基于“线上+线下”的交互式和案例式教学法在《机械制造工艺学》实践环节的研究和应用

史 勇，黄小娜，高泽斌，邢春晓，宋 玲，郭俊先，李雪莲

（新疆农业大学机电工程学院，新疆乌鲁木齐830052）

0 引言

《机械制造工艺学》课程的实践环节是新疆农业大学机械设计制造及其自动化专业学生在结束《机械制造工艺学》理论课程，并完成机械制造生产实习环节后参加的重要的教学环节。实践环节分为工厂实习和课程设计两部分，工厂实习地点是中国一拖集团有限公司。在实习过程中，要求学生必须熟练运用《机械制造工艺学》课程的基本理论，对典型零件在加工过程中的装夹、工艺路线的安排、工序尺寸的确定等问题进行观察分析，从而提高学生分析和解决问题的能力，并为后续的《机械制造工艺学》的课程设计打下基础。课程设计环节要求学生结合实习内容，设计“连杆”组件的机械加工工艺规程及工艺装备，通过对“连杆”组中各零件进行工艺分析，制订零件的机械加工工艺路线，并完成相关工艺装备（夹具）的设计。受新冠肺炎疫情影响，原教学计划中在2020~2021 学年上学期安排机制专业大四学生前往中国一拖集团有限公司完成的实习环节，无法按计划实施，因此，考虑通过“线上+线下”的交互式和案例式教学法，在校内完成该环节的教学工作。

交互式教学法强调以学生为中心，教师是促成者或独立的参与者，是注重培养学生实践能力的一种教学方法。在教学活动中，通过多种方式加强师生间的沟通以及学生之间的互助，加深学生对知识的理解和掌握。案例式教学法是通过模拟或者重现现实工作中的相关场景，让学生将自身代入案例场景，并运用所学知识来分析判断场景中出现的问题，提高学生解决问题的能力。

新疆农业大学2020~2021 学年《机械制造工艺学》课程的实践环节采用“线上+线下”的交互式和案例式教学法，依托自治区教研教改项目“基于工程认证评价标准的机械设计制造及其自动化专业课程体系构建及课程文档完善”和新疆农业大学教研教改项目“交互式和案例式教学法在《机械设计基础》课程的研究与应用”的支持，与中国一拖集团有限公司进行合作，采用线上实习的方式，由中国一拖集团技术专家通过腾讯会议软件为学生授课，并进行线上互动及答疑，线上实习结束后，基于案例和项目教学模式开展课程设计实践环节。文中将对“线上+线下”交互式和案例式教学法的具体实施方式和实施效果进行详细地介绍以及探讨。

1 基于“线上+线下”的交互式和案例式教学法在课程实习环节中的应用研究

在《机械制造工艺学》课程实习环节中，由于学生无法现场认识零件的加工设备、体验加工工艺过程，因此，为了提升实习效果，激发学生的主动性和创造性，采用“线上+线下”的交互式和案例式相结合的授课方法。实习环节为期三周，每天安排两场直播授课，由中国一拖集团的专家结合我校机制专业的课程体系和教学目标有针对性地为学生讲授。授课专家搜集工厂案例视频并加以总结，适当地穿插到线上课堂中，通过归纳典型机械零部件的设计案例加强与学生的互动，帮助学生提高分析和解决实际问题的能力[1]。在线下授课中，教师精心设计各类与机械制造工艺设计相关的思考题，加强与学生的交流和讨论。此外，利用现代化的教学手段来促进交互式和案例式教学方法的实施，建立网络资源库和案例库，丰富学生的学习资源。本项目的研究内容主要包括以下几个方面。

1.1 试验材料与设备

首先分析学生知识结构。机械制造工程学课程实践环节的重要先修课程为《机械制造基础》、《工程材料》、《金属工艺学》等课程。实践环节安排在大四上学期，学生此时已经掌握了有关机械加工和工艺的相关知识，也初步具备了设计典型机械零部件的能力。学生欠缺的是实践经验以及关于机械设计的系统训练，因此授课教师课前应加强相关案例的搜集，重点介绍典型零件加工工艺过程和装备，并总结汇总。

其次是对现有视频资源进行分析重组。从教师前期搜集的资源中，重点整理出金属热处理、拖拉机制造工艺、齿轮加工工艺、锻造工艺及铸造工艺等视频资源，并对视频资源逐一观看、分析，选取与课程教学内容相匹配的15 段视频，每段时长不少于1 小时。鉴于机械制造技术的智能化发展以及对学生知识扩展的要求，授课教师需挑选智能化制造及工业机器人智能化技术方面的5 个视频，穿插到实践过程中，供学生们观看学习。

第三是通过交流合作确定最终实习内容。针对课程实践环节的重点内容——“曲轴的加工工艺、连杆的加工工艺和箱体类零件的加工工艺”，积极与中国一拖集团的技术人员交流合作，由中国一拖集团的老师为学生线上授课，共安排直播授课20 场。这样的实习授课模式下，学生在校内就可以了解企业的生产情况，并结合授课教师的详细讲解，也能达到实习要求[2]。

1.2 做好线上课程实习过程的实施与管理

建设好线上资源。采用钉钉软件建立机制专业师生实习交流群，并制定实习计划，做好实习课程表，校内任课教师将前期搜集的相关视频资料在课前按照实习计划及时分享给学生，并布置相关作业题引导学生自学。学生为了按要求完成作业需主动在网上查阅资料，同时，建议学生将个人疑问汇总起来，以小组为单位进行讨论解决[3]。

实习环节采取直播授课的方式，利用签到功能完成学生的课前点名工作。点名结束后，中国一拖集团的技术专家通过腾讯会议软件直播授课，学生在认真听讲过程中做好笔记，同时将听课过程中产生的疑问记录下来。在线讲解结束后进入答疑环节，由技术专家结合工厂生产实际，为学生线上答疑，帮助学生解答课前预习和听课过程中所产生的疑问。在此环节中，鼓励学生积极与专家进行互动交流，以获取更多的实践经验[4]。

课后，由校内任课教师对当天专家直播授课内容进行总结，结合课程教学目标和教学任务，重点帮助学生理清直播内容与课程设计及毕业设计的关联，并给学生布置课后作业。学生需要通过钉钉学习日志功能上传当天的学习笔记和作业，由任课教师进行线上批改，并给出评分作为学生平时成绩的重要部分[5]。

1.3 以学生为主体扩充《机械制造工艺学》课程的案例库并运用于教学

为了扩大学生的知识面，充分发挥学生的自主学习能力，每天线上实习环节结束后，安排学生3～4 人一组，针对当天专家的授课内容在网上搜集和整理与课程视频内容相关的典型零部件的加工和装配工艺案例，学生间相互探讨，任课教师把关，共同研究，建立《机械制造工艺学》课程的案例库[6]。

校内任课教师定期在线上给学生进行教学辅导。学生以小组为单位，主动展示自己搜集的案例，通过钉钉软件的屏幕共享功能分享给大家，采用线上课堂讨论、相互提问的方式，分析案例的典型性和实用性，并决定是否纳入课程的案例库。通过这样的教学辅导过程，使学生将自身代入机械工艺设计的案例场景，运用已有的知识来分析、判断并解决现实工作情境中发生的事件。搜集的案例主要以视频、动画为主，以激发学生的学习兴趣，培养学生的创造力，同时也是对在线授课资源的补充[7]。

1.4 精心设计思考题，加强与学生的线下交流互动

通过搜集整理的各种典型零部件的设计案例，开发各类形式多样、灵活有趣的思考题。思考题紧扣课程重点，以机械加工精度和加工质量、典型零件加工工艺制定、装配工艺过程设计、机床夹具设计等内容为主，思考题还要与学生所观看的视频资料紧密联系，与生产实践相结合。通过各类思考题的开发与探讨加强师生间的互动，帮助学生跳出思维定式，从多种角度来思考问题[8]。

在学生交互阶段，学生采取教师的教学方法，以小组为单位，主动搜集各类资料，自行设计多层次、高水平问题，在课下相互提问、解答。学生们可通过多种思维策略设计问题及搜集案例，寻找相似事物中细微的不同之处，从而培养学生的创新思维能力。同时，教师也可以在课余时间与学生共同探讨，促进学生课后的生生对话、交流、讨论，提高学生学习的主动性和参与度，进而促进学生对知识的掌握和升华。

1.5 加强对学生自我学习过程的监管，创新综合考核模式

为了加强对学生学习过程的监管，同时对课程的考核模式进行创新，采用“考勤+实习日志+课后作业+案例搜集+小组讨论”的考核方式。要求学生在视频授课前完成签到考勤，并通过上传当日的学习图片。授课结束后，学生将实习日志上传，由校内任课教师进行统一批改，实习结束后，以班级为单位将实习报告纸质版交到任课教师处。教师根据课程内容布置课后作业加以巩固，学生认真完成作业并提交。案例搜集和小组讨论环节中，学生以小组为单位，自行搜集案例，设计思考题，并完成作答，然后提交给任课教师，任课教师进行审核和批阅。通过这种综合考核模式，可以有效实现对学生学习过程的监管，学生也通过以小组为单位的合作学习模式，实现相互监督和相互激励。

图1 《机械制造工艺学》实习环节的“线上+线下”交互式和案例式教学法流程

2 基于交互式和案例式教学法在课程设计环节中的应用

《机械制造工艺学》课程实习环节结束后，进入课程设计环节，该环节课时安排为两周，内容是设计连杆零件的机械加工工艺规程及工艺装备。课程设计的具体要求有：（1）能熟练运用《机械制造工艺学》课程中的基本理论以及在线实习中学到的知识，合理地解决零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量；（2）提高结构设计能力。学生通过设计夹具训练，根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理且能保证加工质量的夹具；（3）学会使用相关机械设计手册及图表资料，掌握与本设计有关的各种资料的名称出处，能够做到熟练运用[9]。

往年我校的《机械制造工艺学》课程设计是在学生完成实习环节后返校进行的，绘图环节主要采用手工绘制二维工程图。由于2020～2021学年采用线上实习的教学模式，通过任课教师和学生的共同努力，虽然取得了较好的效果，但缺乏现场教学，学生的空间想象能力和工程实践经验还是无法完全弥补，学生的创新能力依旧受到了一定的制约，因此，为了提高课程设计质量，考虑从以下几个方面对课程设计环节进行改进。

2.1 结合线上实习环节，对课程设计内容进行改革

本学期课程设计的内容应该在保证工作任务要求的基础上，与前期线上实习环节的内容紧密结合，对连杆的加工工艺过程进行分解，分为加工大头孔、小头孔、端面和螺纹孔四部分，学生以小组为单位，根据小组成员的特点自主选题。同时，也可结合大学生创新项目及校企合作项目扩大选题范围[10]。题目确定后，任课教师根据学生的选题，对学生进行辅导，并联系一拖集团和其他相关的内地企业，利用企业的现有资源为学生提供工程案例参考。通过以上教学方式，可以提高学生的学习兴趣，挖掘学生的工程设计创新能力[11]。

2.2 改变设计手段，利用计算机辅助设计工具完成设计

为了提升课程设计的效果，增强设计产品的直观性，改进前期网络授课和网络实习的不足，采用计算机辅助设计软件，以小组为单位，对连杆加工的工艺装备进行设计。首先引导学生进行小组讨论，明确自己所在小组在夹具设计过程中需要的定位元件和夹紧元件类别，然后参考《机械设计工艺手册》和《夹具设计手册》，按照设计标准，使用三维绘图软件绘制出所需的定位元件和夹紧元件。其次，小组成员根据个人的任务要求，利用三维软件绘制夹具体及非标准件，设计过程中，任课教师采用线上和线下的辅导方式对学生绘制的三维图进行点评和指导。学生完成夹具体设计后，再使用三维软件对夹具进行装配，并对产品进行干涉检查，检验零部件设计的合理性，形成最终的作品[12]。

2.3 加强线上和线下指导，规范图纸设计，改进考核机制

学生的三维作品完成后，需要转换成二维图纸。由于前期学生的课程学习和实习环节均为在线完成，导致学生对图纸上工艺尺寸的标注依然不熟练，这就需要任课教师加强对学生的线上和线下指导。通过线上讨论、任务驱动、网上辅导等方式，对学生图纸上的尺寸标注、设计说明书中的定位误差和夹紧力的计算等内容进行辅导，帮助学生完善课程设计内容[13]。同时，对课程设计环节的考核机制进行改进，注重过程的考察，以学生小组方案的制定、三维图纸的绘制、二维图纸的绘制、工艺过程卡和工序卡的编写以及设计说明书的内容为考核标准，另外将学生与教师的互动情况、学生对夹具设计案例的搜集、小组成员的合作情况、不同设计阶段各个小组的任务完成情况也作为考核的重要指标。课程设计最终采取小组答辩的方式，公平、公正地对学生的课程设计进行综合评分[14]。

3 结语

在新疆农业大学教研教改项目的支持下，结合大学生创新项目与教学环节的联系，对《机械制造工艺学》课程实习环节和课程设计环节的教学模式进行了改革，将线上授课与案例分析、小组讨论、案例库建设相结合，加大授课过程中对学生的监管力度。通过在校内的具体实践活动，克服了我校学生无法前往企业实习的不足，通过线上与线下相结合的教学模式，最大程度上优化了学生的课程实习和课程实践环节的效果。今后，我们将充分总结和利用这些教学经验，同时以创建精品课程为目标，继续对授课和实践环节进行改进和创新，加强学生实践能力和创新能力的培养，推动我院实践课程教学水平的不断提高。