以學生為中心的Creo課程混合式教學模式創新

張洋梅，花海燕，楊拴強，沈振輝，黃昕龍

（1.福建江夏學院，福州 350108；2.福建工程學院，福州 350108）

國際競爭歸根到底是人才和教育的競爭，新工科作為一種新型工程教育，重點是培養時代和未來的創新型卓越工程人才，強化實踐、創新、創業能力，通過創客模式和3D打印新技術，將真實世界的體驗融入工程教育〔1〕。在此背景下，新型本科教育模式，不再是以教師為中心在課堂講授教材的傳授教學模式，而是以學生為中心的新型工程教育模式〔2〕。借鑒美國高校開展的“以學生為中心（SC）”的新型本科教育模式，即：以學生發展為中心、以學生學習為中心、以學習效果為中心，核心是從“教師”轉變到“學生”、從“教”轉變到“學”〔3〕。實踐證明，布魯姆的掌握學習理論對提高教學質量、轉變教師教學觀念具有較好成效。掌握學習理論的教學策略關鍵在于將系統的“個別化反饋-矯正程序”與常規的群體教學相結合，給予學生足夠的時間、適當的教學和個別輔導〔4〕。

Creo作為機械類工科一門重要的技能課程，在創新型卓越工程人才培養體系中占有重要地位，對未來產品的創新與設計提供必要的專業技能和創新能力。該課程有益于培養學生的產品設計思維、設計表達能力、創新能力，因此，有必要學習“掌握學習”理論的核心思想，并對Creo課程開展“以學生為中心”的混合式教學。通過班級授課、小組研討、線上-線下、理論-實踐相結合的混合式教學，提高學生學習的主動性，提升課程的教學質量。

1 Creo軟件課程教學現狀

目前很多高校均已開設了Creo課程，歸為工具學科，注重軟件界面操作和命令使用，輕視產品設計思維的培養〔5〕。傳統授課模式和單一課程考核方式，很難激發當代大學生的學習熱情。通過對學習Creo課程的182個學生進行網上問卷調查，學習的最大困難在于知識遷移能力不足（58.24%），其次是缺乏產品設計思維和自我約束能力不足，最終，學生就會對本課程的學習不再感興趣了。見圖1。

圖1 學生學習Creo課程困難的主要原因

在傳統的Creo課程教學過程中，大多數教師是通過Pro∕Engineer舊版軟件按部就班地演示各實例的操作步驟，并要求學生根據演示步驟重復操作，以達到軟件教學目標〔6-7〕。該陳舊授課模式已無法激發學生的學習興趣，難以培養學生學習的主動性和創造性，嚴重束縛著學生發揮自身的創新能力。Creo是一門實踐性很強且面向實際應用的重要課程，功能強大，實際產品設計過程中，軟件20%的功能足以完成80%的產品設計〔5〕。因此，在有限的學時里，應主要講授最常用的命令和該命令在實際產品設計過程中的應用，而不是把所有的軟件命令全部介紹一遍。

針對現有教學現狀，對Creo課程進行教學改革，將線上課程資源、3D打印技術、學科實踐活動等引入教學中，豐富教學內容，在教學方法上增添直觀性和趣味性，充分發揮學生的主體地位和教師的引導作用，以充分調動學生的學習熱情。引入線上課程資源可以方便學生隨時隨地通過手機學習線上視頻教程，以維持學生的學習熱情；引入3D打印技術能夠讓學生的產品設計從視覺感受轉換為觸覺體驗，激發學生深度思考建模思路，主動獲取知識；引入學科實踐活動能夠讓學有余力的學生延續學習興趣，樂于探究產品的創新設計。多途徑地引導學生多看、多想、多練，以提高學生的知識遷移能力和產品創新設計能力。

2 “掌握學習”理論

“掌握學習”理論是美國當代著名教育心理學家布魯姆通過大量的試驗證實后提出的，是在“所有學生都能學好”的思想指導下，以集體教學為基礎，輔之以經常、及時的反饋，為學生提供所需的個別化幫助以及所需的額外學習時間，從而使大多數學生達到課程教學目標〔8〕。布魯姆認為，人的潛能基本上是一樣的，學生在校學習成效差異主要是由后天學習和所受教育質量差異造成的。教師在教學過程中應信任、鼓勵每一個學生，對每個學生都要給予應有的關愛，要相信每個學生都能達到教學目標，讓學生感受到自己是集體中不可缺少的一員。掌握教學是真正地面向全體學生的教學，不讓一個學生掉隊。

許多學生在學習中之所以未能取得優異成績，主要問題不是學生的智力欠缺，而是未能得到適當的教學條件和合理的幫助。因此，教師不該把學生的學習好壞、設計表達能力的差異認為是固有的，應當豐富教學方法，以最大限度地促進每個學生的全面發展。只要能給予適當的教學條件，學生就會在學習中不斷培養和提高自身的產品設計思維、設計表達能力、創新能力。

3 Creo課程混合式教學模式的設計

1980年以來，“以學生為中心”的本科教學改革運動，席卷美國高校，為美國本科教育和社會發展做出了貢獻〔3〕。“以學生為中心”的教學模式的基本特征是以學生的當前狀態作為基礎，以學習為教育中心，建立有效及時的反饋機制，發掘學生潛力，促進學生全面發展；傳統教學模式的基本特征則是以教師為中心、以教室為中心、以教材為中心。傳統教學模式雖由來已久，但已不再適用于培養時代和未來的創新型卓越工程人才。教育不是為了記住各種事實，而是訓練大腦如何思考；用昨天的方式教今天的學生，就毀了他們的明天〔3〕。

現有的混合式教學大多是將傳統課堂教學與線上課程學習相結合的一種新型教育，本文把Creo課程的混合式教學模式定義為班級授課、小組研討、線上-線下、理論-實踐相結合，是根據課程教學目標來確定的。

3.1 確定課程目標 布魯姆把教育目標分為認知領域、情感領域和技能領域，根據認知領域教育目標分類系統，將Creo課程目標分為6個類型，每個類型對應一個教學目標，其中位于金字塔頂端的“創新”為終極目標。見圖2。

圖2 布魯姆認知領域教育目標分類系統

記憶：了解Creo軟件的基本模塊、基本知識。

理解：掌握建模原理、理解命令內涵，具備幾何形狀繪制能力。這部分包括：菜單功能、草繪幾何圖元、幾何圖元的約束、創建基準特征、創建實體特征，實現二維圖形到三維實體的變換，培養學生的平面-空間特征轉換能力。

運用：運用建模命令表達簡單零件特征，具備零件特征信息提取和特征建模能力。這部分包括：測繪特征尺寸、圖形草繪、運用建模命令、零件局部特征的詳細表達，這是培養與發展學生知識遷移能力的重要階段。

分析：通過已具備的工程知識、運用各標注手冊，分析產品特征、零件建模、裝配、模型仿真。這部分包括：零部件的表達方法、標準件和常用件、零件圖、裝配圖、產品運動仿真分析，培養學生的設計表達能力。

設計：自主、協作、設計能力。這部分集中體現在產品設計實踐上，是培養學生產品設計思維的最好時期。

創新：具備工程結構設計創新能力和嚴謹的工程精神，鼓勵學生參與學科競賽、大學生創新創業計劃項目，從而發展學生產品設計創新能力。

3.2 構建高效有趣的混合式課堂 埃德加·戴爾提出的“學習金字塔”理論，以數字形式形象體現了通過不同學習方式，學者在兩周以后還能記住內容的多少〔9-10〕。如圖3所示，在“學習金字塔”理論中，“小組討論”“動手演練∕做中學”“立即應用∕轉教他人”為主動學習方式，應是教師在教學過程中最為提倡運用的教學方法。考慮到大學里學生多、課時少、教師少的現狀，Creo課程構建了以主動學習、參與式學習和團隊協作學習為主的班級授課，小組研討、線上-線下、理論-實踐相結合的混合式教學方式，減少“老師講，學生聽”的被動學習方式。

圖3 埃德加·戴爾的“學習金字塔”理論

3.2.1 班級授課，知識學習 為了更好地實現圖2

中的淺層教育目標，在班級授課過程中，應把現代教學技術與傳統課堂相結合，引入多媒體技術、視頻教程、3D打印技術，形象、生動，既能調動學生的學習興趣，又豐富了教學內容，并提高了教學效率。課前將課程實例操作視頻、習題等課前預習資料放到開放式智慧職教平臺的Creo在線課程上，學生可隨時隨地通過手機進行賬號登入學習，可大大提高學生的學習效率。課中，可先進行預習成果測試或疑點詢問，了解學生的課程基礎，以便教師能夠更有目的性地進行課程教學，配以適量板書對重點操作命令進行歸納總結，并留有足夠時間給學生動手實例操作、主動發現問題、解決問題。在復雜實體建模學習過程中，可采用3D打印技術呈現實體模型特征，更能將學生難以理解的復雜抽象模型特性形象化。

3.2.2 小組研討，實踐訓練 完成部分課時的班級授課后，學生已具備一定的建模能力，教師應該為學生創造更多的主動學習條件，以更好地實現深層教育目標。將Creo課程內容分成幾個模塊，以小組研討課的形式進行教學，小組研討有如下幾種形式：

（1）團隊協作

為了強化學生的運用能力、分析能力和設計能力，在教學過程中，可把學生分成若干個小組，以團隊的形式進行模塊學習。簡單產品模型建模課堂設計如下：課前讓同學們組合成6～7人的團隊，布置預習任務。同學們通過看課件、在線視頻教程、團隊成員討論等方式，完成課前相應建模命令的學習、實例的操作、團隊自主作品設計（運用實例建模命令，發揮設計思維，自主設計作品）。課上，通過抽簽決定每個團隊展示作品的先后順序，限時5 min。由團隊主講人在教室大屏幕前介紹作品的設計思路與建模方法，組員對講解內容進行補充，其他同學可根據自己的想法提出一些建模思路優化、命令運用優化等建議，最后由教師進行作品評價與建議總結。全部團隊都展示后，由教師和班級同學投票選出最優作品，并給予團隊平時分獎勵。這種教學方式，能夠有效激發學生的學習興趣。

（2）實踐訓練

為了更好地發展學生的分析能力和設計能力，讓每個學生選定一個作品對象，在規定的一段時間內，利用線上線下資源、課下請教同學或教師等多種途徑完成作品的測繪、建模、實體打印等任務。學生可以根據自身的建模能力選擇不同難度的作品對象，如表1所示。根據任務需求申請使用相應的專業實驗室，學生可隨時去實驗室觀看各種教學模型，在實驗室研究、討論，開展深度學習。學生需先分析產品零件結構特征、測繪并記錄零件特征尺寸；然后構思作品的建模方法，完成產品零件建模、裝配、渲染等操作；提交給教師審核，根據教師給出的修改意見進行模型修改與完善，學生有問題，教師應及時給予指導；最后將審核通過的作品零件模型逐個導入3D打印設備，完成零件打印與實體裝配。在學期末的時候，利用1次課進行學生的作品展示與PPT講解作品設計心得，相同的作品建模思路越多越好，完成作品模型的建模方法越簡單、步驟越少越好。由同學們共同選擇完成度較好的作品置于展示柜，供學生觀賞與學習。

表1 供學生選擇的作品對象

（3）反饋-矯正

“掌握學習”教學策略的關鍵在于反饋-矯正程序，根據反饋情況和每個學生的學習困難，提供個別化的矯正性幫助〔4-5〕。通過上課前預習成果測試、疑點詢問、團隊模型協作、個人作品設計任務，可以及時發現學生在不同教學階段的知識掌握程度、知識遷移能力和產品設計思維等方面存在的問題，提出改進措施，督促學生及時提升自身能力。

3.2.3 第二課堂

（1）學科競賽

對于平時表現較好、作品完成度較好、學習成果較理想的學生，鼓勵學生組隊參加一年一次的校內大學生機械創新設計競賽，推薦校賽成績較突出的團隊參加省級大學生機械創新設計大賽、全國大學生機械創新設計大賽。運用過程價值和激勵機制達到以賽促學、以賽促訓、以賽促教的效果。圖4所示的可折疊式袋籠作品和圖5快拆式噴吹管裝置就是學生參加第十一屆福建省大學生機械創新設計大賽的獲獎作品。

圖4 可折疊式袋籠作品

圖5 快拆式噴吹管裝置

（2）大學生創新創業計劃項目

學校每年都有申報大學生創新創業計劃項目的機會，教師可以鼓勵那些學有余力的學生積極組隊申報、參與，以訓促學，讓學生由被動學習轉變為主動學習，從知識型向技能型轉化，不間斷強化學生的產品設計能力。如圖6所示的一種可變截面導流裝置就是學生參加大學生創新創業計劃項目的作品成果。

圖6 一種可變截面導流裝置

（3）作品專利申請

對于參加學科競賽獲獎作品的學生、參加大學生創新創業項目結項作品較為優秀的學生，或是有較好設計作品想法的學生，教師應多鼓勵這些學生進行作品專利申請；在校期間獲得專利成果的畢業生，更容易得到用人單位的青睞。同時，只要目標明確，學生就更有學習動力，學習效果更好。注重加強實踐性教學環節，最大限度激發學生學習能力。如圖7所示的煙道除塵裝置既是學生參加第十一屆福建省大學生機械創新設計大賽的獲獎作品，也是獲得實用新型專利證書的作品。

圖7 煙道除塵裝置

4 總結

Creo課程教學實踐證明班級授課、小組研討、線上-線下、理論-實踐的混合式教學，提高了教學趣味性和高效性，促進了學生學習的目標性和主動性。經過該課程的學習，學生的知識遷移能力、產品設計思維、自主學習能力都得到了提高，學生對參加學科競賽、科研項目、申報專利成果等活動的積極性也高漲了，也有了一定的成果輸出。這種將“以學生為中心”的教學理念貫穿課程教學的全過程，構建一系列與當代大學生的學習特點和培養目標相適應的新型混合式教學模式，能有效促進當代大學生的潛力挖掘和個性發展，成為合格的創新型卓越工程人才。