工程訓(xùn)練混合教學(xué)模式研究與實(shí)踐

劉曉芹，蔣國璋，曹建華，劉 翔

(武漢科技大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，武漢 430080)

1 研究背景

受新冠疫情影響，2020年上學(xué)期，本校工程訓(xùn)練教學(xué)以學(xué)習(xí)通平臺(tái)為依托順利進(jìn)行并取得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。教師在線答疑貫穿了整個(gè)學(xué)期，指導(dǎo)教師每周為每個(gè)班級(jí)的學(xué)生安排一次集中答疑，并將答疑情況及時(shí)進(jìn)行記錄、整理和發(fā)布。為了監(jiān)督和檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)效果，線上教程中各個(gè)章節(jié)后都設(shè)置了階段測驗(yàn)。章節(jié)測驗(yàn)要求在限定時(shí)間內(nèi)完成，完成測驗(yàn)后才能開啟下一章節(jié)的學(xué)習(xí)，并且系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出分?jǐn)?shù)。通過一個(gè)學(xué)期的摸索和嘗試，對工程訓(xùn)練線上教學(xué)模式的優(yōu)勢和弊端進(jìn)行了思考和總結(jié)，并以3D打印模塊為試點(diǎn)對線上線下混合教學(xué)模式進(jìn)行了探索。

2 線上教學(xué)模式的優(yōu)勢

2.1 學(xué)習(xí)方式多樣化

開展線上教學(xué)，教師的授課方式受到了一定的制約和限制，但是激發(fā)了部分學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情，出現(xiàn)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)研究的現(xiàn)象。以數(shù)控加工技術(shù)章節(jié)為例，部分學(xué)生根據(jù)視頻和課件，下載了一些模擬加工的小程序，推薦給教師并在其他同學(xué)間推廣。這些小程序簡單易學(xué)，不需要較深的數(shù)據(jù)建模基礎(chǔ)，非常適合剛接觸數(shù)控加工的學(xué)生進(jìn)行觀摩學(xué)習(xí)。程序中不僅對數(shù)控加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了展示，而且學(xué)生可以通過改變坯料形狀尺寸、工藝參數(shù)等模擬多種加工形式。學(xué)生可以對多種加工方式進(jìn)行對比，分析其各自的加工優(yōu)勢和應(yīng)用范圍。同時(shí)，在電工電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)中，有些學(xué)生在完成課件的學(xué)習(xí)后，自己購置了一些電器元件，焊接了一塊電路板，并將操作過程中的心得和問題與教師和同學(xué)分享。線下教學(xué)時(shí)提供的材料和命題是統(tǒng)一的，學(xué)生選擇自己感興趣的方案進(jìn)行操作，雖然操作過程中遇到了很多問題，但是這些問題也引發(fā)了更多討論和思考，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的參與熱情，提升了學(xué)生的發(fā)散思維。這些情景在線下實(shí)訓(xùn)教學(xué)中不常出現(xiàn)，但是這種主動(dòng)思考并進(jìn)行嘗試的態(tài)度正是工程訓(xùn)練課程的主要培養(yǎng)目標(biāo)之一[1]。

2.2 學(xué)生之間的思想碰撞增多

集體答疑過程中，鼓勵(lì)學(xué)生多想多問，每個(gè)學(xué)生都有機(jī)會(huì)提出自己的問題和觀點(diǎn)[2]。當(dāng)前，大學(xué)課堂普遍是大班授課，學(xué)生人數(shù)較多，學(xué)習(xí)內(nèi)容也較多，教師與學(xué)生的交流機(jī)會(huì)較少，教師很難與每位學(xué)生進(jìn)行交流和反饋。借助線上教學(xué)和建群答疑平臺(tái)，每位學(xué)生都可以發(fā)表自己的觀點(diǎn)和疑問，教師能夠及時(shí)接收到每位學(xué)生的反饋，體現(xiàn)出了學(xué)生之間的思想碰撞。學(xué)生與學(xué)生、教師與學(xué)生都可以參與到這些觀點(diǎn)的討論與思考中來，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長，取得了良好的教學(xué)效果。此外，線上答疑緩解了學(xué)生面對教師時(shí)的緊張，也緩解了學(xué)生當(dāng)眾發(fā)言時(shí)的局促，學(xué)生更愿意將自己的想法和疑問提出來[3]。雖然當(dāng)前的教學(xué)過程更提倡以學(xué)生為中心，且大學(xué)教師越來越年輕化，師生之間的距離感越來越小，但仍有部分學(xué)生不愿意當(dāng)眾發(fā)言或者主動(dòng)與教師進(jìn)行面對面的溝通交流。在線上答疑過程中，師生一般是通過文字或者語音進(jìn)行交流，這種交流方式允許學(xué)生在表達(dá)過程中進(jìn)行長時(shí)間的思考和表達(dá)內(nèi)容的反復(fù)修改，緩解了學(xué)生的緊張情緒，提高了其表達(dá)自己的意愿和主動(dòng)性。針對學(xué)生的提問，相關(guān)專業(yè)指導(dǎo)教師可以及時(shí)給出解釋，其他學(xué)生也會(huì)提出自己的觀點(diǎn)或疑問。一個(gè)問題的提出，有助于幫助學(xué)生理解更多更全面的知識(shí)。

2.3 師生間的了解更深入

在線上教學(xué)期間，指導(dǎo)教師與每位學(xué)生的接觸時(shí)間都相對延長，可以更全面地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和綜合能力。國家和學(xué)校每年都會(huì)組織各種工程類競賽，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。通過線上課程這種相對長時(shí)間的接觸與交流，教師能夠?qū)W(xué)生具有更全面的了解，有助于更快地根據(jù)每個(gè)參賽學(xué)生的特點(diǎn)開展競賽的指導(dǎo)工作。很多學(xué)生進(jìn)入大學(xué)校園后就開始對自己的學(xué)習(xí)和未來制訂了規(guī)劃，除了學(xué)習(xí)計(jì)劃內(nèi)的課程外，還非常熱衷于參加各種項(xiàng)目研究和競賽，鍛煉和提升自身能力，不斷積累經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)。工程訓(xùn)練是一門綜合性較強(qiáng)的課程，線上教學(xué)平臺(tái)聚集了多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的教師，能夠?yàn)閷W(xué)生提供更加全面的指導(dǎo)，通過線上教學(xué)平臺(tái)的交流，教師可以發(fā)現(xiàn)有競賽和項(xiàng)目研究意向的學(xué)生，學(xué)生可以通過實(shí)時(shí)交流明確教師的研究方向和風(fēng)格，較早地明確自己的努力方向，完成教師和學(xué)生之間的雙向選擇和雙向奔赴。

3 線上教學(xué)模式存在的弊端

3.1 教學(xué)形式單一，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

面對大量的線上教學(xué)資源，自控能力較差的學(xué)生難以進(jìn)行持久性的學(xué)習(xí)[4]。自主性不強(qiáng)的學(xué)生可能會(huì)耽誤學(xué)習(xí)進(jìn)度，或者學(xué)習(xí)過程中心不在焉，從章節(jié)測驗(yàn)的成績分布可以看出，學(xué)生只要認(rèn)真完整地學(xué)習(xí)了教學(xué)資料，成績基本都能合格，單一的教學(xué)形式難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)督和交流難，難以保證教學(xué)效果

課堂教學(xué)中教師可以通過學(xué)生的表現(xiàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中的困惑，通過不同的教學(xué)手段進(jìn)行講解和演示，從而保證教學(xué)過程順利進(jìn)行[5]。現(xiàn)有的線上教學(xué)資源固定，教師不能根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋及時(shí)答疑解惑，部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，對后期進(jìn)一步或深層次地學(xué)習(xí)產(chǎn)生不利影響。

3.3 圖文資料代替實(shí)操，認(rèn)知上仍顯不足

與其他理論課程相比，工程訓(xùn)練實(shí)行線上教學(xué)的難度更大。雖然有操作視頻可以觀摩，但是學(xué)生不能親自動(dòng)手操作，實(shí)訓(xùn)效果仍不理想。以數(shù)控加工實(shí)訓(xùn)為例，日常教學(xué)過程中都是理論和實(shí)操相結(jié)合，學(xué)生掌握了數(shù)控編程方法后，需要獨(dú)立設(shè)計(jì)作品，繪制加工圖紙，完成數(shù)控加工程序的編制，并將程序?qū)氲綑C(jī)床上進(jìn)行加工。在加工過程中，學(xué)生需要完成坯料裝夾、試切對刀、程序輸入及校驗(yàn)等一系列操作，而線上教學(xué)無法提供這種實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，仿真軟件與實(shí)際加工存在一定的差距。

4 線上線下混合教學(xué)模式的優(yōu)勢探討

2020年下學(xué)期，學(xué)校恢復(fù)了正常教學(xué)活動(dòng)，基于工程訓(xùn)練線上教學(xué)的一些心得和經(jīng)驗(yàn)，以試點(diǎn)班的形式推行了工程訓(xùn)練課程中3D打印模塊的線上線下混合教學(xué)模式，如圖1所示。

該教學(xué)模式通過建立線上平臺(tái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，實(shí)訓(xùn)過程中及時(shí)對教學(xué)效果和學(xué)習(xí)成果進(jìn)行反饋測評，組織學(xué)生進(jìn)行拓展活動(dòng)，為全面評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果提供支撐[6-8]。將試點(diǎn)班與常規(guī)教學(xué)班的教學(xué)效果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)線上線下混合教學(xué)模式具備以下優(yōu)勢。

4.1 從認(rèn)知到驗(yàn)證的閉環(huán)式學(xué)習(xí)

線上線下混合教學(xué)是當(dāng)前教育從業(yè)者努力探索的新方向。工程訓(xùn)練作為一門實(shí)訓(xùn)課程，既要學(xué)習(xí)一定的專業(yè)知識(shí)作為理論基礎(chǔ)，又要通過實(shí)際操作提高實(shí)踐能力，非常適合應(yīng)用混合教學(xué)模式。學(xué)生在課前通過線上學(xué)習(xí)基本的理論知識(shí)并進(jìn)行思考，課堂教學(xué)中將所思所想表述出來，通過分小組討論后，可以將討論后的執(zhí)行方案通過實(shí)際操作進(jìn)行驗(yàn)證，形成學(xué)習(xí)工程知識(shí)和培養(yǎng)實(shí)踐能力的閉環(huán)模式[9]。如果僅僅選擇課堂教學(xué)，工程訓(xùn)練課程內(nèi)容雖然并不晦澀難懂，但是知識(shí)點(diǎn)相對較多，實(shí)際操作時(shí)需要注意的事項(xiàng)也較多，在有限的課堂時(shí)間內(nèi)很難將眾多知識(shí)點(diǎn)完整地展示和傳授給學(xué)生，學(xué)生很難深入理解和掌握。通過線上教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可以在課前進(jìn)行預(yù)習(xí)，利用碎片時(shí)間多次學(xué)習(xí)、反復(fù)思考，在實(shí)踐操作過程中驗(yàn)證所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，既加深了對理論知識(shí)的理解，又可以通過扎實(shí)的理論知識(shí)指導(dǎo)自己的實(shí)踐操作。

圖1 3D打印的線上線下混合教學(xué)模式Fig.1 Online and offline blended teaching mode of 3D printing

4.2 由現(xiàn)象到理論的漸進(jìn)式思考

工藝和設(shè)備原理知識(shí)是工程訓(xùn)練課程的基礎(chǔ)。由于課堂教學(xué)時(shí)間有限，這部分基礎(chǔ)知識(shí)可以通過學(xué)生自學(xué)掌握，指導(dǎo)教師針對實(shí)踐過程中出現(xiàn)的實(shí)際問題進(jìn)行解釋、指導(dǎo)和引申，學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)對出現(xiàn)的問題進(jìn)行闡述和思考，通過理論指導(dǎo)實(shí)踐，尋求解決方案。解決問題的過程既是對學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)的檢驗(yàn)，也是對學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的引導(dǎo)。工程訓(xùn)練是一門實(shí)踐型課程，搭建了與實(shí)際生產(chǎn)加工相接近的平臺(tái)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程前、在開展專業(yè)工作前掌握一定的工程基礎(chǔ)知識(shí)，具備一定的工程能力，因此如何實(shí)現(xiàn)學(xué)生從工程懵懂到工程認(rèn)知的轉(zhuǎn)化是一個(gè)值得探討的問題。線上教學(xué)可以呈現(xiàn)給學(xué)生更豐富、更精彩的工程實(shí)踐情景，如先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備、規(guī)模宏大的生產(chǎn)線等，這些線上平臺(tái)的視頻或圖片資料是學(xué)生開啟工程訓(xùn)練大門的第一步，從這些資料中可引申出設(shè)備如何操作、生產(chǎn)線如何運(yùn)轉(zhuǎn)、智能生產(chǎn)如何實(shí)現(xiàn)等一系列問題。缺少前期引導(dǎo)和鋪墊，直接從設(shè)備工作原理和工藝參數(shù)開始，將大大降低學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，部分學(xué)生可能一時(shí)難以適應(yīng)從而產(chǎn)生消極的學(xué)習(xí)態(tài)度，不利于后續(xù)課程的順利開展。

4.3 由虛擬到現(xiàn)實(shí)的不完全轉(zhuǎn)化

工程訓(xùn)練作為一門實(shí)踐型課程，目標(biāo)是要培養(yǎng)學(xué)生成為具備分析問題、解決問題能力的綜合性工程人才。由于各種環(huán)境因素的制約，完美的設(shè)計(jì)方案和模擬結(jié)果在實(shí)際操作過程中可能出現(xiàn)各種偏差，導(dǎo)致結(jié)果與預(yù)期存在較大差異。有些學(xué)生在方案設(shè)計(jì)中面臨著臨界值的設(shè)定應(yīng)選擇理論上的最大值或最小值，這是理論與實(shí)踐相脫節(jié)的問題，在工程實(shí)踐中要考慮放大系數(shù)或者其他類型的系數(shù)，只有不斷分析、糾錯(cuò)、改進(jìn)，才能進(jìn)一步優(yōu)化方案，在實(shí)踐操作中得到最優(yōu)解。