新工科背景下《逆向工程与快速成型技术应用》课程多元化混合教学模式研究

朱振国，左 武，汪 涌，张作胜，李旗号

（1.安徽职业技术学院 机械工程学院，安徽 合肥 230011；2.青岛双星股份有限公司，山东 青岛 266400；3.合肥工业大学 机械工程学院，安徽 合肥 230051）

0 引言

为应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略出台。教育部通过“复旦共识”提出建设“新工科”，是有别于传统工科专业建设和工程人才培养的新体系、新模式、新动能[1-3]。新工科强调学科的实用性和综合性，这对于培养学生的素质能力具有较好的促进作用，相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才。这也要求教师在授课过程中要脱离传统教学方法，以一种新型的、高效的教学模式适应新工科的发展。

混合式教学是指在适当的时间，通过应用适当的媒体技术，提供与学习环境相契合的资源和活动，培养学生的能力，取得最优化教学效果的教学方式[4,5]。混合式教学提升了教学的效率，打破了传统教学中学生与教师的“孤岛”，满足了新工科对人才培养机制创新的要求。现以《逆向工程与快速成型技术应用》课程的混合式教学模式改革为例进行介绍。

1 课程特点及存在问题

逆向工程（reverse engineering，RE）是对已有的产品或实物原型进行CAD模型重建，即对已有的产品或实物原型利用三维数字化测量设备快速、准确地获取实物表面的三维坐标数据，并根据坐标数据使用三维几何建模的方法重建实物CAD模型[6]。

《逆向工程与快速成型技术应用》课程逻辑性强，尤其是逆向设计教学过程中的三维扫描阶段，相对传统正向设计，其需要更多具体的教学设备进行辅助，如三维扫描设备，因此要求教师在教学过程中为学生提供更多实践操作的机会，同时逆向技术的教学概念较为抽象，具有较强的理论性和实践性，以教师为主导的教学方式是不适合的。在实际教学过程中该课程还存在3个问题：①课程学时少，学习内容多和强度大，该课程包含数字化测量技术、数据处理技术和产品制造技术，涉及的软件包括Geomagic Studios、UG、DX等，尤其是数据处理阶段，要熟练掌握DX等软件，否则难以学懂弄通，达不到学习的效果，但仅依靠传统的课堂教学，学生动手能力较差，教学效果不佳；②学生参与度差，缺乏“促学”动力，在传统教学模式下，课堂的教学以教师讲授为主，而讲授内容单一、讲授方法枯燥、学习难度较大、课堂教学任务较重，致使大部分学生较少参与课程学习，存在“老师上面教，学生下面玩”的情况，同时也违背了“学生本位”的思想，没有相应的“促学”机制带动学生进行学习，学习积极性和主动性也不高；③授课形式较为单一，学生培养与企业实际需求脱钩，《逆向工程与快速成型技术应用》课程包括扫描测量技术、数据处理技术和产品模型重构技术，这些都属于偏实践性质教学的内容，因此在教学过程中要有相应配套的实践环境，但是传统的教学仅以教室为基地，缺少实践场所，限制了学生的动手能力，这也进一步模糊了学校为社会和企业培养专业技能人才的定位，出现“学校热，企业冷”的不对称需求现象，增加了学生毕业后找工作的难度。

2 新工科背景下多元混合教学模式的目标

新工科背景下课程改革和创新注重多元性和开放性，依据对课程的分析，主要研究以“线上+线下”、“以赛促学”、“企业项目驱动式教学”为主的多元化混合式教学模式下《逆向工程与快速成型技术应用》课程的教学方法实践与探究，多元化混合式教学是不同教学方法的有机组合，如图1所示。

图1 多元化混合式教学

立足并结合《逆向工程与快速成型技术应用》课程特点与问题，制定以下研究目标。

（1）构建线上线下混合教学保障体系。《逆向工程与快速成型技术应用》课程课时少、内容多，为了提升教师授课和学生学习效率，需改变传统“上课满堂灌”的教学方法，新工科背景下课程改革突出“开放式”和线上线下相结合的特点，因此可以采用“线上+线下”相结合的混合式教学模式，回归“学生主体、教师引导”的教学，其中线上线下混合式教学保障体系主要包括线上的云课堂、慕课、SPOC等以及线下的讨论、答疑、师生互动等。

（2）制定“以赛促学”科学实施标准。新工科背景下课程改革还倡导创新授课方式，“以赛促学”对于激发《逆向工程与快速成型技术应用》课程的学生学习热情发挥重要作用。技能大赛是学生展示自我的平台，在该平台上职业能力、职业精神将得到发挥。以技能大赛为契机，促进学生全面发展，大赛就是“洗礼”过程，技能大赛主要是自主学习，完成从学生到职业人的转化，通过专业技能比赛学习、交流经验，不断促进学生专业技能水平的提高，注重内化职业素养。利用技能大赛机制，有效地调动学生学习积极性，明确学习动机，技能大赛不仅能提高学生的心理素质，而且能提升学生的职业素质，为他们终身学习、继续深造和走向岗位奠定良好的基础。

（3）完善企业项目驱动式教学长效机制。项目驱动式教学模式是以“项目”为中心，学习者在教师指导下，根据某学习项目，通过团队合作方式，自主分析、探究、创新、解决学习问题，同时提交研究成果的教学模式[7]。新工科背景下企业对于学生素质能力的要求也有相应变化，为了满足企业要求和学生实际学习需要，项目的实践必须本着循序渐进的原则，按照教学大纲的要求进行专业基础知识的教学和实践，而在重要实践环节引入企业项目，引导学生按照企业的要求进行软件项目的开发实践，培养满足企业岗位需求的合格人才。

3 新工科背景下多元化混合教学模式的实施

新工科背景下课程改革的重点是“线上+线下”混合教学模式，课前的知识点导入和学习目标的引入都可以在线上完成，课中是线下的面对面授课[8]。一般情况下，线上教学和线下课堂是穿插式、交替式进行，将整个课程提前进行学习项目分类（A、B、C……），同时将学生进行分组，便于后期互动管理。对于概念性的课程（如逆向工程的概念），教师在上课前两天通过云课堂发布线上学习资料，这些资料包括慕课、PPT、SPOC等，让学生掌握课程中的基础知识，老师在课堂上设置提问、答疑等互动环节，帮助学生快速掌握；而对于需要动手实践的课程（如三维数据扫描），教师也提前两天通过云课堂发布线上学习资料，这些资料不仅包括慕课、微课等，还包括让学生在网上搜索动手实践操作的视频学习，课后按照企业项目驱动式方法引导学生动手操作，并进行学生自评、小组互评、教师评定的综合模式，图2所示为线上线下相结合教学模式。

图2 线上线下相结合的教学模式

“以赛促学”是新工科背景下的课程改革创新之举，是指让技能大赛与《逆向工程与快速成型技术应用》课程相融合，将班级每6人分成一个小组，按照赛程标准将每个小组分为产品制造、前端扫描和数据处理，进行情景模拟，表1所示为按照全国技能大赛评分细则修改后的标准。在该过程中学生会提高对《逆向工程与快速成型技术应用》课程的认知程度，直观操作现场设备增强自信心，同时学生为了争夺竞赛名额，会形成良好的学习竞赛氛围，促进良好的学风形成。教师在该过程中也要起到引导作用，在课程教学中始终坚持“做中学、做中教，实现教学做一体化”，实现了课程教学“先理论后实践”转变为“大赛融合、以赛促学”的整体。

表1 全国技能大赛评分细则修改后的标准

新工科背景下要实现企业与学校的有机对接，即实现“学校所学正是企业所需”的情况以及线下教学中为了能更好地将理论与实践相结合而进行“企业项目驱动式教学”，项目的实践必须本着循序渐进的原则，按照教学大纲的要求进行《逆向工程与快速成型技术应用》相关知识的教学和实践，而在重要实践环节，例如三维扫描、产品制造等引入企业项目，引导学生按照企业的要求进行逆向工程项目的开发实践，培养满足企业岗位需求的合格人才。为了尽可能地提高学生所学与企业所需的匹配性，制定“企业推荐、教师审定”的主题设计方法，即：教师需根据教学课程计划安排，提前掌握学生的基本情况，包括基本专业理论知识学习程度、操作技能熟悉程度、逆向能力等，综合考量设置难易适中的企业项目，并圈定其主题选择范围，再由教师审定其可行性，确立最终的项目主题[9,10]，图3所示为企业项目选择流程。

图3 企业项目选择流程

4 结束语

基于新工科背景下的“线上+线下”、“以赛促学”、“企业项目驱动式教学”为主的多元化混合式教学模式促进了专业课程的教学改革，让学生在创新乐趣中学习，培养学生的学习兴趣。实施创新混合模式教学取得了显著成绩，机械制造与自动化专业、模具专业等学生共获得11次逆向设计工业大赛奖励，学生的专业技术能力也多次被顶岗实习单位表扬。