基于目標導向的《機械制造工程學》混合式教學實踐

郝敬賓，劉新華，楊海峰，劉昊，田憲華

（中國礦業大學 機電工程學院，江蘇 徐州）

一 引言

《機械制造工程學》是機械類專業的專業主干課程，該課程以機械制造工藝為主線，講授零件機械加工過程中所涉及的原理、方法、裝備、工藝等基本知識，培養學生分析和解決機械制造過程中實際工程問題的能力。我校在2018年機械工程專業國際工程教育認證的過程中，對該課程的教學質量標準進行了重新修訂，減少了課堂教學學時（從40學時壓縮到32學時），加大了實驗教學學時（從8學時增加到了16學時），著重于培養學生加工工藝分析、工裝夾具設計、機器裝配調試等方面的工程實踐能力。在這一背景下，傳統課堂教學所面臨的問題就更加突出，主要體現在：1、課堂學時壓縮和教學內容增多之間的矛盾；2、知識體系構建和興趣愛好培養之間的矛盾；3、理論知識學習和實踐能力培養之間的矛盾；4、教師單一講授與師生交流互動之間的矛盾。

基于目標導向的混合式教學是遵循OBE（Outcome based education，OBE）教育理念，以學生為本，采用逆向思維的方式進行課程體系設計，充分利用線上教學平臺和課堂互動工具，引導學生進行課前線上自主學習，課堂教學知識內化，課后鞏固拓展學習，有效完成課程既定的教學目標[1-3]。在傳統課堂教學的基礎上加入線上自學環節，一方面，讓學生充分利用課余的零散時間進行知識點的預習和鞏固；另一方面，通過線上學情分析，適時調整課堂教學設計，更有針對性地進行教學知識內化。采用線上線下混合式教學，可以提升學生的學習興趣和過程參與度，滿足學生對課程學習的不同需求，引導學生進行深入探索與拓展學習，培養學生的自主學習能力。

二 《機械制造工程學》的課程教學目標

《機械制造工程學》的課程總目標是：通過該課程的學習，使學生掌握機械制造技術的基礎知識、基本理論和基本方法，了解機械制造領域的先進技術和發展趨勢，具備分析切削加工機理和切削加工過程現象的能力、設計零件工藝路線和選擇機床及工裝夾具的能力、機械加工質量分析與質量控制的能力，達到所學專業對畢業生知識結構要求和解決機械制造工程中實際問題基本能力要求的培養目標。遵循價值塑造、能力培養和知識傳授“三位一體”的教學理念[4]，將課程教學目標進一步分解為知識目標、能力目標和價值目標。

（一）知識目標

掌握金屬切削加工過程的基本原理和基本規律；掌握金屬切削加工機床、刀具、夾具的基礎知識和基本理論；掌握機械加工質量控制、工藝規程、機器裝配的基本方法；了解機械制造領域的先進技術和發展趨勢。

（二）能力目標

具備分析切削加工機理和切削加工過程現象的能力；能夠利用金屬切削加工的基本規律和工件表面的加工質量要求，合理選擇切削條件、加工方法以及所需機床與刀具；能夠根據工件的定位原理，合理選擇定位方式和定位元件以及夾緊裝置；能夠綜合運用所學知識，對中等復雜程度的零件進行機械加工工藝規程的制訂。

（三）價值目標

培養學生國家意識、全球視野、自強不息的愛國精神；精益求精、勇于創新、高效務實的工匠精神；實事求是的科學素養；與人為善、互相尊重的團隊意識。

三 基于目標導向的混合式教學設計

以知識、能力和價值目標為導向，將每個章節的教學內容進行目標分類，明確學習任務目標，借助線上教學資源和課堂互動工具，將線下課堂教學與線上平臺教學相結合，將教師課堂講授與學生在線互動相結合，以學生的學習成效為中心，進行混合式教學設計。

（一）以學生為中心的教學設計理念

以學生為中心的教學設計是以學生學習為主、教師講授為輔；將機械式、灌輸式的教師單向講授轉變為互動式、探究式的學生主動學習；以學習任務為明線，知識與技能、素質培養為暗線，在知識傳授中做到能力培養和價值塑造。

根據課程的教學內容、學生的知識儲備和現有的教學環境，合理劃分線上平臺教學與線下課堂教學的知識點，構建線上自學與線下講授有機結合的知識體系。將基礎性的知識點放在線上教學平臺，學生自主安排時間完成課前預習；而將重點難點放在線下課堂教學，利用教學交互工具提升學生的過程參與度，采用啟發式、研討式或案例式教學，使學生完成知識內化；最后將復習鞏固和拓展資料放在線上教學平臺，滿足學生對課程學習的不同需求。

（二）搭建完整的課程線上教學平臺

目前中國大學MOOC慕課、愛課程網以及國內外高校的在線開放課程平臺，都有非常多的優秀線上教學資源，可以合理選擇部分優質的教學視頻，在課前推送給學生進行預習。同時針對學生在課堂上重點難點的掌握情況，推送一些課后復習資料，幫助學生進行重難點的知識鞏固。

本課程組在校級網絡在線課程建設項目的支持下，錄制完成了46個課程微視頻和6個實驗微視頻，覆蓋全部章節的知識點，在學校在線開放課程平臺上搭建了該課程的SPOC課程。授課老師使用學習通APP可以將課前預習視頻和課后復習作業推送給選課的學生，并通過后臺可以實時了解學生們的線上學習情況。

（三）基于雨課堂的課堂互動式教學設計

使用雨課堂插件后，可以在PPT里插入答題、簽到、點名、互動等環節，原本單向輸出的電子幻燈片變成了可以互動交流的學習工具。雨課堂的使用非常簡單，老師只需要根據課堂教學的內容設計和授課編排，在原本的PPT里實時插入答題頁面、簽到頁面、互動頁面等即可，授課時只要到達相應頁面，即可進行相應的互動教學。

雨課堂通過后臺建課和學生信息導入，在課堂教學過程中，學生互動學習的記錄都會被記錄下來，并進行課后總結分析，形成學期分析報告推送給授課老師。通過移動終端來加強與學生之間的課前、課上和課后的交流互動，及時掌握學生的到課情況和學習效果，有效提高該課程的教學效果。

四 線上線下混合式教學的實施過程

（一）明確學習任務目標，完成教學活動設計

首先按照課程的教學計劃，合理安排線上學時和線下學時。然后將每個課次的教學目標拆分為知識目標、能力目標和價值目標，以此來進行混合式教學的內容編選和環節設計。以第五章“機械加工精度”的第一課次“零件加工精度與誤差”為例，本課次的知識目標是掌握加工精度與誤差的概念、了解零件精度對使用性能的影響；能力目標是能夠根據加工精度要求合理選擇加工方法，具備分析圖紙中精度標注問題的能力；價值目標是培養學生愛國情懷、團隊意識和工匠精神。

（二）推送線上微課程，學生課前自主學習

利用學習通給學生布置課前預習視頻，學生在平臺上進行在線學習、在線測驗和課前實踐練習；通過微信公眾平臺和學生進行線上互動，跟蹤學習進度、收集學生問題，并以此來調整課堂教學的編排。本課次在課前布置兩個微視頻課程（5.1 加工精度及其獲得方法、5.2 工藝系統的幾何誤差），讓學生提前在線學習完成，并設置在線討論題目：加工精度與加工誤差是一回事嗎？以此了解學生對課前預習知識的掌握情況。

（三）利用課堂互動工具，實現教學知識內化

利用智慧教室和雨課堂進行線下互動式教學，通過答題測驗、小組討論、拓展訓練、實踐操作讓學生將所學的知識內化，轉變成技能和能力。本課次首先將學生事先分組落座，一起觀看國產和進口軸承旋轉性能對比的視頻；然后進行分組討論，什么原因造成產品質量差異，請1-2個組的代表進行發言；隨之引入精度與誤差的概念與區別，拿出幾份圖紙，讓學生從中找出精度標注的地方，并解釋其含義；通過工程案例分析，講解如何根據零件特點和精度合理選擇加工方法；最后拿出往屆本科畢業設計的圖紙，讓學生分組討論，指出圖紙中精度設計不合理或標注不規范的地方，并提出修改意見。通過這樣“提問－討論－講授－測試”的方式螺旋式推進教學進程，逐步強化學生對所學知識的內化程度。

（四）采用過程考核評價，做好學情分析反饋

在整個混合式教學的實施過程中，通過小組討論、隨堂測試、線上測評、線下作業與實驗等手段對學習情況進行過程考核評價，課后通過雨課堂的學情報告分析學生的學習情況，進行教學反思，提出下一步改進方案。本課次講授存在的問題主要有：（1）講述的知識實踐性較強，學生通過課堂學習很難完全理解和掌握，需要通過實驗教學來鞏固這部分知識。在講到機床主軸回轉誤差和導軌誤差時，需要回顧下機床的結構設計和傳動原理。（2）工藝系統受力變形的情況比較復雜，在講解過程中需要進行一些實例分析和計算驗證。

五 結語

本課程目前已經進行了三年的線上線下混合式教學實踐，學生普遍反映較好，線上自學的完成率很高，課堂互動明顯增強。以知識、能力和價值目標為導向，合理使用線上教學資源和課堂互動工具，進行混合式教學設計、內容編選和平臺建設，并在課堂講授、工藝實驗、網絡自學等環節上進行相應的改革，確實為提高本課程的教學效果做出了有益的探索和實踐。通過教學反思和持續改進，不斷提升混合式教學的效果，并授課過程中潛移默化地融入課程思政要素，激發學生的擔當意識和愛國情懷，樹立學生正確的人生觀和價值觀。