基于微課程的機械制造工程學教學方法探討

郝敬賓 韓正銅 胡元 劉新華 楊海峰

【摘要】針對教育部實施的“卓越工程師培養計劃”，分析了機械制造工程學教學方法和實驗內容上存在的問題，提出了以微課程這一新的教學模式來彌補傳統課堂教學和實驗教學的不足，進行了有針對性的微課程設計、內容編選和平臺建設，并在課堂講授、工藝實驗、文獻自學和考核方法等環節上進行了相應的改革，為提高機械制造工程學教學效果做出了有益地探索和實踐。

【關鍵詞】機械制造工程學；微課程建設；教學方法改革

1 機械制造工程學的教學特點和存在問題

早在2010年，教育部就啟動了“卓越工程師培養計劃”，旨在提升當代大學生的工程應用素養和創新實踐能力。我校也于2012年進行了教學大綱的重新修訂，圍繞加強學生工程能力和創新能力培養這一目標開展了一系列的教學方法研究和改革。機械工程專業作為傳統工程應用背景很強的專業，已被學校列入“卓越計劃”重點實施的學科專業。經過了課程群建設、培養方案修訂、師資培養等一系列工作，已經基本建立了“注重實踐”和“促進創新”并舉的教學培養體系，2015年6月成功入選江蘇省品牌專業。

機械制造工程學作為機械工程專業本科生的必修主干課，在這次“卓越計劃”改革中進行了教學大綱的重新修訂和實驗內容的更新，著重于培養學生加工工藝分析、工裝夾具設計、裝配調試等方面的工程實踐能力。學生通過這門專業課的學習，能夠掌握機械工程師在制造工藝方面所需的專業知識，獲得機械制造方面的工程訓練，為成為高技能的機械工程師奠定基礎。但受限于“傳授式”的課堂教學模式和“走馬觀花式”的實驗教學方法，機械制造工程學的改革成效還未能真正地顯現，急需采用全新的教學手段和先進的教育理念對課程改革進一步地探索和實踐。

隨著移動互聯網技術的迅猛發展，基于移動網絡開發設計的微課程正在展現其獨特的優勢。與傳統教學模式相比，微課程短小精煉、形式新穎、趣味互動，可以讓學生不受時間、地點、環境的約束，根據自己的需求去接收知識。在機械制造工藝的教學中加入微課程網絡教學環節，一方面，可以很好地激發學生自主學習的興趣，充分利用課余的零散時間進行知識點的預習和鞏固；另一方面，適時地擴充一些課堂上沒有涉及到的知識點，尤其是制造業最新最前沿的技術信息，開闊學生的眼界。本文主要針對機械制造工程學的課程特點進行微課程設計與內容編選，探討如何將這一新興的網絡教學模式與傳統教學模式進行有機地結合，更好地培養具有自主學習能力的卓越機械工程師。

2 微課程設計和內容編選

2.1 微課程的設計原則

傳統的課堂教學或者網上慕課（Massive open online courses，MOOCs），在課程設計上主要考慮的是受眾性，即教學內容盡量能讓絕大多數學生接受；而不得不忽略學生的個性發展和興趣愛好。而微課程可以根據學生不同的特點來設置一些個性化地教學環節，從而吸引學生主動去學習。因此微課程的設計要遵循以下幾個原則：

第一、短小精煉。每節微課程的時間最好在3-5分鐘，時間太短的話，學生還沒有投入進去就結束了；時間太長的話，學生在學習過程中很容易會被打斷或終止。時間分為三部分：開始的1分鐘為課程的引入，中間2-3分鐘為知識點的講解，最后1分鐘為課程的總結或小測試。在內容編排上要精煉，突出重點，最好一節微課程對應教學內容中的一個重點或難點。例如：在《機床與刀具》章節中涉及到的刀具有好幾十種，而在微課程的設計上，則重點講解車刀的結構和種類即可。

第二、形式新穎。微課程可借助強大的互聯網技術和多媒體技術，擺脫傳統的板書或講臺的形象，轉而采用更為新穎、引人入勝的表現形式。可以使用三維動畫來展示二維圖形無法表達的空間結構，如：機床主軸箱的內部結構。可以通過現場視頻來介紹生產流程或加工過程，如：齒輪的加工過程。還可以借助虛擬現實技術對裝置或設備進行虛擬操作，如：工件在組合夾具上的安裝操作。這樣的微課程可以讓學生更直觀更真實地了解學習的對象，更容易掌握實踐性強的教學內容。

第三、趣味互動。微課程的設計必須有趣，才能吸引學生在課余時間來自主學習，這點可以向網絡上優秀的微視頻、微動畫等學習。有趣的元素有很多，可以是語言聲音幽默、人物形象搞笑、故事橋段新奇等，根據目前網絡的熱點或學生的喜歡，添加一兩個趣味元素到微課程中去。微課程的互動環節也非常重要，一方面通過回答問題可以檢驗學生對知識點的掌握情況，另一方面通過留言板可以收集學生對微課程的意見建議，便于課程的不斷改進和完善。

2.2 微課程的內容編選

微課程的內容設計同樣要按照課程的教學大綱要求，作為課堂教學和實驗教學的補充，在內容編選上必須有一套完整的體系，注重為課堂教學和實驗教學提供支持服務。微課程的內容編選可以分為以下幾個類別：

（1）課程引入。這類微課程的設計主要是為即將開始的課堂教學或實驗教學做準備的。對于某個章節的學習，可能需要一些前期知識的儲備才能更好地理解和掌握，這時可以通過微課程讓學生對這些前期知識進行熟知，起到預習和引導的作用。例如：在學習《金屬切削過程》之前，可以編選金屬材料成形方面的微課程，讓學生回顧下以前學過的《材料成形工藝學》相關知識。

（2）概念解釋。這類微課程的設計是對課堂上未能完全詮釋的知識點進行全面重點地解讀。對于一些較難理解的概念或公式，課堂上的講解不能讓所有學生都能很好地掌握，課后可以通過多次反復的觀看相關的微課程，并通過提問互動來進一步的理解和掌握。

（3）應用案例。這類微課程的設計是通過一些具體的工程應用實例來對某種技術進行優缺點分析或對某種設備進行操作說明。對于工程應用性強的課程來說，應用案例分析非常必要，微課程通過現場視頻和實物圖片等形式將工程應用的結果直觀地展現給學生。例如：在講解內應力對加工精度的影響時，教材上的示意圖過于抽象不要理解，而在微課程中選取一些由于內應力引起變形的實物照片會給學生更為清晰的展示。

2.3 微課程的教學平臺

目前可用于微課程教學的網絡平臺有很多，如：微信、QQ、微博、博客、云盤、網盤、資源共享網站等。根據微課程的內容形式和交互時效，選擇合理的教學平臺可以提高微課程的輻射率和教學效果。利用微信、微博等即時通訊平臺，適合發布通知性或臨時性的微信息，以及與學生之間進行及時的交流解答，例如：針對涉及到課程內容的一些熱點資訊進行解讀和線上互動，對課堂教學內容掌握情況的調查性小測驗，實驗課程進行前的溫馨小提示等。

利用云盤、網盤等資料存儲共享平臺，可以放置多個方向或不同領域的微資源，供學生根據自己的個性需求進行自主選擇學習，教師也可以選擇一些自己的科研成果做成微課程放在共享平臺上，供有興趣的學生進行深入學習，進而促進教學與科研的結合。例如：《特種加工與先進制造技術》章節中對各種先進制造技術的介紹都很簡要，在微課程資源平臺上可以有較為詳細的技術講解課程，供有興趣或想做一些研究工作的學生來學習。

3 教學方法改革和自主學習培養

3.1 課堂教學與微課程的內容銜接

微課程作為一種非正式學習環境下的學習資源，應該以教學大綱為基礎，與課堂教學內容銜接，作為引導和鋪墊的作用。傳統課堂教學具有完整的邏輯性和知識連貫性，如果學生在之前的學習中出現了缺漏或沒有做好預習工作，上課時難免出現跟不上或沒興趣的問題。課前微課程的內容可以是介紹一些儲備知識或提出一兩個問題，學生通過電腦或手機看過后進行簽到或回答問題，然后才能參加課堂教學。用這種方法可以有效地督促學生做好預習功課。

現在大學課程的學時在不斷壓縮，在2008版教學大綱中，機械制造工程學由72學時壓縮到48學時，而課堂教學只有40學時。課堂上不可能將課程教材里的全面知識都進行講解，難免會出現知識點不連貫、學習深度不夠等問題。再加上學生的個體特性不同，有些學生不能完全掌握，而有些學生感覺過于簡單。課后微課程的內容可以是鞏固性的知識點復習和拓展性的知識點補充，學生完成鞏固性課程視為課堂學習合格，如果能完成拓展性課程可適度加分。

3.2 微課程與實驗教學的虛實結合

機械制造工程學中的實驗教學環節對于學生掌握機械工程師專業技能非常必要，其中涉及：機床刀具的選擇、切削質量的控制、工裝夾具的設計和加工工藝規劃。由于教學資源的限制，學生在實驗過程中實際動手操作的時間很短，可接觸到的先進制造裝備有限。微課程可以利用多媒體技術和虛擬現實技術將實驗過程或操作設備進行虛擬仿真，讓學生在實驗課之前通過微課程能夠“真實”地觀看整個實驗過程，了解操作設備的構造，便于學生可以更快地進入實驗狀態，正確操作機器設備。

另外，微課程還可以為實驗操作做好安全提醒，通過一些操作要領的小測試，考查學生的安全操作意識。例如：在數控車床的切削實驗中，有很多的注意事項和安全須知，而以前都是貼在機床操作臺上或是實驗老師現場口述，難免部分學生忽視或不聽，進而導致一些危險。有了微課程的提醒，學生都必須通過安全操作測試才能進入實驗室進行相關設備的操作，提高了實驗安全性。

3.3 由微課程學習進階到慕課學習

微課程作為一種片段化或場景化的學習資源，目的是引導學生利用零散時間進行自主學習，作用是鞏固和提高課堂教學和實驗教學的效果。在整個課程學習過程中，加入一定的監督機制和考核環節是非常必要的，比如：微課程的簽到機制、回答問題獲得積分、通過測試方可參加實驗等等。這樣的做法是為了逐步培養學生自主學習的習慣。

在此基礎上，可以有意識地引導有興趣的學生進階到慕課學習，即自主地學習網上的共享課程。例如：《機電設備故障診斷》、《幾何精度設計與控制》、《先進制造技術》等課程都是在《機械制造工程學》基礎上的延伸。學生通過微課程的引導和鏈接，可以進一步對進行慕課學習。

4 總結和展望

目前，微課程設計和內容編選尚處于探索與研究階段，與之對應的課程設計和教學模式還有待進一步完善。要使微課程對課堂教學和實驗教學真正發揮應有的促進作用，在微課程的表現形式和手法、內容編輯水平、教學共享平臺等方面還有很多工作要做。

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基金項目：中國礦業大學機電工程學院2015年實驗室教學改革項目