線上線下混合式先進制造技術實訓教學探索

戴明華， 張紅哲， 梁延德， 王永青， 劉 闊， 崔恩銘

（大連理工大學工程訓練中心，遼寧大連116024）

0 引 言

實踐是工程的基礎，實踐教育是工程教育的根基［1-2］，創(chuàng)新高等工程教育模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)造性、專業(yè)性的拔尖人才，是高校本科課程教學改革的核心目標。根據(jù)教高〔2019〕8號“教育部關于一流本科課程建設的實施意見”的總體原則，一流本科課程建設須“提升高階性、突出創(chuàng)新性、增加挑戰(zhàn)度”，拓展內(nèi)容寬度和廣度，科學“增負”，讓學生體驗“跳一跳才能夠得著”的學習挑戰(zhàn)。《工程訓練》課程作為工程教育的重要載體，是高校理工科專業(yè)的實踐類必修課，具有教學內(nèi)容廣、實訓學時長、學生覆蓋面大的特點［3-4］。因此，根據(jù)一流本科課程建設要求和“新工科”專業(yè)人才培養(yǎng)需要［5］，對工程實訓的教學模式和內(nèi)容體系進行改革探索［6］具有重要意義。

2020年伊始，新型冠狀病毒性肺炎（COVID-19）突然來襲，打破了大學正常的學習、工作和生活。在教育部“停課不停教，停課不停學”的號召下，各高校廣泛開展了網(wǎng)絡直播或線下錄播授課，學生不返校也能居家學習。然而，針對操作性、實踐性占比較大的《工程訓練》課程，僅采用線上教學根本無法完成教學內(nèi)容。因此，工程訓練中心，作為首批綜合性工程訓練國家級實驗教學示范中心，積極響應教育部號召，針對教學內(nèi)容具有前沿性和時代性的先進制造技術實訓模塊，探索實踐線上線下混合式的教學模式，學生在線上完成學習和作品設計等內(nèi)容，復學后再進入課堂參加線下的作品制作實訓。并探討了“互聯(lián)網(wǎng)＋教育”新形態(tài)下多樣化、個性化教學的可行性，激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新熱情。

1 常規(guī)工程訓練教學模式的問題

近年來，根據(jù)工程訓練教學應“與當前工業(yè)主流技術相銜接”原則［7-9］，越來越多的先進制造技術被納入實訓教學中，包括激光加工、數(shù)控加工、放電加工、增材制造和智能機器人等，先進制造技術發(fā)展迅速，技術前沿，具有加工速度快、效率高的特點，采用常規(guī)線下實訓的教學模式已不能滿足當前教學發(fā)展的需要。常規(guī)實訓教學采用老師現(xiàn)場講解示范，學生再基于設備實際操作，實訓情況往往受場地、設備、學時等條件的限制而存在以下問題。

（1）教學設備數(shù)量不足。由于激光加工、增材制造、數(shù)控加工等先進制造技術往往具有設備種類多、占地面積大、價格昂貴等特點，高校工程訓練中心配備的設備種類和單品種設備數(shù)量都有限，基于現(xiàn)場設備難以充分展現(xiàn)技術全貌和發(fā)展情況，更不能滿足1個學生操作1臺設備開展實訓的要求。

（2）實訓教學內(nèi)容統(tǒng)一。在線下教學模式下，工程訓練受學時安排的限制，不能對多種設備進行操作演示和培訓，教師只能設計統(tǒng)一的教學內(nèi)容，在一定程度上限制了學生的創(chuàng)新空間。而同類型先進制造技術的設備種類較多，在創(chuàng)新教育背景下，應根據(jù)學生專業(yè)和興趣的不同，基于多種設備資源開展多樣化、個性化、綜合性的教學，充分激發(fā)學生的創(chuàng)作熱情和創(chuàng)新精神，實現(xiàn)因材施教，在一定程度上也緩解了教學設備不足的問題。

（3）現(xiàn)場教學時間較長。《工程訓練》作為實踐課，必須基于教學現(xiàn)場的設備開展學習和制作。在常規(guī)教學模式中，學生通常在現(xiàn)場完成所有的實訓內(nèi)容，包括知識了解、設備原理和操作學習、作品設計、執(zhí)行程序編制、作品加工、甚至是實訓報告撰寫，導致學生在教學現(xiàn)場的學習時間較長，易出現(xiàn)學習疲勞和思維局限。

2 線上線下混合式實訓教學的建設

近年來，隨著混合式教學模式在理論課中的廣泛應用［10-11］，部分高校也在嘗試將其應用于各類實驗、實訓教學［12］。而先進制造技術實訓與傳統(tǒng)機加工實訓不同，實訓過程中軟件及編程的學習、作品的CAD設計和編程等占用時間較多，且設備往往由程序驅(qū)動，加工速度快，操作技術性不強，因而特別適合采用線上線下混合式教學模式。2020年年初，COVID-19暴發(fā)，更推動了其教學模式由常規(guī)線下向線上線下混合模式轉(zhuǎn)變，形成了特有的“線上教學，線下實訓”的教學模式。

在教學設計階段，教師通過互聯(lián)網(wǎng)搜集與實訓內(nèi)容相關的優(yōu)質(zhì)多媒體教學資源、設計教學內(nèi)容、錄制設備操作教學視頻、制作安全教育資料，形成以知識點為主題的線上“微課程”。學生在線完成知識學習、作品主題選擇、作品設計、設備操作的初步學習及安全教育等內(nèi)容，作品設計圖經(jīng)老師審核通過后，學生分批次到實訓場地完成線下實訓內(nèi)容。以時間換空間，增大了人機配比，增加了學生的實操比例，降低了學生聚集的密度，保證了疫情期間線下教學的安全距離。線下實訓過程中，教師要根據(jù)課程學時、實操時間及設備配置情況，合理安排實訓批次，確保每位同學都能操作設備完成作品的加工制作，實訓過程中，學生可隨時使用線上資源實現(xiàn)一對一的教學指導。實訓結束后，學生再將設計圖紙、作品照片及實訓報告上傳線上教學平臺，在線完成課后習題、討論、互評及課程評價等環(huán)節(jié)（見圖1）。采用線上線下混合式教學模式，學生在課前就掌握了具體的實訓內(nèi)容，有效提高了線下授課效率，給學生爭取了更多的設備操作時間；線上數(shù)字化教學資源的使用，可鍛煉學生自主學習的技能，讓學生從被動的灌輸式學習轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃臃e極的探索式學習。

圖1 實訓教學的線上線下混合式教學設計

2.1 設計多元化實訓內(nèi)容

隨著學生層次的多元化發(fā)展，多樣化、個性化教學在高等教育中的重要性日益凸顯。先進制造技術的種類眾多、發(fā)展迅速［13-14］，基于其開展個性化、多樣化教學具有得天獨厚的優(yōu)勢。先進制造實訓教學往往以“作品驅(qū)動”方式進行，多元化教學的關鍵在于多樣化實訓主題的設計。例如，在《工程訓練A2》的“激光加工創(chuàng)新設計制作”實訓教學中［9，15］，指導教師應根據(jù)實驗室設備配置情況，設計平面激光雕刻切割、立體拼插、水晶玻璃激光內(nèi)雕、創(chuàng)意名片激光打標等多樣化的作品主題（見表1），將多種激光加工技術的操作應用納入實訓教學。而常規(guī)線下教學由于課堂時間有限，無法對多種設備和多樣化作品主題一一講解，根本實現(xiàn)不了多樣化教學。在混合式教學模式下，老師還可以根據(jù)作品復雜程度設定分數(shù)等級，對于普通的學生，可以設計一般的作品主題（等級B）；對于善于思考、敢于挑戰(zhàn)的學生，可以設計較復雜的實訓主題（等級A）；而對于學有余力、樂于創(chuàng)新的學生，還可以組合不同的作品主題，設計“必修＋選修”的多元化教學內(nèi)容。學生根據(jù)個人能力和興趣愛好，遵循“先必修后選修”的實訓原則，利用自由時間完成線上作品設計，在有限的線下時間內(nèi)操作多種設備開展加工制作，充分鍛煉自己的綜合能力。

表1 分等級的激光加工創(chuàng)新設計制作作品主題

多元化實訓內(nèi)容的開展，滿足了不同層次學生的需要，實現(xiàn)了傳統(tǒng)教學“統(tǒng)一性”到混合式教學“個性化”的轉(zhuǎn)變，符合創(chuàng)新教育大背景下當代學生個性化學習的心理特征。多元化實訓內(nèi)容匹配分等級的實訓成績，可以有效激發(fā)學生創(chuàng)新制作熱情，引導學有余力、熱衷加工制作的學生開展優(yōu)質(zhì)作品的創(chuàng)新制作，培養(yǎng)學生的綜合實踐能力。

2.2 建設碎片化線上教學資源

自教育部召開改革開放后第一次新時代中國高等學校本科教育工作會議以來，一流本科教育一直是高等教育界乃至社會的熱議話題，消滅“水課”、建設“金課”的號召不絕于耳。“金課”建設的關鍵在于優(yōu)秀的教學設計和優(yōu)質(zhì)的教學資源，實踐類教學的特點是“實踐”，要求學生實際動手去制作、去探索，但這種實踐探索不是盲目的、娛樂的，而是要基于理論、結合理論，進而在實踐中將理論內(nèi)化為自身的知識和能力。因此，要打造線上線下混合式實踐教學“金課”，必須做好配套教學資源的建設。

線上教學與線下課堂的互動教學不同，長時間集中授課往往使學生感到視聽疲憊，注意力不集中，因而線上數(shù)字化教學資源的建設，應遵循碎片化、微型化、優(yōu)質(zhì)、精簡的原則進行。

針對教學知識點，可以參考“微課”的碎片化模式制成教學PPT，圖文并茂，簡潔明了，避免了觀看教學視頻的尾大不掉，方便學生利用碎片化時間瀏覽學習，并設置試題進行學習檢測。針對設備操作類教學資源的建設，應根據(jù)課程需要，按照案例的形式錄制成教學微視頻（5～10 min），介紹設備原理、組成、操作方法和安全操作規(guī)程，學生結合現(xiàn)場設備觀看學習后，能達到動手操作就行，而不能求全責備，將設備的所有功能都呈現(xiàn)出來，且過長過復雜的教學視頻也會讓學生疲倦，產(chǎn)生畏難情緒。針對實訓內(nèi)容和作品設計要求部分，①可以制成PPT配合語音介紹，在線推送給學生，內(nèi)容包括典型優(yōu)秀作品的成品照片、作品種類規(guī)格及細節(jié)要求，讓學生在課前就能獨立完成作品設計，延伸課堂時間，引導優(yōu)秀作品的產(chǎn)出；②應在實訓現(xiàn)場制作教學展板，方便教師線下教學指導，避免出現(xiàn)理解上的偏差。針對拓展性、思政引導性內(nèi)容，則可以通過推送優(yōu)秀慕課、微課或視頻的方式來引導學生學習，開闊學生眼界，通過將“制造大國”“創(chuàng)新強國”等思政理念引入教學內(nèi)容，培養(yǎng)愛國情操。

實訓課程的混合式教學有效整合了線上優(yōu)質(zhì)教學資源，突破傳統(tǒng)實訓中僅依靠實訓指導書和現(xiàn)場設備開展教學的局限；《工程訓練》作為通識性工程實踐類課程，其教學知識點多，內(nèi)容覆蓋面廣，具有非專業(yè)性、非職業(yè)性的特點，特別適合學生利用碎片化［16］時間觀看學習，還可以鍛煉學生的自主學習能力和時間管理能力。

2.3 構建合適的網(wǎng)絡教學平臺

《工程訓練》課程與理論課和普通實驗課不同，具有“模塊化、多層次、綜合交叉”的特點［17］，由于各教學模塊的學時、小組人數(shù)和指導老師人數(shù)有所不同，指導老師與學生呈多對多相互交叉的關系。在先進制造技術實訓的線上線下混合式教學中，如何構建合適便捷的網(wǎng)絡教學平臺，打造方便師生的訓練模式至關重要。目前，多種網(wǎng)絡教學平臺如“雨課堂”“學習通”“中國大學MOOC”等呈百花齊放之勢，但并不是所有的網(wǎng)絡教學平臺都適用于實訓教學的要求。目前，工訓中心基于超星泛雅的學習通平臺，建立了SPOC課程，將視頻、PPT、文本等多媒體資料及測驗題上傳平臺，由平臺完成學生管理、學習過程記錄、成績管理等教務工作，學生可以根據(jù)自己的實訓課表完成線上學習任務；而線下的現(xiàn)場實訓部分，由于單工種實訓組別小，班級內(nèi)各小組學生分批次實訓安排不一致，不同學生在同一時間的實訓內(nèi)容也不同，根本不允許有統(tǒng)一的線上線下互動教學，但學生可以根據(jù)實訓需要隨時使用線上資源進行一對一的教學指導，大大簡化了線下教學環(huán)節(jié)，節(jié)約了教學時間，方便了多樣化、個性化教學。學生完成某一模塊的線下實訓后，通過上傳實訓作品照片完成“大作業(yè)”，老師再根據(jù)學生現(xiàn)場實訓情況給出線下成績。

2.4 建立混合式實訓考評機制

常規(guī)線下實訓課程的考核通常包括現(xiàn)場的實訓操作和實訓報告兩部分，且前者占主要部分，但由于實訓過程的監(jiān)管做不到很全面，實訓成績的客觀性一般。而基于線上線下混合式教學模式，通過網(wǎng)絡平臺就可以優(yōu)化實訓考評機制，構建“線上＋線下”的混合式考評機制。線上教學平臺可以統(tǒng)計學生的簽到頻次、在線學習時長及答題情況，為實訓成績的綜合評定提供翔實參考；線下實訓操作的成績評定，可以引入“學生自評、生生互評、教師評價”三位一體的綜合評價體系，一方面能有效彌補老師評分時主觀性較強的缺點，也讓學生清楚地認識自己的優(yōu)勢和不足，激發(fā)競爭意識，激勵優(yōu)秀作品，而多樣化實訓制作主題匹配分等級的成績設定，可以進一步調(diào)動學生創(chuàng)新制作的積極性。

3 結 語

采用線上線下混合式教學模式開展先進制造技術實訓教學，將現(xiàn)代信息技術與教學深度融合，充分利用網(wǎng)絡優(yōu)質(zhì)資源拓展課程廣度和深度，設計多元化教學內(nèi)容，給學生科學“增負”，引導學生進行探究式與個性化學習，符合教育部一流本科課程建設基本要求。混合式實訓課程的建設，需要指導教師在建設前期投入較大精力；多元化實訓內(nèi)容的開展，對教師的業(yè)務水平、教學經(jīng)驗及綜合能力也提出了更高要求。隨著一流本科課程建設和混合式教學模式在實際教學中的不斷推進，中心將面向《工程訓練》課程的7大模塊、120個實訓項目全面開展線上線下混合式教學，將自主研發(fā)的教務管理系統(tǒng)、虛擬仿真教學項目和國家級資源共享課等納入教學，構建統(tǒng)一的線上教學平臺，為高校工程實踐教育教學改革提供參考。