面向新工科的智能制造工程專業課程線上微課的探索與實踐

吳剛，李立軍，2，董元發，劉強

（1.三峽大學 機械與動力學院，湖北宜昌 443002；2.三峽大學 大學生創新創業中心，湖北宜昌 443002）

隨著社會的發展和科技的進步，基于互聯網的人工智能、大數據和云計算使社會眾多領域發生了變革。作為國民經濟主體的制造業同樣進行著深刻的變革，基于智能制造的數字化車間、無人工廠已經在許多大型企業得以實現。發展智能制造不僅是國家的重大戰略需求，也是未來制造業的必然發展趨勢[1-4]。為此，企業必然迫切需要打造多層次智能制造人才隊伍。但由于企業實際需求與高校培養方案脫節，高校畢業生進入企業后往往還需要進行較長時間的訓練，延長了高校畢業生校企銜接的時間[5-7]。

對于智能制造工程專業而言，面向工程實踐是其顯著特征，專業多門課程有明顯的實踐性，如機器人課程內容為機器手的路徑控制，數控技術課程內容為換刀過程、零件輪廓編寫數控程序，先進測試技術課程內容為位置檢測元器件的原理及應用，先進制造技術課程內容為3D 打印的實施等，這些內容如果能在加工現場進行講解，必然能有效提高學生的學習效果，但實際情況是學生只能觀摩，無法自己動手操作，為此需要尋求更好的教學方法。

三峽大學智能制造工程專業教師團隊基于微課的教學理念，以數控技術課程為案例，推行線上微課的教學模式，面向區域重大戰略需求，推動學科專業課程教學模式變革，為向企業提供智能制造創新型人才提供了保障。

1 微課的特點

微課是指以視頻為主要載體記錄教師在課堂教學過程中圍繞某個知識點或教學環節而開展的精彩教與學活動全過程。視頻時長一般為5～10 min[8-10]。微課的主要特點有以下幾點。

（1）時長較短。教學視頻是微課的核心組成內容，微課的時長一般為5～8 min，最長不宜超過10 min。因此，相對于傳統的40 或45 min 一節課的教學課例來說，微課可以稱為課例片段或微課例[11-12]。

（2）問題聚集，主題突出。微課主要是為了突出課堂教學中某個學科知識點（如教學中重點、難點、疑點內容）的教學，或是反映課堂中某個教學環節、教學主題的教與學活動，相對于傳統一節課要完成的復雜的教學內容，微課的內容更加精簡，因此又可以稱為微課堂。相對于傳統課堂，微課能更好地滿足教師詳細講解某一重點教學環節的需要。

（3）資源容量較小。微課視頻及配套輔助資源的總容量一般在幾十兆左右，師生可在線觀摩課例，查看教案、課件等輔助資源；也可靈活方便地將其下載保存到終端設備（如筆記本電腦、手機、MP4等）上實現移動學習、碎片化學習，非常適合學生反復學習、思考和研究。

（4）由授課教師制作。微課素材一般由授課教師根據教學內容，在網上下載素材制作而成，但網上資源有限，特別是涉及專業應用性的圖片和視頻很少，或者不符合教師授課需求，教師只能對該教學環節一帶而過，無法使學生深入理解。

2 線上微課的特點

通過上述描述，可知微課的短視頻教學形式正好契合智能制造工程相關課程需要結合現場實際進行講解的章節。為了進一步提高教學效果，教師可以采用線上微課的形式，具體采用如下策略和流程實施：

（1）在課程之前，專職教師理清課程中哪些章節可以并有必要采用線上微課的形式，并將該章節的線上微課內容需求發送到實踐教師處；

（2）實踐教師結合智能制造基地現有設備，挑選出有可能進行線上微課的部分，并按專職教師的需求準備教學內容或教學視頻；

（3）專職教師講解該章節時，可通過在線視頻軟件連接實踐教師，將課堂交給實踐教師，由實踐教師結合設備運行狀況，就該章節內容進行線上微課教學；如教學時間有沖突，專職教師也可播放實踐教師提前錄制好的視頻，并由專職教師進行輔助性講解。

線上微課形式結合了視頻微課的優點，以教學視頻片段對授課教師的教學設計起到輔助作用，同時由于教學視頻是由實踐教師基于實際設備針對教學環節設計的，從而構成了一個主題鮮明、結構緊湊的教學環節，營造了一個真實的線上微課教學環境。這使得線上微課的形式比普通的微課具有更好的教學效果，學生在這種真實、具體、典型案例化的教與學情景中能夠提高獲得感。

3 基于智能制造基地的線上微課的實施

3.1 智能制造創新基地的設計

實踐是檢驗真理的唯一標準。學生在進行理論學習后，只有參與一定的動手實踐環節，才能更好地理解各門課程在智能制造體系中的作用。一方面，智能制造工程實踐體系沒有現成的實驗室建設模式，各高校都在逐步摸索[13-15]。另一方面，智能制造生產線在企業已經得到了不少應用，各種高精度數控機床、人工智能工業視覺檢測平臺和數字孿生仿真系統等組成的工業互聯協同制造MES，提高了生產效率和企業效益。

為更好地提高智能制造工程專業的教學效果，三峽大學借助中瑞智能制造合作項目，汲取瑞士等經濟發達國家先進的裝備制造技術和經驗，構建GF智能制造創新基地，開展高層次應用型人才、技術技能型人才培養模式的研究與實踐。三峽大學引進五軸加工中心機床/高速精密加工中心/火花機等高精度加工平臺，結合產線（機械手、導軌、軟件、物料庫）、多軸CAM 編程仿真及后處理軟件、人工智能工業視覺檢測平臺、數字孿生仿真系統等系統，共同組成工業互聯協同制造MES，搭建GF 智能制造創新基地，如圖1 所示。以此基地為基礎，完善智能制造工程專業的課程體系和實踐環節，促進學生理論體系和實踐能力的全面提升。

圖1 智能制造創新基地功能示意圖

3.2 線上微課的實施

根據上述設計的線上微課模式，三峽大學圍繞智能制造裝備，在數控技術/先進檢測技術等課程相關章節的教學中加入了線上微課環節。如在數控技術課程中，專職教師在講授G 代碼的基礎上，就某一零件的特點進行分析，引導學生完成G 代碼的編寫。隨后專職教師優選出學生編寫的有代表性的G 代碼程序，發送給實踐教師，并將課堂交給實踐教師。實踐教師將收到的G 代碼輸入數控機床，讓學生實時觀看如何輸入相關指令，并對關鍵操作進行重點講解，當數控機床在加工過程中出現故障時，對故障原因進行講解。專職教師接管回課堂，將學生編寫的代碼與標準代碼比較，促進學生進一步理解G 代碼編程技巧。專職教師再一次將課堂交給實踐教師，實踐教師根據標準代碼對毛坯進行數控加工，并獲得目標零件的最終形狀。學生可以將視頻保存于手機中，課后反復揣摩，為后續數控加工實訓時操作數控機床奠定良好的基礎。具體實施步驟如圖2所示。經過一學期的教學實踐，通過課后對學生進行訪談，學生均表明線上微課有效提高了學習興趣和教學效果。

圖2 線上微課實施流程

4 結束語

微課是一種有效的教學方式，可以將微課與線上教學結合，實踐教師在線上結合智能裝備的運行，有針對性地實施微課教學，提高學生的獲得感。經過一學期的教學實踐，學生成績有了明顯提升，證明線上微課的形式能取得較好的教學效果。