工程訓練混合教學模式研究與實踐

劉曉芹，蔣國璋，曹建華，劉 翔

(武漢科技大學 工程訓練中心，武漢 430080)

1 研究背景

受新冠疫情影響，2020年上學期，本校工程訓練教學以學習通平臺為依托順利進行并取得了不錯的教學效果。教師在線答疑貫穿了整個學期，指導教師每周為每個班級的學生安排一次集中答疑，并將答疑情況及時進行記錄、整理和發布。為了監督和檢查學生的學習進度和學習效果，線上教程中各個章節后都設置了階段測驗。章節測驗要求在限定時間內完成，完成測驗后才能開啟下一章節的學習，并且系統會自動給出分數。通過一個學期的摸索和嘗試，對工程訓練線上教學模式的優勢和弊端進行了思考和總結，并以3D打印模塊為試點對線上線下混合教學模式進行了探索。

2 線上教學模式的優勢

2.1 學習方式多樣化

開展線上教學，教師的授課方式受到了一定的制約和限制，但是激發了部分學生的自主學習熱情，出現了學生主動學習、主動研究的現象。以數控加工技術章節為例，部分學生根據視頻和課件，下載了一些模擬加工的小程序，推薦給教師并在其他同學間推廣。這些小程序簡單易學，不需要較深的數據建模基礎，非常適合剛接觸數控加工的學生進行觀摩學習。程序中不僅對數控加工機床的結構和工作原理進行了展示，而且學生可以通過改變坯料形狀尺寸、工藝參數等模擬多種加工形式。學生可以對多種加工方式進行對比，分析其各自的加工優勢和應用范圍。同時，在電工電子技術課程的學習中，有些學生在完成課件的學習后，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分享。線下教學時提供的材料和命題是統一的，學生選擇自己感興趣的方案進行操作，雖然操作過程中遇到了很多問題，但是這些問題也引發了更多討論和思考，調動了學生的參與熱情，提升了學生的發散思維。這些情景在線下實訓教學中不常出現，但是這種主動思考并進行嘗試的態度正是工程訓練課程的主要培養目標之一[1]。

2.2 學生之間的思想碰撞增多

集體答疑過程中，鼓勵學生多想多問，每個學生都有機會提出自己的問題和觀點[2]。當前，大學課堂普遍是大班授課，學生人數較多，學習內容也較多，教師與學生的交流機會較少，教師很難與每位學生進行交流和反饋。借助線上教學和建群答疑平臺，每位學生都可以發表自己的觀點和疑問，教師能夠及時接收到每位學生的反饋，體現出了學生之間的思想碰撞。學生與學生、教師與學生都可以參與到這些觀點的討論與思考中來，實現了教學相長，取得了良好的教學效果。此外，線上答疑緩解了學生面對教師時的緊張，也緩解了學生當眾發言時的局促，學生更愿意將自己的想法和疑問提出來[3]。雖然當前的教學過程更提倡以學生為中心，且大學教師越來越年輕化，師生之間的距離感越來越小，但仍有部分學生不愿意當眾發言或者主動與教師進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行交流，這種交流方式允許學生在表達過程中進行長時間的思考和表達內容的反復修改，緩解了學生的緊張情緒，提高了其表達自己的意愿和主動性。針對學生的提問，相關專業指導教師可以及時給出解釋，其他學生也會提出自己的觀點或疑問。一個問題的提出，有助于幫助學生理解更多更全面的知識。

2.3 師生間的了解更深入

在線上教學期間，指導教師與每位學生的接觸時間都相對延長，可以更全面地了解學生的學習態度和綜合能力。國家和學校每年都會組織各種工程類競賽，目的在于培養學生的實踐創新能力。通過線上課程這種相對長時間的接觸與交流，教師能夠對學生具有更全面的了解，有助于更快地根據每個參賽學生的特點開展競賽的指導工作。很多學生進入大學校園后就開始對自己的學習和未來制訂了規劃，除了學習計劃內的課程外，還非常熱衷于參加各種項目研究和競賽，鍛煉和提升自身能力，不斷積累經歷和經驗。工程訓練是一門綜合性較強的課程，線上教學平臺聚集了多個專業領域的教師，能夠為學生提供更加全面的指導，通過線上教學平臺的交流，教師可以發現有競賽和項目研究意向的學生，學生可以通過實時交流明確教師的研究方向和風格，較早地明確自己的努力方向，完成教師和學生之間的雙向選擇和雙向奔赴。

3 線上教學模式存在的弊端

3.1 教學形式單一，難以調動學生學習熱情

面對大量的線上教學資源，自控能力較差的學生難以進行持久性的學習[4]。自主性不強的學生可能會耽誤學習進度，或者學習過程中心不在焉，從章節測驗的成績分布可以看出，學生只要認真完整地學習了教學資料，成績基本都能合格，單一的教學形式難以調動學生的學習熱情。

3.2 實時監督和交流難，難以保證教學效果

課堂教學中教師可以通過學生的表現及時發現學生學習中的困惑，通過不同的教學手段進行講解和演示，從而保證教學過程順利進行[5]。現有的線上教學資源固定，教師不能根據學生的學習反饋及時答疑解惑，部分學生在學習過程中容易產生厭學情緒，對后期進一步或深層次地學習產生不利影響。

3.3 圖文資料代替實操，認知上仍顯不足

與其他理論課程相比，工程訓練實行線上教學的難度更大。雖然有操作視頻可以觀摩，但是學生不能親自動手操作，實訓效果仍不理想。以數控加工實訓為例，日常教學過程中都是理論和實操相結合，學生掌握了數控編程方法后，需要獨立設計作品，繪制加工圖紙，完成數控加工程序的編制，并將程序導入到機床上進行加工。在加工過程中，學生需要完成坯料裝夾、試切對刀、程序輸入及校驗等一系列操作，而線上教學無法提供這種實驗機會，仿真軟件與實際加工存在一定的差距。

4 線上線下混合教學模式的優勢探討

2020年下學期，學校恢復了正常教學活動，基于工程訓練線上教學的一些心得和經驗，以試點班的形式推行了工程訓練課程中3D打印模塊的線上線下混合教學模式，如圖1所示。

該教學模式通過建立線上平臺引導學生進行預習，實訓過程中及時對教學效果和學習成果進行反饋測評，組織學生進行拓展活動，為全面評價學生的學習成果提供支撐[6-8]。將試點班與常規教學班的教學效果進行對比，發現線上線下混合教學模式具備以下優勢。

4.1 從認知到驗證的閉環式學習

線上線下混合教學是當前教育從業者努力探索的新方向。工程訓練作為一門實訓課程，既要學習一定的專業知識作為理論基礎，又要通過實際操作提高實踐能力，非常適合應用混合教學模式。學生在課前通過線上學習基本的理論知識并進行思考，課堂教學中將所思所想表述出來，通過分小組討論后，可以將討論后的執行方案通過實際操作進行驗證，形成學習工程知識和培養實踐能力的閉環模式[9]。如果僅僅選擇課堂教學，工程訓練課程內容雖然并不晦澀難懂，但是知識點相對較多，實際操作時需要注意的事項也較多，在有限的課堂時間內很難將眾多知識點完整地展示和傳授給學生，學生很難深入理解和掌握。通過線上教學平臺，學生可以在課前進行預習，利用碎片時間多次學習、反復思考，在實踐操作過程中驗證所學知識點，既加深了對理論知識的理解，又可以通過扎實的理論知識指導自己的實踐操作。

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

4.2 由現象到理論的漸進式思考

工藝和設備原理知識是工程訓練課程的基礎。由于課堂教學時間有限，這部分基礎知識可以通過學生自學掌握，指導教師針對實踐過程中出現的實際問題進行解釋、指導和引申，學生運用理論知識對出現的問題進行闡述和思考，通過理論指導實踐，尋求解決方案。解決問題的過程既是對學生現有知識的檢驗，也是對學生學習新知識的引導。工程訓練是一門實踐型課程，搭建了與實際生產加工相接近的平臺，讓學生在學習專業課程前、在開展專業工作前掌握一定的工程基礎知識，具備一定的工程能力，因此如何實現學生從工程懵懂到工程認知的轉化是一個值得探討的問題。線上教學可以呈現給學生更豐富、更精彩的工程實踐情景，如先進的生產設備、規模宏大的生產線等，這些線上平臺的視頻或圖片資料是學生開啟工程訓練大門的第一步，從這些資料中可引申出設備如何操作、生產線如何運轉、智能生產如何實現等一系列問題。缺少前期引導和鋪墊，直接從設備工作原理和工藝參數開始，將大大降低學生的學習熱情，部分學生可能一時難以適應從而產生消極的學習態度，不利于后續課程的順利開展。

4.3 由虛擬到現實的不完全轉化

工程訓練作為一門實踐型課程，目標是要培養學生成為具備分析問題、解決問題能力的綜合性工程人才。由于各種環境因素的制約，完美的設計方案和模擬結果在實際操作過程中可能出現各種偏差，導致結果與預期存在較大差異。有些學生在方案設計中面臨著臨界值的設定應選擇理論上的最大值或最小值，這是理論與實踐相脫節的問題，在工程實踐中要考慮放大系數或者其他類型的系數，只有不斷分析、糾錯、改進，才能進一步優化方案，在實踐操作中得到最優解。