(xué)生注意力比較集中的一段時(shí)間范圍內(nèi)，符合學(xué)生身心發(fā)展特征，而且學(xué)生可以自由控制學(xué)習(xí)進(jìn)度，有利于學(xué)生自主性的發(fā)揮[5]。但由于課下自學(xué)缺乏有效的監(jiān)控和管理，即使是學(xué)習(xí)積極性較高的卓越班學(xué)生，自學(xué)效果也不是很理想。針對(duì)上述情況，可借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)方法的改革。翻轉(zhuǎn)課堂，又叫顛倒課堂，是指將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生的一種新型課堂模式。在翻轉(zhuǎn)課堂中，重新構(gòu)建了教學(xué)課程視頻資源，幫助學(xué)生進(jìn)行翻轉(zhuǎn)式的課前學(xué)習(xí)，而后教師與學(xué)生再通過課堂達(dá)到知識(shí)應(yīng)用的目的。基于這種教學(xué)模式思維，學(xué)生活動(dòng)占據(jù)了主體地位，教師將占用較少的課堂時(shí)間來進(jìn)行講授，更多的是幫助學(xué)生總結(jié)歸納知識(shí)脈絡(luò)、進(jìn)行習(xí)題答疑等。通過最近兩學(xué)期的卓越班教學(xué)實(shí)踐，上述教學(xué)方法有利于學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的提高，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)本課程及其他相關(guān)課程知識(shí)內(nèi)容的掌握，并提高了學(xué)生采用理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用能力。

四、結(jié)束語

本文分析了卓越班的《機(jī)械CAD/CAM》課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，提出采用微課資源提高教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)方法，并借鑒翻轉(zhuǎn)課堂的理念，設(shè)計(jì)了基于微課資源的《機(jī)械CAD/CAM》教學(xué)改革措施。最近兩個(gè)學(xué)期教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生不但較好地掌握了本課程的基本內(nèi)容，還大大地提高了實(shí)踐應(yīng)用能力，這說明本文所述的教學(xué)改革措施是行之有效的。但是隨著新理論的發(fā)展和新技術(shù)的出現(xiàn)，本課程的內(nèi)容也在不斷更新，因此針對(duì)本課程的教學(xué)改革和探索也會(huì)隨著“卓越計(jì)劃”的實(shí)施不斷深入。

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