基于微课程的机械制造工程学教学方法探讨

郝敬宾 韩正铜 胡元 刘新华 杨海峰

【摘要】针对教育部实施的“卓越工程师培养计划”，分析了机械制造工程学教学方法和实验内容上存在的问题，提出了以微课程这一新的教学模式来弥补传统课堂教学和实验教学的不足，进行了有针对性的微课程设计、内容编选和平台建设，并在课堂讲授、工艺实验、文獻自学和考核方法等环节上进行了相应的改革，为提高机械制造工程学教学效果做出了有益地探索和实践。

【关键词】机械制造工程学；微课程建设；教学方法改革

1 机械制造工程学的教学特点和存在问题

早在2010年，教育部就启动了“卓越工程师培养计划”，旨在提升当代大学生的工程应用素养和创新实践能力。我校也于2012年进行了教学大纲的重新修订，围绕加强学生工程能力和创新能力培养这一目标开展了一系列的教学方法研究和改革。机械工程专业作为传统工程应用背景很强的专业，已被学校列入“卓越计划”重点实施的学科专业。经过了课程群建设、培养方案修订、师资培养等一系列工作，已经基本建立了“注重实践”和“促进创新”并举的教学培养体系，2015年6月成功入选江苏省品牌专业。

机械制造工程学作为机械工程专业本科生的必修主干课，在这次“卓越计划”改革中进行了教学大纲的重新修订和实验内容的更新，着重于培养学生加工工艺分析、工装夹具设计、装配调试等方面的工程实践能力。学生通过这门专业课的学习，能够掌握机械工程师在制造工艺方面所需的专业知识，获得机械制造方面的工程训练，为成为高技能的机械工程师奠定基础。但受限于“传授式”的课堂教学模式和“走马观花式”的实验教学方法，机械制造工程学的改革成效还未能真正地显现，急需采用全新的教学手段和先进的教育理念对课程改革进一步地探索和实践。

随着移动互联网技术的迅猛发展，基于移动网络开发设计的微课程正在展现其独特的优势。与传统教学模式相比，微课程短小精炼、形式新颖、趣味互动，可以让学生不受时间、地点、环境的约束，根据自己的需求去接收知识。在机械制造工艺的教学中加入微课程网络教学环节，一方面，可以很好地激发学生自主学习的兴趣，充分利用课余的零散时间进行知识点的预习和巩固；另一方面，适时地扩充一些课堂上没有涉及到的知识点，尤其是制造业最新最前沿的技术信息，开阔学生的眼界。本文主要针对机械制造工程学的课程特点进行微课程设计与内容编选，探讨如何将这一新兴的网络教学模式与传统教学模式进行有机地结合，更好地培养具有自主学习能力的卓越机械工程师。

2 微课程设计和内容编选

2.1 微课程的设计原则

传统的课堂教学或者网上慕课（Massive open online courses，MOOCs），在课程设计上主要考虑的是受众性，即教学内容尽量能让绝大多数学生接受；而不得不忽略学生的个性发展和兴趣爱好。而微课程可以根据学生不同的特点来设置一些个性化地教学环节，从而吸引学生主动去学习。因此微课程的设计要遵循以下几个原则：

第一、短小精炼。每节微课程的时间最好在3-5分钟，时间太短的话，学生还没有投入进去就结束了；时间太长的话，学生在学习过程中很容易会被打断或终止。时间分为三部分：开始的1分钟为课程的引入，中间2-3分钟为知识点的讲解，最后1分钟为课程的总结或小测试。在内容编排上要精炼，突出重点，最好一节微课程对应教学内容中的一个重点或难点。例如：在《机床与刀具》章节中涉及到的刀具有好几十种，而在微课程的设计上，则重点讲解车刀的结构和种类即可。

第二、形式新颖。微课程可借助强大的互联网技术和多媒体技术，摆脱传统的板书或讲台的形象，转而采用更为新颖、引人入胜的表现形式。可以使用三维动画来展示二维图形无法表达的空间结构，如：机床主轴箱的内部结构。可以通过现场视频来介绍生产流程或加工过程，如：齿轮的加工过程。还可以借助虚拟现实技术对装置或设备进行虚拟操作，如：工件在组合夹具上的安装操作。这样的微课程可以让学生更直观更真实地了解学习的对象，更容易掌握实践性强的教学内容。

第三、趣味互动。微课程的设计必须有趣，才能吸引学生在课余时间来自主学习，这点可以向网络上优秀的微视频、微动画等学习。有趣的元素有很多，可以是语言声音幽默、人物形象搞笑、故事桥段新奇等，根据目前网络的热点或学生的喜欢，添加一两个趣味元素到微课程中去。微课程的互动环节也非常重要，一方面通过回答问题可以检验学生对知识点的掌握情况，另一方面通过留言板可以收集学生对微课程的意见建议，便于课程的不断改进和完善。

2.2 微课程的内容编选

微课程的内容设计同样要按照课程的教学大纲要求，作为课堂教学和实验教学的补充，在内容编选上必须有一套完整的体系，注重为课堂教学和实验教学提供支持服务。微课程的内容编选可以分为以下几个类别：

（1）课程引入。这类微课程的设计主要是为即将开始的课堂教学或实验教学做准备的。对于某个章节的学习，可能需要一些前期知识的储备才能更好地理解和掌握，这时可以通过微课程让学生对这些前期知识进行熟知，起到预习和引导的作用。例如：在学习《金属切削过程》之前，可以编选金属材料成形方面的微课程，让学生回顾下以前学过的《材料成形工艺学》相关知识。

（2）概念解释。这类微课程的设计是对课堂上未能完全诠释的知识点进行全面重点地解读。对于一些较难理解的概念或公式，课堂上的讲解不能让所有学生都能很好地掌握，课后可以通过多次反复的观看相关的微课程，并通过提问互动来进一步的理解和掌握。

（3）应用案例。这类微课程的设计是通过一些具体的工程应用实例来对某种技术进行优缺点分析或对某种设备进行操作说明。对于工程应用性强的课程来说，应用案例分析非常必要，微课程通过现场视频和实物图片等形式将工程应用的结果直观地展现给学生。例如：在讲解内应力对加工精度的影响时，教材上的示意图过于抽象不要理解，而在微课程中选取一些由于内应力引起变形的实物照片会给学生更为清晰的展示。

2.3 微课程的教学平台

目前可用于微课程教学的网络平台有很多，如：微信、QQ、微博、博客、云盘、网盘、资源共享网站等。根据微课程的内容形式和交互时效，选择合理的教学平台可以提高微课程的辐射率和教学效果。利用微信、微博等即时通讯平台，适合发布通知性或临时性的微信息，以及与学生之间进行及时的交流解答，例如：针对涉及到课程内容的一些热点资讯进行解读和线上互动，对课堂教学内容掌握情况的调查性小测验，实验课程进行前的温馨小提示等。

利用云盘、网盘等资料存储共享平台，可以放置多个方向或不同领域的微资源，供学生根据自己的个性需求进行自主选择学习，教师也可以选择一些自己的科研成果做成微课程放在共享平台上，供有兴趣的学生进行深入学习，进而促进教学与科研的结合。例如：《特种加工与先进制造技术》章节中对各种先进制造技术的介绍都很简要，在微课程资源平台上可以有较为详细的技术讲解课程，供有兴趣或想做一些研究工作的学生来学习。

3 教学方法改革和自主学习培养

3.1 课堂教学与微课程的内容衔接

微课程作为一种非正式学习环境下的学习资源，应该以教学大纲为基础，与课堂教学内容衔接，作为引导和铺垫的作用。传统课堂教学具有完整的逻辑性和知识连贯性，如果学生在之前的学习中出现了缺漏或没有做好预习工作，上课时难免出现跟不上或没兴趣的问题。课前微课程的内容可以是介绍一些储备知识或提出一两个问题，学生通过电脑或手机看过后进行签到或回答问题，然后才能参加课堂教学。用这种方法可以有效地督促学生做好预习功课。

现在大学课程的学时在不断压缩，在2008版教学大纲中，机械制造工程学由72学时压缩到48学时，而课堂教学只有40学时。课堂上不可能将课程教材里的全面知识都进行讲解，难免会出现知识点不连贯、学习深度不够等问题。再加上学生的个体特性不同，有些学生不能完全掌握，而有些学生感觉过于简单。课后微课程的内容可以是巩固性的知识点复习和拓展性的知识点补充，学生完成巩固性课程视为课堂学习合格，如果能完成拓展性课程可适度加分。

3.2 微课程与实验教学的虚实结合

机械制造工程学中的实验教学环节对于学生掌握机械工程师专业技能非常必要，其中涉及：机床刀具的选择、切削质量的控制、工装夹具的设计和加工工艺规划。由于教学资源的限制，学生在实验过程中实际动手操作的时间很短，可接触到的先进制造装备有限。微课程可以利用多媒体技术和虚拟现实技术将实验过程或操作设备进行虚拟仿真，让学生在实验课之前通过微课程能够“真实”地观看整个实验过程，了解操作设备的构造，便于学生可以更快地进入实验状态，正确操作机器设备。

另外，微课程还可以为实验操作做好安全提醒，通过一些操作要领的小测试，考查学生的安全操作意识。例如：在数控车床的切削实验中，有很多的注意事项和安全须知，而以前都是贴在机床操作台上或是实验老师现场口述，难免部分学生忽视或不听，进而导致一些危险。有了微课程的提醒，学生都必须通过安全操作测试才能进入实验室进行相关设备的操作，提高了实验安全性。

3.3 由微课程学习进阶到慕课学习

微课程作为一种片段化或场景化的学习资源，目的是引导学生利用零散时间进行自主学习，作用是巩固和提高课堂教学和实验教学的效果。在整个课程学习过程中，加入一定的监督机制和考核環节是非常必要的，比如：微课程的签到机制、回答问题获得积分、通过测试方可参加实验等等。这样的做法是为了逐步培养学生自主学习的习惯。

在此基础上，可以有意识地引导有兴趣的学生进阶到慕课学习，即自主地学习网上的共享课程。例如：《机电设备故障诊断》、《几何精度设计与控制》、《先进制造技术》等课程都是在《机械制造工程学》基础上的延伸。学生通过微课程的引导和链接，可以进一步对进行慕课学习。

4 总结和展望

目前，微课程设计和内容编选尚处于探索与研究阶段，与之对应的课程设计和教学模式还有待进一步完善。要使微课程对课堂教学和实验教学真正发挥应有的促进作用，在微课程的表现形式和手法、内容编辑水平、教学共享平台等方面还有很多工作要做。

参考文献：

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基金项目：中国矿业大学机电工程学院2015年实验室教学改革项目