新工科背景下《逆向工程與快速成型技術應用》課程多元化混合教學模式研究

朱振國，左 武，汪 涌，張作勝，李旗號

（1.安徽職業技術學院 機械工程學院，安徽 合肥 230011；2.青島雙星股份有限公司，山東 青島 266400；3.合肥工業大學 機械工程學院，安徽 合肥 230051）

0 引言

為應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“中國制造2025”等一系列國家戰略出臺。教育部通過“復旦共識”提出建設“新工科”，是有別于傳統工科專業建設和工程人才培養的新體系、新模式、新動能[1-3]。新工科強調學科的實用性和綜合性，這對于培養學生的素質能力具有較好的促進作用，相對于傳統的工科人才，未來新興產業和新經濟需要的是實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。這也要求教師在授課過程中要脫離傳統教學方法，以一種新型的、高效的教學模式適應新工科的發展。

混合式教學是指在適當的時間，通過應用適當的媒體技術，提供與學習環境相契合的資源和活動，培養學生的能力，取得最優化教學效果的教學方式[4,5]。混合式教學提升了教學的效率，打破了傳統教學中學生與教師的“孤島”，滿足了新工科對人才培養機制創新的要求。現以《逆向工程與快速成型技術應用》課程的混合式教學模式改革為例進行介紹。

1 課程特點及存在問題

逆向工程（reverse engineering，RE）是對已有的產品或實物原型進行CAD模型重建，即對已有的產品或實物原型利用三維數字化測量設備快速、準確地獲取實物表面的三維坐標數據，并根據坐標數據使用三維幾何建模的方法重建實物CAD模型[6]。

《逆向工程與快速成型技術應用》課程邏輯性強，尤其是逆向設計教學過程中的三維掃描階段，相對傳統正向設計，其需要更多具體的教學設備進行輔助，如三維掃描設備，因此要求教師在教學過程中為學生提供更多實踐操作的機會，同時逆向技術的教學概念較為抽象，具有較強的理論性和實踐性，以教師為主導的教學方式是不適合的。在實際教學過程中該課程還存在3個問題：①課程學時少，學習內容多和強度大，該課程包含數字化測量技術、數據處理技術和產品制造技術，涉及的軟件包括Geomagic Studios、UG、DX等，尤其是數據處理階段，要熟練掌握DX等軟件，否則難以學懂弄通，達不到學習的效果，但僅依靠傳統的課堂教學，學生動手能力較差，教學效果不佳；②學生參與度差，缺乏“促學”動力，在傳統教學模式下，課堂的教學以教師講授為主，而講授內容單一、講授方法枯燥、學習難度較大、課堂教學任務較重，致使大部分學生較少參與課程學習，存在“老師上面教，學生下面玩”的情況，同時也違背了“學生本位”的思想，沒有相應的“促學”機制帶動學生進行學習，學習積極性和主動性也不高；③授課形式較為單一，學生培養與企業實際需求脫鉤，《逆向工程與快速成型技術應用》課程包括掃描測量技術、數據處理技術和產品模型重構技術，這些都屬于偏實踐性質教學的內容，因此在教學過程中要有相應配套的實踐環境，但是傳統的教學僅以教室為基地，缺少實踐場所，限制了學生的動手能力，這也進一步模糊了學校為社會和企業培養專業技能人才的定位，出現“學校熱，企業冷”的不對稱需求現象，增加了學生畢業后找工作的難度。

2 新工科背景下多元混合教學模式的目標

新工科背景下課程改革和創新注重多元性和開放性，依據對課程的分析，主要研究以“線上+線下”、“以賽促學”、“企業項目驅動式教學”為主的多元化混合式教學模式下《逆向工程與快速成型技術應用》課程的教學方法實踐與探究，多元化混合式教學是不同教學方法的有機組合，如圖1所示。

圖1 多元化混合式教學

立足并結合《逆向工程與快速成型技術應用》課程特點與問題，制定以下研究目標。

（1）構建線上線下混合教學保障體系。《逆向工程與快速成型技術應用》課程課時少、內容多，為了提升教師授課和學生學習效率，需改變傳統“上課滿堂灌”的教學方法，新工科背景下課程改革突出“開放式”和線上線下相結合的特點，因此可以采用“線上+線下”相結合的混合式教學模式，回歸“學生主體、教師引導”的教學，其中線上線下混合式教學保障體系主要包括線上的云課堂、慕課、SPOC等以及線下的討論、答疑、師生互動等。

（2）制定“以賽促學”科學實施標準。新工科背景下課程改革還倡導創新授課方式，“以賽促學”對于激發《逆向工程與快速成型技術應用》課程的學生學習熱情發揮重要作用。技能大賽是學生展示自我的平臺，在該平臺上職業能力、職業精神將得到發揮。以技能大賽為契機，促進學生全面發展，大賽就是“洗禮”過程，技能大賽主要是自主學習，完成從學生到職業人的轉化，通過專業技能比賽學習、交流經驗，不斷促進學生專業技能水平的提高，注重內化職業素養。利用技能大賽機制，有效地調動學生學習積極性，明確學習動機，技能大賽不僅能提高學生的心理素質，而且能提升學生的職業素質，為他們終身學習、繼續深造和走向崗位奠定良好的基礎。

（3）完善企業項目驅動式教學長效機制。項目驅動式教學模式是以“項目”為中心，學習者在教師指導下，根據某學習項目，通過團隊合作方式，自主分析、探究、創新、解決學習問題，同時提交研究成果的教學模式[7]。新工科背景下企業對于學生素質能力的要求也有相應變化，為了滿足企業要求和學生實際學習需要，項目的實踐必須本著循序漸進的原則，按照教學大綱的要求進行專業基礎知識的教學和實踐，而在重要實踐環節引入企業項目，引導學生按照企業的要求進行軟件項目的開發實踐，培養滿足企業崗位需求的合格人才。

3 新工科背景下多元化混合教學模式的實施

新工科背景下課程改革的重點是“線上+線下”混合教學模式，課前的知識點導入和學習目標的引入都可以在線上完成，課中是線下的面對面授課[8]。一般情況下，線上教學和線下課堂是穿插式、交替式進行，將整個課程提前進行學習項目分類（A、B、C……），同時將學生進行分組，便于后期互動管理。對于概念性的課程（如逆向工程的概念），教師在上課前兩天通過云課堂發布線上學習資料，這些資料包括慕課、PPT、SPOC等，讓學生掌握課程中的基礎知識，老師在課堂上設置提問、答疑等互動環節，幫助學生快速掌握；而對于需要動手實踐的課程（如三維數據掃描），教師也提前兩天通過云課堂發布線上學習資料，這些資料不僅包括慕課、微課等，還包括讓學生在網上搜索動手實踐操作的視頻學習，課后按照企業項目驅動式方法引導學生動手操作，并進行學生自評、小組互評、教師評定的綜合模式，圖2所示為線上線下相結合教學模式。

圖2 線上線下相結合的教學模式

“以賽促學”是新工科背景下的課程改革創新之舉，是指讓技能大賽與《逆向工程與快速成型技術應用》課程相融合，將班級每6人分成一個小組，按照賽程標準將每個小組分為產品制造、前端掃描和數據處理，進行情景模擬，表1所示為按照全國技能大賽評分細則修改后的標準。在該過程中學生會提高對《逆向工程與快速成型技術應用》課程的認知程度，直觀操作現場設備增強自信心，同時學生為了爭奪競賽名額，會形成良好的學習競賽氛圍，促進良好的學風形成。教師在該過程中也要起到引導作用，在課程教學中始終堅持“做中學、做中教，實現教學做一體化”，實現了課程教學“先理論后實踐”轉變為“大賽融合、以賽促學”的整體。

表1 全國技能大賽評分細則修改后的標準

新工科背景下要實現企業與學校的有機對接，即實現“學校所學正是企業所需”的情況以及線下教學中為了能更好地將理論與實踐相結合而進行“企業項目驅動式教學”，項目的實踐必須本著循序漸進的原則，按照教學大綱的要求進行《逆向工程與快速成型技術應用》相關知識的教學和實踐，而在重要實踐環節，例如三維掃描、產品制造等引入企業項目，引導學生按照企業的要求進行逆向工程項目的開發實踐，培養滿足企業崗位需求的合格人才。為了盡可能地提高學生所學與企業所需的匹配性，制定“企業推薦、教師審定”的主題設計方法，即：教師需根據教學課程計劃安排，提前掌握學生的基本情況，包括基本專業理論知識學習程度、操作技能熟悉程度、逆向能力等，綜合考量設置難易適中的企業項目，并圈定其主題選擇范圍，再由教師審定其可行性，確立最終的項目主題[9,10]，圖3所示為企業項目選擇流程。

圖3 企業項目選擇流程

4 結束語

基于新工科背景下的“線上+線下”、“以賽促學”、“企業項目驅動式教學”為主的多元化混合式教學模式促進了專業課程的教學改革，讓學生在創新樂趣中學習，培養學生的學習興趣。實施創新混合模式教學取得了顯著成績，機械制造與自動化專業、模具專業等學生共獲得11次逆向設計工業大賽獎勵，學生的專業技術能力也多次被頂崗實習單位表揚。