工程训练混合教学模式研究与实践

刘晓芹，蒋国璋，曹建华，刘 翔

(武汉科技大学 工程训练中心，武汉 430080)

1 研究背景

受新冠疫情影响，2020年上学期，本校工程训练教学以学习通平台为依托顺利进行并取得了不错的教学效果。教师在线答疑贯穿了整个学期，指导教师每周为每个班级的学生安排一次集中答疑，并将答疑情况及时进行记录、整理和发布。为了监督和检查学生的学习进度和学习效果，线上教程中各个章节后都设置了阶段测验。章节测验要求在限定时间内完成，完成测验后才能开启下一章节的学习，并且系统会自动给出分数。通过一个学期的摸索和尝试，对工程训练线上教学模式的优势和弊端进行了思考和总结，并以3D打印模块为试点对线上线下混合教学模式进行了探索。

2 线上教学模式的优势

2.1 学习方式多样化

开展线上教学，教师的授课方式受到了一定的制约和限制，但是激发了部分学生的自主学习热情，出现了学生主动学习、主动研究的现象。以数控加工技术章节为例，部分学生根据视频和课件，下载了一些模拟加工的小程序，推荐给教师并在其他同学间推广。这些小程序简单易学，不需要较深的数据建模基础，非常适合刚接触数控加工的学生进行观摩学习。程序中不仅对数控加工机床的结构和工作原理进行了展示，而且学生可以通过改变坯料形状尺寸、工艺参数等模拟多种加工形式。学生可以对多种加工方式进行对比，分析其各自的加工优势和应用范围。同时，在电工电子技术课程的学习中，有些学生在完成课件的学习后，自己购置了一些电器元件，焊接了一块电路板，并将操作过程中的心得和问题与教师和同学分享。线下教学时提供的材料和命题是统一的，学生选择自己感兴趣的方案进行操作，虽然操作过程中遇到了很多问题，但是这些问题也引发了更多讨论和思考，调动了学生的参与热情，提升了学生的发散思维。这些情景在线下实训教学中不常出现，但是这种主动思考并进行尝试的态度正是工程训练课程的主要培养目标之一[1]。

2.2 学生之间的思想碰撞增多

集体答疑过程中，鼓励学生多想多问，每个学生都有机会提出自己的问题和观点[2]。当前，大学课堂普遍是大班授课，学生人数较多，学习内容也较多，教师与学生的交流机会较少，教师很难与每位学生进行交流和反馈。借助线上教学和建群答疑平台，每位学生都可以发表自己的观点和疑问，教师能够及时接收到每位学生的反馈，体现出了学生之间的思想碰撞。学生与学生、教师与学生都可以参与到这些观点的讨论与思考中来，实现了教学相长，取得了良好的教学效果。此外，线上答疑缓解了学生面对教师时的紧张，也缓解了学生当众发言时的局促，学生更愿意将自己的想法和疑问提出来[3]。虽然当前的教学过程更提倡以学生为中心，且大学教师越来越年轻化，师生之间的距离感越来越小，但仍有部分学生不愿意当众发言或者主动与教师进行面对面的沟通交流。在线上答疑过程中，师生一般是通过文字或者语音进行交流，这种交流方式允许学生在表达过程中进行长时间的思考和表达内容的反复修改，缓解了学生的紧张情绪，提高了其表达自己的意愿和主动性。针对学生的提问，相关专业指导教师可以及时给出解释，其他学生也会提出自己的观点或疑问。一个问题的提出，有助于帮助学生理解更多更全面的知识。

2.3 师生间的了解更深入

在线上教学期间，指导教师与每位学生的接触时间都相对延长，可以更全面地了解学生的学习态度和综合能力。国家和学校每年都会组织各种工程类竞赛，目的在于培养学生的实践创新能力。通过线上课程这种相对长时间的接触与交流，教师能够对学生具有更全面的了解，有助于更快地根据每个参赛学生的特点开展竞赛的指导工作。很多学生进入大学校园后就开始对自己的学习和未来制订了规划，除了学习计划内的课程外，还非常热衷于参加各种项目研究和竞赛，锻炼和提升自身能力，不断积累经历和经验。工程训练是一门综合性较强的课程，线上教学平台聚集了多个专业领域的教师，能够为学生提供更加全面的指导，通过线上教学平台的交流，教师可以发现有竞赛和项目研究意向的学生，学生可以通过实时交流明确教师的研究方向和风格，较早地明确自己的努力方向，完成教师和学生之间的双向选择和双向奔赴。

3 线上教学模式存在的弊端

3.1 教学形式单一，难以调动学生学习热情

面对大量的线上教学资源，自控能力较差的学生难以进行持久性的学习[4]。自主性不强的学生可能会耽误学习进度，或者学习过程中心不在焉，从章节测验的成绩分布可以看出，学生只要认真完整地学习了教学资料，成绩基本都能合格，单一的教学形式难以调动学生的学习热情。

3.2 实时监督和交流难，难以保证教学效果

课堂教学中教师可以通过学生的表现及时发现学生学习中的困惑，通过不同的教学手段进行讲解和演示，从而保证教学过程顺利进行[5]。现有的线上教学资源固定，教师不能根据学生的学习反馈及时答疑解惑，部分学生在学习过程中容易产生厌学情绪，对后期进一步或深层次地学习产生不利影响。

3.3 图文资料代替实操，认知上仍显不足

与其他理论课程相比，工程训练实行线上教学的难度更大。虽然有操作视频可以观摩，但是学生不能亲自动手操作，实训效果仍不理想。以数控加工实训为例，日常教学过程中都是理论和实操相结合，学生掌握了数控编程方法后，需要独立设计作品，绘制加工图纸，完成数控加工程序的编制，并将程序导入到机床上进行加工。在加工过程中，学生需要完成坯料装夹、试切对刀、程序输入及校验等一系列操作，而线上教学无法提供这种实验机会，仿真软件与实际加工存在一定的差距。

4 线上线下混合教学模式的优势探讨

2020年下学期，学校恢复了正常教学活动，基于工程训练线上教学的一些心得和经验，以试点班的形式推行了工程训练课程中3D打印模块的线上线下混合教学模式，如图1所示。

该教学模式通过建立线上平台引导学生进行预习，实训过程中及时对教学效果和学习成果进行反馈测评，组织学生进行拓展活动，为全面评价学生的学习成果提供支撑[6-8]。将试点班与常规教学班的教学效果进行对比，发现线上线下混合教学模式具备以下优势。

4.1 从认知到验证的闭环式学习

线上线下混合教学是当前教育从业者努力探索的新方向。工程训练作为一门实训课程，既要学习一定的专业知识作为理论基础，又要通过实际操作提高实践能力，非常适合应用混合教学模式。学生在课前通过线上学习基本的理论知识并进行思考，课堂教学中将所思所想表述出来，通过分小组讨论后，可以将讨论后的执行方案通过实际操作进行验证，形成学习工程知识和培养实践能力的闭环模式[9]。如果仅仅选择课堂教学，工程训练课程内容虽然并不晦涩难懂，但是知识点相对较多，实际操作时需要注意的事项也较多，在有限的课堂时间内很难将众多知识点完整地展示和传授给学生，学生很难深入理解和掌握。通过线上教学平台，学生可以在课前进行预习，利用碎片时间多次学习、反复思考，在实践操作过程中验证所学知识点，既加深了对理论知识的理解，又可以通过扎实的理论知识指导自己的实践操作。

图1 3D打印的线上线下混合教学模式Fig.1 Online and offline blended teaching mode of 3D printing

4.2 由现象到理论的渐进式思考

工艺和设备原理知识是工程训练课程的基础。由于课堂教学时间有限，这部分基础知识可以通过学生自学掌握，指导教师针对实践过程中出现的实际问题进行解释、指导和引申，学生运用理论知识对出现的问题进行阐述和思考，通过理论指导实践，寻求解决方案。解决问题的过程既是对学生现有知识的检验，也是对学生学习新知识的引导。工程训练是一门实践型课程，搭建了与实际生产加工相接近的平台，让学生在学习专业课程前、在开展专业工作前掌握一定的工程基础知识，具备一定的工程能力，因此如何实现学生从工程懵懂到工程认知的转化是一个值得探讨的问题。线上教学可以呈现给学生更丰富、更精彩的工程实践情景，如先进的生产设备、规模宏大的生产线等，这些线上平台的视频或图片资料是学生开启工程训练大门的第一步，从这些资料中可引申出设备如何操作、生产线如何运转、智能生产如何实现等一系列问题。缺少前期引导和铺垫，直接从设备工作原理和工艺参数开始，将大大降低学生的学习热情，部分学生可能一时难以适应从而产生消极的学习态度，不利于后续课程的顺利开展。

4.3 由虚拟到现实的不完全转化

工程训练作为一门实践型课程，目标是要培养学生成为具备分析问题、解决问题能力的综合性工程人才。由于各种环境因素的制约，完美的设计方案和模拟结果在实际操作过程中可能出现各种偏差，导致结果与预期存在较大差异。有些学生在方案设计中面临着临界值的设定应选择理论上的最大值或最小值，这是理论与实践相脱节的问题，在工程实践中要考虑放大系数或者其他类型的系数，只有不断分析、纠错、改进，才能进一步优化方案，在实践操作中得到最优解。