基于OBE理念的數控技術實訓混合教學模式改革研究

婁海峰，周振全，楊金林，夏旭東

（浙江理工大學 機械與自動控制學院，浙江 杭州）

一 引言

當前，高等教育領域中工程教育正開展得如火如荼，“以學生為中心、成果為導向、持續改進”的工程教育專業認證理念正深入到高等教育的方方面面[1]，其中，以學習成果為導向的教育理念（Outcome-based Education，OBE）是工程教育認證的核心理念[2]。OBE教學理念強調以學生為教育活動的主體，它關注的是學生的預期學習成果是什么、為什么要讓學生有這樣的學習成果、教師怎樣助力學生獲得學習成果及如何評判學習成果是否達成等內容，數控技術實訓作為一門數控技術綜合應用的實踐課程，是筆者所在高校機制專業方向綜合實踐模塊之一，由于傳統的教學模式只強調教了什么，教師較少關注學生真正有沒有去學，學了多少，會用的是多少，所以在教學上很少考慮實訓的系統性與人皆受教、皆有所成的教學效果，這樣的教學模式是不能滿足當前高等院校工程教育需要的。因此，在OBE教育理念的指引下，數控技術實訓要在運用先進教學理念的基礎上，在課程體系構建、教學設計與實施方法、教學效果評價等方面作出新的規劃，轉變以教師為中心的傳統教學理念，構建以學生為中心，達成以學生主動學習與掌握數控知識與技能為目標的教學模式。

二 傳統數控技術實訓教學模式存在的不足及改革思路

（一） 傳統教學模式存在的不足

數控技術是一門集機械制造工藝、計算機、機電控制、精密機械結構等多學科交織的機械專業學科[3]，作為數控技術綜合應用的實踐課程，數控技術實訓具有知識點多，實踐性強的特點，更需要學生多學、多做、邊學邊做，但是傳統的數控技術實訓教學很明顯存在著以下不足：

1.教學形式單一，學生缺少主動獲取知識及技能的機會。在傳統的實踐教學中，由于課前對實驗原理與實驗儀器缺乏了解，實驗中學生多依照教師的演示葫蘆畫瓢完成實驗，學生始終處于被支配的地位。數控技術實訓實驗內容多，知識點繁雜，操作復雜，在傳統的教學模式下，要在規定時間內使全體學生理解與掌握數控技術的原理與操作方法，是一項巨大的挑戰。

2.實訓各環節教師各自為教，教學缺乏系統性。數控技術實訓教學環節多，這決定了數控技術實訓課程會由多名教師分塊施教的現狀。在傳統的教學模式下，各教師關注的是怎樣在自身的主導下訓練學生掌握本環節的數控知識與技能，各自互不干涉，這致使數控實訓各個環節相互脫節，教學效果不理想。

3.實驗設備欠缺，學生動手機會不足。培養學生的實際工程意識是實踐教學是一項重要目標，除了要在教學設計中融入工程思想外，符合工程實際的軟硬件設施是實踐教學的重要物質保障。然而，數控機床價格昂貴、使用及維護成本較高是不爭的事實，筆者所在高校的工程訓練中心雖然擁有一定數量的數控車床、數控銑床及立式加工中心，但仍然難以滿足所有參加實訓學生人人上手操作的要求，這給教學的順利實施提出了很大的挑戰。

（二） 數控技術實訓教學模式的改革思路

OBE的教學理念強調的是知識的整合與知識單元之間的聯系[4]，并且數控加工產品從零件設計、工藝制定、程序編制直至加工成型是一個系統化過程，數控技術實訓的教學必須體現這一特點，而由項目任務為主線、教師引導學生自主完成項目任務的項目式教學法恰好可以滿足這一教學需求[5]。不僅如此，OBE的教學理念強調的是以學生為主體，以“學”為中心，要為每位學生提供人人可主動學習的環境[6]，當下“互聯網+教育”相結合產生了多種先進的教學方式[7]，以大規模在線課程（MOOC）為依托的單一在線教學、以碎片化知識為單元的微課程體系教學、MOOC+課堂的SPOC線上線下混合式教學、翻轉課堂等先進教學方式，可創造學生人人均可主動學習的環境；利用計算機三維建模、人機交互、互聯網、數據庫和網絡通信等技術模擬真實的實驗環境、對象、步驟和流程來開展實驗的虛擬仿真實驗教學方式的出現[8]，可實現學生人人均可操作數控機床的實驗效果。由此可見，數控技術實訓教學模式的改革可從以下幾方面入手：

1.采用基于項目式的教學方法，推動數控技術實訓系統化教學。數控技術實訓應以項目促進課程目標的實現，項目任務應貼近實際、難度適中、綜合性好，教師在實訓各個環節可結合案例有效地對學生提供綜合性的技術指導。

2.采用互聯網技術，探求最適教學策略。數控技術實訓應在對課程各個環節教學目標及環節特點作出分析的基礎上，可結合互聯網背景下不同形式的教學方式，探索出適合每個環節最能實現學生個性化學習要求的教學策略。

3.采用計算機信息技術，實施虛擬仿真實驗教學。虛擬仿真實驗的出現可切實有效地解決全體學生實操的需求。數控技術實訓應選擇真正接近工程實際的數控仿真加工平臺，真正為學生人人掌握實踐可行的數控加工操作技能創造物質條件。

除此之外，傳統的教學評價關注于學生是否在規定的學習時間按統一的學習方式去完成既定的教學內容，而引入了互聯網及虛擬仿真技術以后，數控技術實訓要改變以實驗報告成績為主，輔以出勤率與實驗過程表現等簡單化、統一化的傳統評價體系，探索線上學習過程記錄、線下成果匯報并結合實驗報告等新的多元化的評價體系。

三 混合教學模式的建設與實踐

OBE教學理念要求先明確課程目標并重構課程結構，在教學中采用多元化的教學策略以助力每位學生均能取得學習成果，最后評價成果達成并用來反饋改進原有的教學[9]。因此，實施數控技術實訓混合教學模式需按以下步驟分步進行。

（一） 明確數控技術實訓課程目標

依據OBE教學理念與學校在復雜工程問題研究、現代工具使用、個人素質與團體協作等方面的畢業要求，首先對數控技術實訓課程目標進行重新梳理并確立如下：

1.問題研究能力目標：掌握數控加工的一般過程，熟悉機械零件的常用加工方法及其數控機床的工作原理及典型結構；掌握一般零件數控加工工藝與編程，能夠進行數控加工的機床、工裝夾具、刀具及切削用量的選擇及應用；具備數控機床的實際操作與加工能力，具備對零件尺寸及精度的檢測與分析能力。

2.現代工具使用能力目標：掌握數控加工程序的編制，能夠運用CAD/CAM工具進行三維數字化建模與自動編程，能應用數控加工仿真手段對程序及加工過程進行正確性驗證。

3.個人素質與團體協作能力目標：具有理論聯系實際的動手能力與肯吃苦、善鉆研的工匠精神，綜合利用先進設計及輔助制造工具的自主學習能力，團結協作的團隊意識，對事物的分析、判斷及決策的能力和良好的科學態度。

（二） 數控技術實訓的教學設計

數控技術實訓的課程重點在于訓練學生怎樣系統性地運用已掌握的數控技術知識去解決具體工程問題，為此，數控技術實訓教學設計的整體思路如圖1所示：

圖1 數控技術實訓教學設計思維圖

數控技術實訓的教學活動是以學生為任務主體的數控車及銑銷零件加工實訓項目為主線來展開的，實訓設立了具有開放性題材的項目任務，項目僅規定了毛坯的尺寸與材料、數控加工的最少工序等少量要求，從零件設計到加工成型的全環節均要求學生分組自主完成。要完成零件的數控加工，學生就必須經過機械零件二維與三維建模設計、數控加工工藝制定、數控程序編制、模擬機床加工與數控程序驗證及零件實物加工幾個環節，為了使學生具備相應完成項目任務的知識與技能，圍繞著課程目標的達成，數控技術實訓應從以下兩個方面開展教學：首先，設置CAD數字化建模、CAM自動編程、數控仿真加工及數控機床實操加工等四大實訓模塊，教師可結合案例采用恰當的混合式教學策略完成各模塊教學；其次，構建在線教學與交流平臺，通過在線教學與交流平臺，教師可以建設課程線上的各種教學資源，順利地實施各實訓模塊的線上教學任務，并可以通過發布公告、討論、群聊等方式對各項實訓模塊的實施及學生完成項目任務的情況進行有效地管理。

（三） 數控技術實訓各模塊混合式教學策略的確定與實施

混合式教學的優勢就是把互聯網技術引入了教學活動，改變了傳統教學在時間、地點、“教”與“學”主體關系等方面的限制，更能突出教學活動中學生的主體地位[10]。數控技術實訓安排在第6學期結束前2周，由于學生期末實踐活動多又面臨期末考試，學生能參加實訓的固定時間不多，為使教學活動具有靈活性與個適性，需先對數控技術實訓各模塊的教學特點進行分析：

通過表1對各個實訓模塊特點的分析，針對不同的數控技術實訓模塊采取如表2所示的幾種教學策略與實施方法：

表1 實訓各模塊的教學內容目標及特點

表2 實訓各模塊的教學策略與實施

線上教學、線上線下混合教學及線下教學的混合式教學策略的實施，有效地實現了學習的普適化、個性化，把學習的主動權還予了學生。

（四） 教學資源及線上教學與交流平臺的建設與應用

數控技術實訓課程實施離不開專業教學設施與條件的支持，課程依托筆者所在高校國家級機械基礎實教學中心金工訓練中心及仿真實驗室，配備了企業級數控車床4臺、立式數控加工中心2臺及宇龍數控仿真系統70余套，為課程的實施提供了有力的支持。

數控技術實訓線上教學平臺采用泛雅超星網絡教學平臺（手機端為學習通），考慮到學生線上交流的習慣，教師與學生采用QQ群進行平時線上的交流互動。教學平臺建設時，組建教研組并確立負責教師，教師把模塊1至模塊3的各知識點與實例的操作制作成微課視頻，而后在超星網絡平臺上按照模塊順序分章節建課，建課時在章節中上傳對應的微課視頻、說明文檔等內容，同時把教學中所用到的模型、軟件等素材上傳平臺資源庫，實訓開始時建立教學班級，課程與資源庫即可向班級全體學生開放。在學生學習過程中，對于線上教學，教師可適時關注學生在線學習進度，發布作業并在線批改；對于線上線下混合式教學，教師可適時了解學生課前預習情況，課中可指導學生按微課實例進行現場實操。除了超星網絡班級可進行師生互動外，教師也可通過班級QQ群進行實訓模塊教學安排及項目教學的管理，通過線上教學與交流平臺，教師可發布項目任務及說明、教學安排、教學資源等信息，安排學生分組進行項目任務的實施，在各組進行項目的同時可以督促與檢查學生的項目進度，檢查與反饋各小組自制零件加工工藝及程序，及時回答學生提出的疑問。

（五） 重塑數控技術實訓教學評價體系與持續改進

由于實行了混合式教學策略，數控技術實訓的教學評價也由過去的終結式考核轉變為以過程性考核為主的多樣化評價體系：對于超星網絡教學平臺的線上教學評價，平臺的記錄功能與統計功能可時時對學生的學習活動給予評價，教師可以時刻把控學生的學習進度與作業情況，此環節占總評的40%；對于線下數控機床的實操教學評價，教師可根據學生實操參與和完成情況給予評價，此環節占總評的20%；對于實訓項目的教學評價，實訓課程末期，教師組織項目驗收匯報環節，由各小組匯報項目成果與總結并進行互相點評與反思，此環節占總評的20%；最后遞交實訓總結報告，教師可根據小組匯報情況及個人總結報告而給予學生成績綜合評定，此環節占總評的20%。課程結束后，教師對教學活動進行教學反思，重點關注教學目標是否達成？教學方法是否適用于教學目標的達成？學生是否學有所成？在分析問題的基礎上，持續改進課程目標與教學方法。

綜上所述，借助在線教學與交流平臺，教師有效地對數控技術實訓各模塊實施了線上、線上線下混合及線下為主的混合式教學，學生在教師的指導下主動學習并完成項目任務，取得了自主設計的數控車削及銑削的零件實物，在此期間，教師對學生學習的過程與成果進行了線上線下全方位多樣化的評價，最終數控技術實訓課程有效地實現了基于OBE理念的混合教學模式。

四 混合教學模式的成效

數控技術實訓課程的混合教學模式在筆者所在高校已實行了兩個周期，新的教學模式取得了良好的教學效果。

（一） 學生自主性學習能力得到提高

互聯網與教育的融合實現了學生成為教學中“學”的主體，學生在完成任務的過程中總是會碰到各種各樣的問題，學生通過在線教學平臺學習了建模、編程、仿真加工等技能，并積極把掌握的技術應用于項目任務的完成。通過混合教學模式的實施，極大地提高了學生自主學習的能力，建立了學生樂于學習、終身學生的好習慣。

（二） 鍛煉了學生綜合實踐的工程能力

項目實施過程中，學生充分運用所學數控知識來制定自制零件的加工工藝并手工編寫程序，這些體現了學生綜合運用理論知識解決具體工程問題的能力；學生操縱仿真或是實物數控機床進行數控加工操作，加深了對數控加工原理、工藝、編程等方面理論知識實際應用的理解，這提高了自身的實際動手能力；不僅如此，學生經歷了數控加工的全過程，充分體會了數控加工產品形成中各環節的相關性及連續性，在小組協同完成項目過程中，組員分工協作、遇到困難商量互助的組織模式，使學生充分體會到社會上項目組織化的優勢與吃苦耐勞的匠人精神的重要性，這些都促使學生建立起工程化的意識。

五 結語

在OBE理念的指導下，數控技術實訓課程重新明確了課程目標，在達成課程目標的引領下，以項目任務為主線，課程設置了四大實訓模塊，構建了以線上教學與交流平臺為基礎的線上教學、基于數控仿真加工平臺的“微課+翻轉課堂”的線上線下混合式教學及線上交流+線下實訓教學等多種教學策略的混合教學模式，為學生順利完成項目任務提供助力。結合項目的混合教學模式的實施，使學生成為項目任務的踐行者，教師為學生獲取知識與技能提供學習平臺、資源及指導，并對學生的學習與項目任務的全過程進行監督與評價，由此，教師由知識與技能的灌輸者轉變為引導者，學生成為教學活動的中心，這充分激發了學生自由探索學習的熱情，提高了學生數控技術綜合實踐能力。今后，在學生現有學習效果的基礎上，教師應進一步提高信息化技術應用水平及自身專業素養，進一步完善反饋機制，引入其它在線優質教學資源充實教學內容，進行教學反思，完善線上線下的評價機制，以OBE教學理念為指導，在教學設計、教學方法、教學評價上進一步探索新模式，求得新突破、新革新。