創(chuàng)造“美好的學習”

劉晨曦 吳勃 王宏宇 晁栓

“新工科”計劃是我國教育部在面對技術與產業(yè)變革下工程新業(yè)態(tài)和未來發(fā)展新趨勢、國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求以及國際競爭新形勢下提出的，旨在以應對變化、塑造未來為建設理念培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。顯然，“新工科”的提出對高等工程教育和工程科技人才培養(yǎng)提出了更高的要求，同時也為工科專業(yè)的發(fā)展及課程改革提出了新的方向和契機。

基于課程的學習是大學生專業(yè)能力塑造和綜合素質養(yǎng)成的重要途徑，讓學生在課程開設的過程中樂于學習、享受學習，才能達成最佳的教學效果。筆者作為機械及相關專業(yè)基礎課程《公差與檢測技術》的主講教師，在深入分析了該課程教學實踐現狀的基礎上，本著超越知識本位，為學生創(chuàng)造“美好學習”的理念，積極開展教學創(chuàng)新和實踐探索，制定了以線上線下混合式教學模式為載體，以高效信息技術與教育“深度融合”為手段的總體創(chuàng)新思路，遵循“知識建構-能力培養(yǎng)-情感認知”三位一體目標，從學習環(huán)境、學習資源、學習活動、教學評價多維度進行全方面的創(chuàng)新實踐，為培養(yǎng)多元化、具有創(chuàng)新思維、卓越實踐能力的工程科技人才提供支撐，也可為其他新工科課程的教學改革提供參考和借鑒。

一、教學實踐中面臨的痛點問題

《公差與檢測技術》是一門實踐性強、應用廣泛的專業(yè)基礎課程，帶領學生掌握準確表達技術要求及檢測方法的工程語言，與制造行業(yè)技術標準（特別是產品幾何技術規(guī)范（Geometrical Product Specification， GPS））緊密銜接。課程著重講述機械零件公差設計與檢測的相關知識，培養(yǎng)學生對零件幾何量精度進行理解、分析、設計及檢測的能力。在工業(yè)4.0的驅動下，制造業(yè)正發(fā)生著巨大的轉型，而作為組織現代化生產重要技術基礎的GPS標準體系也正處在更新換代的關鍵時期。為對標ISO新一代GPS標準體系，國家標準化管理委員會對傳統(tǒng)以幾何學為基礎的產品幾何技術規(guī)范進行了全面修訂，于2017年起逐項發(fā)布實施，并仍有較長的修訂與推廣階段。

《公差與檢測技術》（后簡稱為公差課）作為與GPS標準緊密銜接的專業(yè)課程，必須及時跟蹤最新標準，并將相關的主要技術內容貫徹于教學當中。由于本次標準修訂涉及面廣，持續(xù)時間長，教材的更新無法與最新發(fā)布標準做到完全同步。因此，為支持本課程立足于行業(yè)前沿，在每一輪次的教學過程中，如何做好課程資源的整合、課程內容的重新組織，是教學實踐中的痛點問題之一。

隨著高等教育教學的發(fā)展，本科專業(yè)培養(yǎng)計劃學分學時不斷壓縮，公差課也由早期的48學時壓縮至40學時，再壓縮至32學時，傳統(tǒng)的單一課堂教學模式為保證知識邏輯構建不得已弱化了對學生解決問題及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，導致學生在后續(xù)實踐環(huán)節(jié)，特別是在畢業(yè)設計中已呈現出較大的問題。因此，如何從課程教學模式上進行改革，從源頭重塑教學設計，是提升本課程“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的另一大痛點問題。

二、創(chuàng)新教學設計及實施

為解決公差課中的真實痛點問題，筆者提出以創(chuàng)造“美好的學習”為理念，以線上線下混合式教學模式為載體，以高效信息技術與教育的“深度融合”為手段的總體創(chuàng)新思路，遵循“知識建構-能力培養(yǎng)-情感認知”三位一體進行教學設計，從創(chuàng)設智慧教學環(huán)境、整合適應性學習資源、規(guī)劃多元化學習活動、實施多維度教學評價等方面進行全方面的創(chuàng)新實踐。

1.構建教室-SPOC平臺-社交平臺智慧教學環(huán)境

受新冠肺炎疫情的突發(fā)影響，基于移動互聯網環(huán)境組織教學活動得到了迅速發(fā)展。線上教學受益于在線云課堂能打破傳統(tǒng)教室課堂在時間空間上的限制，又受掣于師生之間互動交流大大減少的客觀事實。學生雖然可以自由支取云端資源用于自主學習，但是反饋渠道狹窄與互動時效不足往往使得學生產生無力感，特別是在遇到疑惑得不到有效的幫助和支持。為了提升學生“學”的主體意識和交互性體驗，課程將物理空間（包括教室、教具、手機、電腦終端）、資源空間（包括SPOC學習平臺、電子數據庫）、社交空間（包括慕課堂、企業(yè)微信）進行融合，構建了教室-SPOC平臺-社交平臺智慧教學環(huán)境。在課程正式開始之前，即利用企業(yè)微信建立班級群，將教師與學生通過手機/電腦終端連接，便于及時發(fā)布公告，還作為教師補充教學資源、學生分享學習資源、在線答疑的重要環(huán)境。SPOC平臺依托中國大學MOOC，由主講老師以省級一流在線課程為基礎進行再建，實時添加適應性學習資源，是學生進行自主學習、在線討論、在線答疑的主要環(huán)境。教室則為師生溝通提供了最佳的環(huán)境，無論是由教師主導的重難點講解，還是學生主導的案例研討，通過面對面的交流，使學生有充分的支持感，從而獲得良好的學習體驗。因此，智慧教學環(huán)境所涉及的三類空間盡管功能各有側重，但又相互聯通以支撐全程的教學活動。

2.變“教師單向輸出”為“師-生共建”整合適應性學習資源

前文對課程的痛點問題分析中提到，公差課與作為組織現代化生產重要技術基礎的GPS標準體系緊密銜接。新一代GPS標準體系的中國化仍在進行中，因此對應于該課程的學習資源也要做到逐步更新、補充迭代。依托省級一流在線課程，學生能充分享用優(yōu)質的自主學習資源，但已有教學視頻大多基于第一代GPS標準。為確保教學資源的先進性，借助SPOC平臺和企業(yè)微信推送最新的國家標準供學生對比學習，同時在課堂上還將新舊標準的區(qū)別進行重點講解。另一方面，新世紀學生作為“數字土著”，具有較強的電子資源挖掘能力，以問題為導向布置學習任務，能有效調動其自主性和個性參與相關技術標準的獲取與分享。教師引出新一代GPS標準體系的采標情況，學生調研相對應國家標準的發(fā)展歷史，分別找到作廢標準與現行標準，并在企業(yè)微信中進行分享。正是由于改變了傳統(tǒng)教學內容的單一路徑來源，使得該課程的學習資源在“師-生共建”中更為豐富，而學生在分享中也大大提升了參與感和主體意識。更為重要的是在這一過程中，學生對于課程的主旨思想之一標準和標準化的意義產生了內化作用，這在學生參與拓展項目時得到了明顯的體現。6D796D81-E862-4138-82BC-7887D04FA7AC

3.以“學”為中心規(guī)劃多元化學習活動

在整個教學設計中始終秉持“學為中心、教師做好牽引和扶持”的教學理念，根據教學內容的特點（如知識邏輯、理解難易、開放度等），調度學生的自主性和自治性，規(guī)劃了多元學習活動，主要包括基于簡單任務的個人自主學習、基于復雜任務的分組合作學習、基于開放任務（工程案例）的項目研討學習。具體來說，個人自主學習是貫穿于課程各章節(jié)的主要學習活動，學生在SPOC平臺中觀看講授視頻、參與討論、完成作業(yè)、測驗等;在自主學習中產生的疑問由教師進行重難點梳理，并提升（線下課堂為主、線上為輔），達成架構知識邏輯的目標。合作學習是在自主學習基礎上通過分組協作完成復雜任務的新型學習方式，促進學生在相互啟發(fā)、相互質疑、形成共識中實現知識-能力-情感目標的均衡達成。針對不同章節(jié)設計了不同類型的復雜任務，包括課堂討論（如分析車床溜板箱手動機構中的配合類型，課堂0.5學時）、制作并分享思維導圖（梳理表面粗糙度輪廓及其評定的基礎知識和方法，課下+課堂1學時）、延拓探索（閱讀前沿學術論文了解增材制造中的幾何量精度問題，課下）等。為了促成學生對課程知識的融會貫通與解決實際工程中幾何量精度問題的能力，在整個教學過程中分節(jié)點進行了兩次基于工程案例的項目研討。第一次安排在課程中段，選取學生較為熟悉的齒輪減速器中的輸入軸零件，要求分析圖樣中精度設計的合理性（課堂1學時）;第二次安排在全部課程內容學習之后，從往屆學生的實踐作品智能垃圾箱中選取的幾個典型零件（主軸、軸承端蓋），要求分組完成零件的結構和精度設計改進，制作PPT匯報答辯（課下+課堂2學時），與前者相比，后者的挑戰(zhàn)度和創(chuàng)新性要求都有明顯的提升，而學生的參與熱情也被充分地調動起來。

4.基于多維度數據實施全過程立體評價

現代信息化技術在本課程的教學開展中起著巨大的支撐作用，借助慕課堂工具，學生在前文所述的智慧教學環(huán)境中的各類學習活動得到了有效的數據閉環(huán)，并便于統(tǒng)計分析。基于簡單任務的個人自主學習主要在SPOC平臺完成，相應的線上學習成績由平臺自動給出，并同步至慕課堂中。學生在教室里參與的隨機點名、課堂練習、簽到、討論等活動得到了有效記錄，形成了學生的過程學情統(tǒng)計。利用慕課堂中問卷功能，可對分組學習任務進行生生評分，并計入平時綜合成績部分。課程總評成績分為線上綜合、平時綜合、線下期末考試和試驗四部分，分別占比15%、15%、50%和20%。線上成績評分標準為：討論表現占20%、單元測驗成績占20%、單元作業(yè)成績占20%、線上期末考試成績占40%;其中討論成績根據學生的有效參與次數計分，單元測驗及期末成績由系統(tǒng)判定，單元作業(yè)由學生互評判定。

三、教學效果及反思

筆者針對公差課親身經歷了由傳統(tǒng)課堂教學轉向在線開放課程建設、線上線下平行式教學、線上線下混合式教學的多輪次改革探索和實踐，在教學效果上有較為明顯的改進。通過對比近幾個教學周期教學班課程總評成績平均值及學生評教結果，可以看出線上線下混合式教學模式得到了學生的認可，也取得了更好的教學效果。學生能真正理解GPS標準和標準化的意義，掌握零件精度設計的方法。在教學班發(fā)布調查問卷統(tǒng)計顯示，半數以上的學生對前文所述的教學改革表示歡迎，自己的學習獲得感有切實提升，特別是項目研討能明顯提升學習熱情，促進協作意識。

教學持續(xù)改進永無止境，在“新工科”需求的大背景下，學生培養(yǎng)目標一方面要能快速適應多元知識的更新迭代，更重要的是滿足對創(chuàng)新型卓越工程人才的要求。隨著制造業(yè)信息化生產的發(fā)展和CAD/CAM/CAQ/CAT等的實用化進程，未來還將在學科交叉及創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面做出更多的教學創(chuàng)新和實踐探索。

四、結語

《學記》言：“君子之于學也，藏焉，修焉，息焉，游焉。”這句來自中國古代教育論著中的文字，與當今“新工科”背景下人才培養(yǎng)目標不謀而合。意指學習不能浮于表面，透過實操和反復訓練而有更深刻的體會，將所學內化為自己的素質，最終能夠在相關領域開發(fā)、想象和創(chuàng)新。本文詳細介紹了在“新工科”背景下的課程教學創(chuàng)新探索與實踐，基于線上線下混合式教學模式，借助高效信息技術，為學生打造全程“美好的學習”，達成“知識建構-能力培養(yǎng)-情感認知”三位一體的課程目標。所述創(chuàng)新實踐經驗對新工科課程教學改革具有參考和借鑒意義。

【項目來源：江蘇大學高等教育教改研究課題（2021JGYB058）“后疫情時代提升學生學習自主性的策略探索與實踐研究”、教育部機械基礎/工程訓練教指委聯合立項教改重點課題（JJ-GX-JY202109）“金工課程教材與課程協同創(chuàng)新中的課程思政問題研究與實踐”。】6D796D81-E862-4138-82BC-7887D04FA7AC