以学生为中心的机械制造基础课程教学改革与实践.pdf

收稿时间 2021-12-06基金项目 西南石油大学本科课程教学改革研究项目（X2018KZ011）；四川省高等教育人才培养质量和教学改革项目（JG2021-546）；中国学位与研究生教育重点项目（2020ZDB39）。作者简介 郑华林（1965），男，四川人，博士研究生，教授，博士研究生导师，研究方向为机械设计与制造。摘要 教学团队构建了以学生为中心、基于问题驱动、融入项目教学法的线上线下混合教学模式。该模式以学生为中心，以产出为目标，以结合工程实际的课程项目为载体，通过动态学情分析与合理的教学设计，实现了线上线下教学有机融合；注重教学过程，建立了基于教学全过程的课程成绩考核体系。实践表明，该教学模式能有效推进理论与实践相结合，使学生自主学习能力、团队意识大大增强，促进了教学目标的全面达成。关键词 线上线下；混合教学；项目教学；以学生为中心；机械制造基础中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 2095-3437（2023）08-0032-032023年4月April，2023University Education“新工科”建设理念的提出和实施，使我国工程教育进入了一个新的阶段，对高校的课程教学改革也提出了新的要求1-2。OBE教育理念强调以学生为中心、以产出为目标。工程教育专业认证要求将以学生为中心理念贯穿人才培养的各个环节。因此，必须把学生最终获得的能力作为教学目标，把理论知识在工程中的应用作为检验标准，把以学生为中心作为人才培养的核心。机械制造基础课程在机械类专业课程体系中具有重要地位，对培养学生的综合能力、工程能力、创新能力和职业能力具有非常重要的作用。但由于该类课程具有知识点繁多，理论性、实践性和应用性都很强的特点，传统以教为主的“填鸭式”教学模式不能调动学生的学习兴趣，导致学生缺乏主动学习的积极性、团队合作学习的能力。同时，理论与实践不能有效结合阻碍了学生工程素质的培养3。针对上述问题，本课程构建了以学生为中心、基于问题驱动、融入项目教学法的线上线下混合教学模式。该模式以学生为中心，以产出（学生的培养效果）为目标，以结合工程实际的课程项目为载体，通过动态学情分析与合理的教学设计，实现了线上线下教学的有机融合。此外，本课程还建立了与教学模式相适应的基于教学全过程的课程成绩考核体系。一、以学生为中心、基于问题驱动的线上线下混合教学模式西南石油大学机械制造基础课程于2004年获批四川省精品课程，2013 年获批四川省精品资源共享课，2017年被认定为四川省精品在线开放课程。本教学团队以建设四川省精品课程及四川省精品在线开放课程为契机，围绕西南石油大学机械工程专业的定位与人才培养目标，建设了具有石油天然气装备特色的机械制造基础在线教学资源，包括教学课件库、自制微课视频库、课程实验库、测试题库、在线讨论库、项目教学库、优秀学生作品库、工程案例库等。机械制造基础在线教学资源已经上线中国大学MOOC网，为本课程开展线上线下混合教学打下了坚实的基础、提供了有力的保障。在建好线上资源的同时，如何用好资源，解决线上教学与线下教学有机融合问题，实现以教师为中心向以学生为中心的教学模式的转变，是本课程必须解决的核心问题。为此，本课程建立了以学生为中心、基于问题驱动的线上线下混合教学模式，各阶段教学活动如表1所示。表1线上线下有机融合的各阶段教学活动课前1.推送导学单、微课、课件2.掌握动态学情3.设计课堂教学环节1.带着问题进行慕课学习与阅读文献2.完成课前测试3.线上提问与讨论1.引导学习2.发现问题阶段阶段教师活动教师活动学生活动学生活动阶段目标阶段目标以学生为中心的机械制造基础课程教学改革与实践郑华林1孟兴2李本杰1李炳林1韩传军11.西南石油大学机电工程学院，四川成都6105002.通威太阳能（成都）有限公司，四川成都61020032课中课后1.引 导 学 生 思 考、质疑2.剖析学生讨论的焦点问题3.归纳、总结，构建知识体系1.推送知识巩固视频2.布置团队作业3.参 与 线 上 讨 论 与答疑4.教学总结1.进行课堂测试2.参加主题讨论+翻转课堂3.参加混合式专业活动1.复习巩固知识，完成思维导图2.完成团队项目等课后任务3.线上提问与讨论4.拓展学习1.解决问题2.构建知识体系3.提升综合应用能力1.巩固提高2.拓展思维表1（续）阶段阶段教师活动教师活动学生活动学生活动阶段目标阶段目标线上线下混合教学的基本过程是：（1）课前，教师构建网上教学资源，根据教学目标设定若干问题，将教学目标具体化，发放导学文档，让学生带着问题看视频，参加线上测试，进行线上讨论、答疑等，以期取得较好的线上教学效果；教师根据学生线上学习进度、线上测试结果以及学生反馈的学习疑点、难点，掌握学生对新知识点的初步学习状况，有针对性地进行“二次备课”。（2）课中，教师引导学生研讨，进行互动式教学。学生在教师的引导下通过讨论交流、合作探究、归纳总结等过程，加强对知识的理解与应用；教师参与学生小组研讨，及时发现学生学习中的问题，通过引导、归纳和总结，推进问题的解决，提高学生对知识的归纳总结与运用能力，实现知识内化。教师在进行课堂组织时，需要针对不同教学内容特点，分别采用能激发学生学习热情的不同教学方法，将慕课、翻转课堂、主题研讨法、案例分析法、项目教学法与教师讲授法等多种教学方法有机结合。（3）课后，教师将团队项目、测试题、作业以及知识巩固视频等发布至线上平台，并利用线上平台数据掌握学生理解程度，总结知识难点，为下一届学生的教案修正做准备；学生则完成相关课后任务，按要求利用思维导图，围绕课程目标对所学知识进行梳理，总结归纳出解决问题的思路及注意事项，实现知识的巩固提升与思维拓展，并进一步实现知识的内化。线上线下混合教学模式下，学生在学习过程中提出问题、教师准确把握学生提出的问题是实现线上线下教学有机融合的关键。因此，教师必须详细分析动态学情。学情分析是指对影响教学活动的主要因素（如学生的专业特色、学习基础、学习能力、学习习惯以及学习动态等）进行了解与分析。学情分析是一项动态的、贯穿整个教学过程的活动。例如，教师课前通过线上测试、线上讨论、线上提问等环节推测学生的学习基础与学习动态，并据此灵活调整课堂教学侧重点；课中通过课堂互动环节了解学生的学习能力和学习习惯，并据此调整教学方法；课后通过课后作业与延伸任务了解学生的知识掌握与知识应用情况，并据此指导后续教学4。线上线下混合教学模式下，教师在课前基于导学文档引导学生学习并发现问题，课中以学生为中心，协助学生解决问题与实现知识内化，课后引导学生完成课后任务与总结提炼，实现巩固提升与思维拓展。二、以学生为中心、融入项目驱动的线上线下混合教学模式项目教学法是一种培养学生自主学习能力、工程能力及团队合作能力的重要教学方法，课程项目的设计是最关键的一环，要围绕课程的教学目标来进行5-6。本教学团队通过深入分析机械制造基础课程的核心目标与核心能力，结合工程实际，以石油天然气典型产品泥浆泵零件工艺过程设计为主线，设计了与该核心能力目标紧密联系的基于团队的课程项目。课程核心目标与核心能力对应的课程项目如表2所示。表2基于课程核心目标与核心能力的项目设计课程核心能力课程核心能力具有制订机械加工工艺规程的基本能力具有正确选择加 工 方 法、机床、刀 具 及 加工参数的能力初 步 具有专用夹具设计的能力具备机械零部件精度设计的基本能力配套项目配套项目泥 浆 泵 零件 工 艺 规程设计典型工序机床、刀具选用及加工参数选择机 床 专 用夹 具 结 构设计机 床 专 用夹 具 精 度设计项目能力目标项目能力目标熟悉制订工艺规程的步骤和方法，了解毛坯的选择方法，掌握熟练应用定位基准选择、加工顺序安排、加工阶段划分、工艺尺寸计算等知识，具有编制零件工艺文件的能力能根据金属切削理论，选择典型工艺的刀具材料种类、加工机床；能根据加工要求，选择合理的刀具几何参数与切削用量能根据零件的工序要求，确定定位与夹紧方案；能按照专用夹具设计的方法与步骤，设计机床专用夹具能分析专用夹具的要求；能在专用夹具装配图设计基础上，完成专用夹具精度设计项目成果项目成果机 械 加 工 工艺过程卡典 型 工 序 刀具材料、加工装备、刀具几何 参 数 与 切削用量夹具装配图夹具装配图、零 件 图 及 精度设计表2中每个项目都给出了明确的能力目标及完成项目后学生提交的项目成果。学生按照课程教学进度，在进行理论课程学习的同时，利用一定的课内时间和大量课外时间自主实施项目，在“学中做”“做中学”，从而达到学以致用的目的。项目实施贯穿于整个课程的线上线下混合教学过程，教师将课程知识点与项目实施紧密相连。例如结构工艺性、典型表面加工、工艺顺序安排、加工阶段划分、刀具选择、切削用量选择、工艺装备选择、工序尺寸计算、定位原理、精度设计等课程知识点与项目实施直接相关，能激发学生的学习兴趣，加深学生对理论知识的理解，使学生学习的目的性更明确，进而调动学生的学习积极性，充分挖掘学生的潜力，全面提高学生分析问题和解决实际问题的能力。课程项目的实施过程包括项目导入、项目计划制订、项目实施、项目答辩、项目评价等5个阶段，项目实施各阶段任务与成果如表3所示。33表3项目实施各阶段任务与成果实施步骤实施步骤项目导入（线上平台）项目计划制订（线上线下）项目实施（线上线下）项目答辩（线下课堂）项目评价（线上线下）学生任务学生任务1.了解项目实施的目的及意义、应达成的能力目标及具体要求、所需的主要知识及学习方法；了解项目流程及考核办法等2.成立项目小组、推选组长1.独 立 查 阅 相 关 文献，进 行 有 关 知 识学习2.提出初步的解决思路及项目工作计划3.项目小组讨论，形成项目总体解决方案、计划与进度安排，落实小组内部分工与合作1.学生根据分工完成相关工作2.小组讨论1.汇 报 项 目 的 解 决方案2.项目组接受教师及其他项目组同学的提问3.修改项目报告1.组内成员互评2.组间互评教师任务教师任务1.项目动员2.线上发布项目任务书3.线上推送有关资料与文献1.线下参与项目小组研讨2.引导学生形成项目 总 体 解 决方案3.线 上 讨 论 与答疑1.线 上 辅 导 与监督2.引 导 学 生 分析、讨论焦点问题3.对焦点、共性问题进行归纳总结1.随机抽取学生汇报2.提问，引导学生分析、讨论存在的问题3.点评、总结项目评价阶段成果阶段成果项目小组成立项目总体方案、计划与进度安排项目报告完 善 的 项目报告项目成绩三、基于教学全过程的课程成绩考核体系课程考核对保证教学效果、引导学生学习具有重要作用。教学团队结合机械制造基础课程特点，在推行“非标准化考试”基础上，建立了课程成绩全过程评价体系，将项目成绩、线上学习情况、课堂讨论情况、平时作业成绩均计入总成绩，非标准答案试题占期末试卷成绩的5%10%。改革后的考核评价体系如图1所示。课程成绩平时成绩50%课堂成绩90%实验成绩10%线上作业10%期末考试50%讨论加分线上考试10%看视频10%单元测试15%线下作业20%课堂表现20%项目成绩15%线上成绩线下成绩图1基于教学全过程的课程成绩考核体系全过程评价体系强调标准化考核与非标准化考核相结合、线上考核与线下考核相结合、个人考核与团队考核相结合、期末考核与平时考核相结合，从而有效引导学生积极参与课程的各项活动，实现教学效果的全面评价，保证了课前、课中、课后、检验以及后续各环节的闭环实施，从而解决了传统课程成绩评价“期末一考定成绩”、学生死记硬背、不能真实反映学生能力和水平、无法驱动有效教与学的问题。四、实施效果分析2020年秋季学期，教学团队在机械工程专业 2018级实施了基于问题驱动的线上线下混合教学改革。在此基础上，2019级采用了项目教学法，教改前后期末考试卷面成绩对比如图2所示。从图2可以看出，项目教学实施后期末考试卷面成绩优秀率由8.3%提升到16.9%，不及格率由20.1%下降到9.1%。实际计算后发现，期末平均成绩由67.58分提升到实施后的75.96分。从统计数据来看，项目教学法实施取得了较好的效果，达到了预期目标。30.0%25.0%20.0%15.0%10.0%5.0%0.0%优秀良好中等及格不及格2017级（常规教学）2019级（教改后）23.4%20.1%16.9%8.3%26.6%28.6%24.9%22.1%20.1%9.1%图2教改前后期末考试成绩对比分析图五、结语教学团队构建了以学生为中心、基于问题驱动、融入项目教学法的线上线下混合教学模式，该模式以学生为中心，以产出（学生的培养效果）为目标，以教学改革为突破口，以结合工程实际的课程项目为载体，多手段、深层次地推进理论与实践相结合，使学生自主学习能力、团队意识大大增强，工程能力与创新能力明显提高，促进了人才培养的高质量、高效率、可持续发展。参考文献1 李培根.工科何以而新 J.高等工程教育研究，2017（4）：1-4.2 钟登华.新工科建设的内涵与行动 J.高等工程教育研究，2017（3）：1-6.3 罗杰，党波.基于CDIO的机械制造工艺课程改革与实践J.产业与科技论坛，2019，18（5）：175-177.4 张海红.“以学为中心”建设高阶教学目标下的“金课”J.大学教育，2021（1）：79-80.5 郑华林，胡腾，董亮亮.基于项目教学法的 机械制造工艺学 课程教学改革与实践 J.科技风，2021（6）：52-53.6 张荣.机械制造技术 项目教学改革与实施 J.湖南理工学院学报（自然科学版），2013，26（2）：90-94.责任编辑责任编辑：钟岚钟岚2023年4月April，2023University Education34