線上線下混合式先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)探索

戴明華， 張紅哲， 梁延德， 王永青， 劉 闊， 崔恩銘

（大連理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心，遼寧大連116024）

0 引 言

實(shí)踐是工程的基礎(chǔ)，實(shí)踐教育是工程教育的根基［1-2］，創(chuàng)新高等工程教育模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)造性、專業(yè)性的拔尖人才，是高校本科課程教學(xué)改革的核心目標(biāo)。根據(jù)教高〔2019〕8號(hào)“教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)”的總體原則，一流本科課程建設(shè)須“提升高階性、突出創(chuàng)新性、增加挑戰(zhàn)度”，拓展內(nèi)容寬度和廣度，科學(xué)“增負(fù)”，讓學(xué)生體驗(yàn)“跳一跳才能夠得著”的學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)。《工程訓(xùn)練》課程作為工程教育的重要載體，是高校理工科專業(yè)的實(shí)踐類必修課，具有教學(xué)內(nèi)容廣、實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)長(zhǎng)、學(xué)生覆蓋面大的特點(diǎn)［3-4］。因此，根據(jù)一流本科課程建設(shè)要求和“新工科”專業(yè)人才培養(yǎng)需要［5］，對(duì)工程實(shí)訓(xùn)的教學(xué)模式和內(nèi)容體系進(jìn)行改革探索［6］具有重要意義。

2020年伊始，新型冠狀病毒性肺炎（COVID-19）突然來(lái)襲，打破了大學(xué)正常的學(xué)習(xí)、工作和生活。在教育部“停課不停教，停課不停學(xué)”的號(hào)召下，各高校廣泛開(kāi)展了網(wǎng)絡(luò)直播或線下錄播授課，學(xué)生不返校也能居家學(xué)習(xí)。然而，針對(duì)操作性、實(shí)踐性占比較大的《工程訓(xùn)練》課程，僅采用線上教學(xué)根本無(wú)法完成教學(xué)內(nèi)容。因此，工程訓(xùn)練中心，作為首批綜合性工程訓(xùn)練國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，積極響應(yīng)教育部號(hào)召，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容具有前沿性和時(shí)代性的先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)訓(xùn)模塊，探索實(shí)踐線上線下混合式的教學(xué)模式，學(xué)生在線上完成學(xué)習(xí)和作品設(shè)計(jì)等內(nèi)容，復(fù)學(xué)后再進(jìn)入課堂參加線下的作品制作實(shí)訓(xùn)。并探討了“互聯(lián)網(wǎng)＋教育”新形態(tài)下多樣化、個(gè)性化教學(xué)的可行性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新熱情。

1 常規(guī)工程訓(xùn)練教學(xué)模式的問(wèn)題

近年來(lái)，根據(jù)工程訓(xùn)練教學(xué)應(yīng)“與當(dāng)前工業(yè)主流技術(shù)相銜接”原則［7-9］，越來(lái)越多的先進(jìn)制造技術(shù)被納入實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，包括激光加工、數(shù)控加工、放電加工、增材制造和智能機(jī)器人等，先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展迅速，技術(shù)前沿，具有加工速度快、效率高的特點(diǎn)，采用常規(guī)線下實(shí)訓(xùn)的教學(xué)模式已不能滿足當(dāng)前教學(xué)發(fā)展的需要。常規(guī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)采用老師現(xiàn)場(chǎng)講解示范，學(xué)生再基于設(shè)備實(shí)際操作，實(shí)訓(xùn)情況往往受場(chǎng)地、設(shè)備、學(xué)時(shí)等條件的限制而存在以下問(wèn)題。

（1）教學(xué)設(shè)備數(shù)量不足。由于激光加工、增材制造、數(shù)控加工等先進(jìn)制造技術(shù)往往具有設(shè)備種類多、占地面積大、價(jià)格昂貴等特點(diǎn)，高校工程訓(xùn)練中心配備的設(shè)備種類和單品種設(shè)備數(shù)量都有限，基于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備難以充分展現(xiàn)技術(shù)全貌和發(fā)展情況，更不能滿足1個(gè)學(xué)生操作1臺(tái)設(shè)備開(kāi)展實(shí)訓(xùn)的要求。

（2）實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)一。在線下教學(xué)模式下，工程訓(xùn)練受學(xué)時(shí)安排的限制，不能對(duì)多種設(shè)備進(jìn)行操作演示和培訓(xùn)，教師只能設(shè)計(jì)統(tǒng)一的教學(xué)內(nèi)容，在一定程度上限制了學(xué)生的創(chuàng)新空間。而同類型先進(jìn)制造技術(shù)的設(shè)備種類較多，在創(chuàng)新教育背景下，應(yīng)根據(jù)學(xué)生專業(yè)和興趣的不同，基于多種設(shè)備資源開(kāi)展多樣化、個(gè)性化、綜合性的教學(xué)，充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作熱情和創(chuàng)新精神，實(shí)現(xiàn)因材施教，在一定程度上也緩解了教學(xué)設(shè)備不足的問(wèn)題。

（3）現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)時(shí)間較長(zhǎng)。《工程訓(xùn)練》作為實(shí)踐課，必須基于教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備開(kāi)展學(xué)習(xí)和制作。在常規(guī)教學(xué)模式中，學(xué)生通常在現(xiàn)場(chǎng)完成所有的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，包括知識(shí)了解、設(shè)備原理和操作學(xué)習(xí)、作品設(shè)計(jì)、執(zhí)行程序編制、作品加工、甚至是實(shí)訓(xùn)報(bào)告撰寫(xiě)，導(dǎo)致學(xué)生在教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)的學(xué)習(xí)時(shí)間較長(zhǎng)，易出現(xiàn)學(xué)習(xí)疲勞和思維局限。

2 線上線下混合式實(shí)訓(xùn)教學(xué)的建設(shè)

近年來(lái)，隨著混合式教學(xué)模式在理論課中的廣泛應(yīng)用［10-11］，部分高校也在嘗試將其應(yīng)用于各類實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)［12］。而先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)訓(xùn)與傳統(tǒng)機(jī)加工實(shí)訓(xùn)不同，實(shí)訓(xùn)過(guò)程中軟件及編程的學(xué)習(xí)、作品的CAD設(shè)計(jì)和編程等占用時(shí)間較多，且設(shè)備往往由程序驅(qū)動(dòng)，加工速度快，操作技術(shù)性不強(qiáng)，因而特別適合采用線上線下混合式教學(xué)模式。2020年年初，COVID-19暴發(fā)，更推動(dòng)了其教學(xué)模式由常規(guī)線下向線上線下混合模式轉(zhuǎn)變，形成了特有的“線上教學(xué)，線下實(shí)訓(xùn)”的教學(xué)模式。

在教學(xué)設(shè)計(jì)階段，教師通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)搜集與實(shí)訓(xùn)內(nèi)容相關(guān)的優(yōu)質(zhì)多媒體教學(xué)資源、設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、錄制設(shè)備操作教學(xué)視頻、制作安全教育資料，形成以知識(shí)點(diǎn)為主題的線上“微課程”。學(xué)生在線完成知識(shí)學(xué)習(xí)、作品主題選擇、作品設(shè)計(jì)、設(shè)備操作的初步學(xué)習(xí)及安全教育等內(nèi)容，作品設(shè)計(jì)圖經(jīng)老師審核通過(guò)后，學(xué)生分批次到實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地完成線下實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。以時(shí)間換空間，增大了人機(jī)配比，增加了學(xué)生的實(shí)操比例，降低了學(xué)生聚集的密度，保證了疫情期間線下教學(xué)的安全距離。線下實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，教師要根據(jù)課程學(xué)時(shí)、實(shí)操時(shí)間及設(shè)備配置情況，合理安排實(shí)訓(xùn)批次，確保每位同學(xué)都能操作設(shè)備完成作品的加工制作，實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，學(xué)生可隨時(shí)使用線上資源實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的教學(xué)指導(dǎo)。實(shí)訓(xùn)結(jié)束后，學(xué)生再將設(shè)計(jì)圖紙、作品照片及實(shí)訓(xùn)報(bào)告上傳線上教學(xué)平臺(tái)，在線完成課后習(xí)題、討論、互評(píng)及課程評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)（見(jiàn)圖1）。采用線上線下混合式教學(xué)模式，學(xué)生在課前就掌握了具體的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，有效提高了線下授課效率，給學(xué)生爭(zhēng)取了更多的設(shè)備操作時(shí)間；線上數(shù)字化教學(xué)資源的使用，可鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)的技能，讓學(xué)生從被動(dòng)的灌輸式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)積極的探索式學(xué)習(xí)。

圖1 實(shí)訓(xùn)教學(xué)的線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)多元化實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

隨著學(xué)生層次的多元化發(fā)展，多樣化、個(gè)性化教學(xué)在高等教育中的重要性日益凸顯。先進(jìn)制造技術(shù)的種類眾多、發(fā)展迅速［13-14］，基于其開(kāi)展個(gè)性化、多樣化教學(xué)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。先進(jìn)制造實(shí)訓(xùn)教學(xué)往往以“作品驅(qū)動(dòng)”方式進(jìn)行，多元化教學(xué)的關(guān)鍵在于多樣化實(shí)訓(xùn)主題的設(shè)計(jì)。例如，在《工程訓(xùn)練A2》的“激光加工創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作”實(shí)訓(xùn)教學(xué)中［9，15］，指導(dǎo)教師應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備配置情況，設(shè)計(jì)平面激光雕刻切割、立體拼插、水晶玻璃激光內(nèi)雕、創(chuàng)意名片激光打標(biāo)等多樣化的作品主題（見(jiàn)表1），將多種激光加工技術(shù)的操作應(yīng)用納入實(shí)訓(xùn)教學(xué)。而常規(guī)線下教學(xué)由于課堂時(shí)間有限，無(wú)法對(duì)多種設(shè)備和多樣化作品主題一一講解，根本實(shí)現(xiàn)不了多樣化教學(xué)。在混合式教學(xué)模式下，老師還可以根據(jù)作品復(fù)雜程度設(shè)定分?jǐn)?shù)等級(jí)，對(duì)于普通的學(xué)生，可以設(shè)計(jì)一般的作品主題（等級(jí)B）；對(duì)于善于思考、敢于挑戰(zhàn)的學(xué)生，可以設(shè)計(jì)較復(fù)雜的實(shí)訓(xùn)主題（等級(jí)A）；而對(duì)于學(xué)有余力、樂(lè)于創(chuàng)新的學(xué)生，還可以組合不同的作品主題，設(shè)計(jì)“必修＋選修”的多元化教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生根據(jù)個(gè)人能力和興趣愛(ài)好，遵循“先必修后選修”的實(shí)訓(xùn)原則，利用自由時(shí)間完成線上作品設(shè)計(jì)，在有限的線下時(shí)間內(nèi)操作多種設(shè)備開(kāi)展加工制作，充分鍛煉自己的綜合能力。

表1 分等級(jí)的激光加工創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作作品主題

多元化實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的開(kāi)展，滿足了不同層次學(xué)生的需要，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)“統(tǒng)一性”到混合式教學(xué)“個(gè)性化”的轉(zhuǎn)變，符合創(chuàng)新教育大背景下當(dāng)代學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的心理特征。多元化實(shí)訓(xùn)內(nèi)容匹配分等級(jí)的實(shí)訓(xùn)成績(jī)，可以有效激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新制作熱情，引導(dǎo)學(xué)有余力、熱衷加工制作的學(xué)生開(kāi)展優(yōu)質(zhì)作品的創(chuàng)新制作，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

2.2 建設(shè)碎片化線上教學(xué)資源

自教育部召開(kāi)改革開(kāi)放后第一次新時(shí)代中國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議以來(lái)，一流本科教育一直是高等教育界乃至社會(huì)的熱議話題，消滅“水課”、建設(shè)“金課”的號(hào)召不絕于耳?！敖鹫n”建設(shè)的關(guān)鍵在于優(yōu)秀的教學(xué)設(shè)計(jì)和優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，實(shí)踐類教學(xué)的特點(diǎn)是“實(shí)踐”，要求學(xué)生實(shí)際動(dòng)手去制作、去探索，但這種實(shí)踐探索不是盲目的、娛樂(lè)的，而是要基于理論、結(jié)合理論，進(jìn)而在實(shí)踐中將理論內(nèi)化為自身的知識(shí)和能力。因此，要打造線上線下混合式實(shí)踐教學(xué)“金課”，必須做好配套教學(xué)資源的建設(shè)。

線上教學(xué)與線下課堂的互動(dòng)教學(xué)不同，長(zhǎng)時(shí)間集中授課往往使學(xué)生感到視聽(tīng)疲憊，注意力不集中，因而線上數(shù)字化教學(xué)資源的建設(shè)，應(yīng)遵循碎片化、微型化、優(yōu)質(zhì)、精簡(jiǎn)的原則進(jìn)行。

針對(duì)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，可以參考“微課”的碎片化模式制成教學(xué)PPT，圖文并茂，簡(jiǎn)潔明了，避免了觀看教學(xué)視頻的尾大不掉，方便學(xué)生利用碎片化時(shí)間瀏覽學(xué)習(xí)，并設(shè)置試題進(jìn)行學(xué)習(xí)檢測(cè)。針對(duì)設(shè)備操作類教學(xué)資源的建設(shè)，應(yīng)根據(jù)課程需要，按照案例的形式錄制成教學(xué)微視頻（5～10 min），介紹設(shè)備原理、組成、操作方法和安全操作規(guī)程，學(xué)生結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備觀看學(xué)習(xí)后，能達(dá)到動(dòng)手操作就行，而不能求全責(zé)備，將設(shè)備的所有功能都呈現(xiàn)出來(lái)，且過(guò)長(zhǎng)過(guò)復(fù)雜的教學(xué)視頻也會(huì)讓學(xué)生疲倦，產(chǎn)生畏難情緒。針對(duì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容和作品設(shè)計(jì)要求部分，①可以制成PPT配合語(yǔ)音介紹，在線推送給學(xué)生，內(nèi)容包括典型優(yōu)秀作品的成品照片、作品種類規(guī)格及細(xì)節(jié)要求，讓學(xué)生在課前就能獨(dú)立完成作品設(shè)計(jì)，延伸課堂時(shí)間，引導(dǎo)優(yōu)秀作品的產(chǎn)出；②應(yīng)在實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)制作教學(xué)展板，方便教師線下教學(xué)指導(dǎo)，避免出現(xiàn)理解上的偏差。針對(duì)拓展性、思政引導(dǎo)性內(nèi)容，則可以通過(guò)推送優(yōu)秀慕課、微課或視頻的方式來(lái)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，開(kāi)闊學(xué)生眼界，通過(guò)將“制造大國(guó)”“創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)”等思政理念引入教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)愛(ài)國(guó)情操。

實(shí)訓(xùn)課程的混合式教學(xué)有效整合了線上優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，突破傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)中僅依靠實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開(kāi)展教學(xué)的局限；《工程訓(xùn)練》作為通識(shí)性工程實(shí)踐類課程，其教學(xué)知識(shí)點(diǎn)多，內(nèi)容覆蓋面廣，具有非專業(yè)性、非職業(yè)性的特點(diǎn)，特別適合學(xué)生利用碎片化［16］時(shí)間觀看學(xué)習(xí)，還可以鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和時(shí)間管理能力。

2.3 構(gòu)建合適的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)

《工程訓(xùn)練》課程與理論課和普通實(shí)驗(yàn)課不同，具有“模塊化、多層次、綜合交叉”的特點(diǎn)［17］，由于各教學(xué)模塊的學(xué)時(shí)、小組人數(shù)和指導(dǎo)老師人數(shù)有所不同，指導(dǎo)老師與學(xué)生呈多對(duì)多相互交叉的關(guān)系。在先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)訓(xùn)的線上線下混合式教學(xué)中，如何構(gòu)建合適便捷的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，打造方便師生的訓(xùn)練模式至關(guān)重要。目前，多種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)如“雨課堂”“學(xué)習(xí)通”“中國(guó)大學(xué)MOOC”等呈百花齊放之勢(shì)，但并不是所有的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)都適用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)的要求。目前，工訓(xùn)中心基于超星泛雅的學(xué)習(xí)通平臺(tái)，建立了SPOC課程，將視頻、PPT、文本等多媒體資料及測(cè)驗(yàn)題上傳平臺(tái)，由平臺(tái)完成學(xué)生管理、學(xué)習(xí)過(guò)程記錄、成績(jī)管理等教務(wù)工作，學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)訓(xùn)課表完成線上學(xué)習(xí)任務(wù)；而線下的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)部分，由于單工種實(shí)訓(xùn)組別小，班級(jí)內(nèi)各小組學(xué)生分批次實(shí)訓(xùn)安排不一致，不同學(xué)生在同一時(shí)間的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容也不同，根本不允許有統(tǒng)一的線上線下互動(dòng)教學(xué)，但學(xué)生可以根據(jù)實(shí)訓(xùn)需要隨時(shí)使用線上資源進(jìn)行一對(duì)一的教學(xué)指導(dǎo)，大大簡(jiǎn)化了線下教學(xué)環(huán)節(jié)，節(jié)約了教學(xué)時(shí)間，方便了多樣化、個(gè)性化教學(xué)。學(xué)生完成某一模塊的線下實(shí)訓(xùn)后，通過(guò)上傳實(shí)訓(xùn)作品照片完成“大作業(yè)”，老師再根據(jù)學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)情況給出線下成績(jī)。

2.4 建立混合式實(shí)訓(xùn)考評(píng)機(jī)制

常規(guī)線下實(shí)訓(xùn)課程的考核通常包括現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)訓(xùn)操作和實(shí)訓(xùn)報(bào)告兩部分，且前者占主要部分，但由于實(shí)訓(xùn)過(guò)程的監(jiān)管做不到很全面，實(shí)訓(xùn)成績(jī)的客觀性一般。而基于線上線下混合式教學(xué)模式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)就可以優(yōu)化實(shí)訓(xùn)考評(píng)機(jī)制，構(gòu)建“線上＋線下”的混合式考評(píng)機(jī)制。線上教學(xué)平臺(tái)可以統(tǒng)計(jì)學(xué)生的簽到頻次、在線學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)及答題情況，為實(shí)訓(xùn)成績(jī)的綜合評(píng)定提供翔實(shí)參考；線下實(shí)訓(xùn)操作的成績(jī)?cè)u(píng)定，可以引入“學(xué)生自評(píng)、生生互評(píng)、教師評(píng)價(jià)”三位一體的綜合評(píng)價(jià)體系，一方面能有效彌補(bǔ)老師評(píng)分時(shí)主觀性較強(qiáng)的缺點(diǎn)，也讓學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)自己的優(yōu)勢(shì)和不足，激發(fā)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，激勵(lì)優(yōu)秀作品，而多樣化實(shí)訓(xùn)制作主題匹配分等級(jí)的成績(jī)?cè)O(shè)定，可以進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新制作的積極性。

3 結(jié) 語(yǔ)

采用線上線下混合式教學(xué)模式開(kāi)展先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)，將現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)深度融合，充分利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)質(zhì)資源拓展課程廣度和深度，設(shè)計(jì)多元化教學(xué)內(nèi)容，給學(xué)生科學(xué)“增負(fù)”，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式與個(gè)性化學(xué)習(xí)，符合教育部一流本科課程建設(shè)基本要求?；旌鲜綄?shí)訓(xùn)課程的建設(shè)，需要指導(dǎo)教師在建設(shè)前期投入較大精力；多元化實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的開(kāi)展，對(duì)教師的業(yè)務(wù)水平、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)及綜合能力也提出了更高要求。隨著一流本科課程建設(shè)和混合式教學(xué)模式在實(shí)際教學(xué)中的不斷推進(jìn)，中心將面向《工程訓(xùn)練》課程的7大模塊、120個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目全面開(kāi)展線上線下混合式教學(xué)，將自主研發(fā)的教務(wù)管理系統(tǒng)、虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目和國(guó)家級(jí)資源共享課等納入教學(xué)，構(gòu)建統(tǒng)一的線上教學(xué)平臺(tái)，為高校工程實(shí)踐教育教學(xué)改革提供參考。