研讨式教学量化研究方法初探

范一强 张懿奕 于源 张亚军

摘 要：计算机辅助设计与制造，简称CAD/CAM，狭义上是一项使用计算机进行零部件设计及机械加工的实用技术。作为一门专业课程，CAD/CAM课程也是机械电子及相关专业本科生的必修课和需要掌握的核心专业技能。文章基于CAD/CAM课程的教学实践，尝试在课程设计、实施等方面引入研讨式教学方法，并探索使用微信群、课程主页等新型信息交互工具进行师生互动，激发学生兴趣，拓展学习空间，使疑难问题得到实时解答。文章首次通过统计手段，较为详细地记录了师生互动的发言时间、关键词、互动频率，并进行了量化分析，尝试探索研讨式教学中师生的互动规律以提高沟通和学习效率。同时，针对采用研讨式教学的优势和存在的问题，文章也进行了讨论，以期对后续包括CAD/CAM课程在内的机械电子类课程开展研讨式教学提供借鉴和参考。

关键词：研讨式教学；量化评价；师生互动

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）02-0068-04

Abstract： Computer-aided design and manufacture， CAD/CAM， is the technology for the design and manufacture of mechanical parts by using the computers. As a core course， this course has been widely delivered to the student in mechanical engineering and related majors. This research is based on the practices during the teaching process in CAD/CAM course， which is trying to integrate the discussion-based teaching method in the course design and deliver process. With the help of course website and WeChat group， the students are significantly motivated， and the learning efficiency is also obviously enhanced. For the first time， the time， content， and frequently of the interaction between teacher and students are quantified for the in-depth understanding of the discussion-based teaching process. The discussion for the advantages and disadvantages of using the discussion-based teaching in CAD/CAM is also provided in this research.

Keywords： discussion-based teaching； quantitative evaluation； student-teacher interaction

一、概述

計算机辅助设计与制造（CAD/CAM）是一门使用计算机软件进行产品设计和加工工艺规划的实用技术，在机械、电子、航空航天、轻工业等领域应用非常普遍[1，2]。CAD/CAM课程作为一门机械及相关工程类专业本专科生的必修课，具有基础理论内容多、实践性强、知识更新快、教学节奏快等特点[3-5]。传统教学方法上，CAD/CAM课程采用信息单向传递的灌输式授课方法，很难达到理想的教学效果，学生难以在短时间内熟悉并掌握CAD/CAM的核心理论和实际软件操作技术，在CAD/CAM技术高速发展和相关软件不断更新换代的情况下传统教学模式已经明显不适应CAD/CAM课程的教学需求，因此研讨式教学——一种作为旨在激发学生内在学习动力的课程形态，与传统教学相结合，将有机会协助解决上述问题。

所谓研讨式教学，是在教师的具体指导下充分发挥学生的主体作用，通过学生自我学习、自我教育、自我提高来获取知识和强化能力培养与素质提高的一种教学方法[6]。这种教学方法旨在通过教师的引导和同伴间相互学习，激发学生个体内在的学习动力，从而促使学生尽快掌握相应知识与技能。CAD/CAM课程的教学目标和教学实际，一方面向学生传授课本核心知识，减少认知偏差，解决学生就有关知识产生的种种困惑，另一方面涉及学生上机应用软件进行几何建模并进行辅助数控编程。这种课程形式满足课上课下学生与学生、学生与教师间多种形式的研讨，提高学生的自主学习兴趣，学生实现主动参与、解决和掌握课程中的核心知识点和使用技能，体现了学生自行研究、主动认知的教学方式的魅力，增加课堂教学的教学内容，活跃课堂气氛，同时保证教学质量和教学效果，增加学生学好专业知识、掌握专业技能的信心。

从目前对研讨式教学方法的研究方向看，还未有针对记录师生的互动时间、讨论内容以及发言频率的量化研究，本文借助统计工具，对师生的互动过程进行了量化研究，以期寻找研讨式教学中的师生互动规律，提高教学效率，同时还探讨了对研讨式教学的教学成果进行量化评价的方法。本文的研究对象是北京化工大学某级机械制造及自动化专业6个班级共127位本科三年级学生，以开设的CAD/CAM课程为例，探讨将研讨式教学融入教学准备和教学过程中，并对师生互动和教学效果进行量化评价的方法。

二、教学准备与教学实施

（一）课程准备

在课程的准备方面，除了既定教材选择、制定教学计划、了解学生学习背景等工作外，为了满足研讨式教学的实施，需要有针对性地进行了以下两方面的准备工作：一是建设课程的专属网站，提供课程学习需要的多媒体资源，方便学生获取课程的各类学习资料；二是建立了课程专属微信群，并制定微信群的行为规范；三是根据学生学习能力进行小组划分为后续的研讨式教学做准备。

（二）建立课程的专属网站，提供丰富的学习资源，助力预习与复习

研讨式课程的重点是设置有探讨意义的专业问题，引导学生讨论并解决问题，也就是说至少有一半的课上时间是学生在研讨。为了形成有效研讨，首先确保参与同学对专业知识有一定的了解和掌握，就需要他们在上课之前完成相应的预习任务。建立课程专属网站，有利于学生利用碎片化时间，利用手机、平板电脑浏览课程内容。具体的建立的情况如下：

在课程网站的建设方面，以简洁实用为原则，采用Dreamweaver CC（Adobe公司）软件，编写了课程的专属网站（图1，网址：http：//www.microfluidics.com.cn），网站的主要功能是随着教学过程的进展，共享课程的课件，供学生复习和巩固知识，同时网站也提供了一些与课程知识相关的视频、音频以及案例资源。在具体实施过程中，网站和网页的编制可以充分利用现有的一些功能简单实用的设计软件，网站的运行也可以通过各类服务商提供的有偿或无偿的云服务器进行托管，免去了服务器架设的繁琐工作。

根据教学反馈，课程网站的建设对于研讨式教学的开展有以下三个优点：1.课程资源的实时分享，学生不用课后找老师拷贝课件，教师也可以将其他多媒体资源及时分享；2.帮助教师发放和收集研讨式教学过程中的问卷等信息； 3.协助学生进行CAD/CAM软件的学习和操作，在课程中的软件实践操作环节，根据观察，绝大部分学生在遇到操作困难的时候都会使用智能手机登录课程网站查看相关操作教程，极大地提高了学习效率。学生通过课程网站可以及时帮助解决一些具有共性的实践操作问题。

（三）建立课程的专属微信群，拓展教师与学生的交流空间，激励学生思考

工程专业的学生专业课程多，知识点密集，需要学生紧跟课程节奏，快速掌握知识。即使课程设置了固定的答疑时间，解答问题，但因受场地和时间的限定，只能令一小部分学生获益。开辟学生微信群实际是为了弥补传统答疑的不足。它不受空间和时间的局限，有任何问题都可以发布在群中，获得解答。学生通过教师在教学PPT中分享的二维码，扫码加入课程学习微信群，教师提前告知本课程微信群的行为规范。

考虑到CAD/CAM课程的特点，一方面鼓励学生提问并解答其他同学的疑问，另一方面尽量避免学生做“伸手党”，本课程的微信群主要制定了下列规则：1.学生加入需要改名为班级-姓名；2.课程微信群中只讨论与课程相关的内容，不讨论其他内容、不发布广告信息；3.同学提问时，需给出自己对困惑问题的思考，详细描述困惑的地方，不能只提问，坐等回答； 4.允许教师参与微信群讨论，掌握讨论进度，解答问题；5.规定了学生在微信群中的活跃度与部分出勤成绩可以互认。

课程专属网站和微信群的建立，为对师生沟通和教学效果的量化研究提供了基础，通过统计学软件PASW以及数据可视化软件Tableau对网站访问情况和微信群发言的分析，可以采集各项数据进行量化分析和可视化。

（四）建立课程的讨论小组，加强学生的团队合作意识，提升表达能力

研讨式教学的教学成果评价，一般通过学生以团队为单位，合作分工解决某一具体问题的结果進行评价。评价的量化方式为学期末通过学生团队组间互评的方式实现（图2）。这种教学形式，需要学生经过一次次的练习摸索，才能对这一模式有更深的体验。因此，本课程在课程开始阶段，现与学生协商完成团队小组的划分，力图将合作研讨模式贯穿课程全程。具体分组做法如下：

因本门课程的学习主体是大三学生，先综合他们过往的学习成绩大致划分小组成员构成，一位成绩好的同学+三位成绩中等同学+一位成绩偏弱的同学，5位同学构成一个小组，有25个小组。发布分组信息后，再考虑到同学的实际情况，如参加其他比赛、身体生病等因素，调整为5-8人一组，一共18个小组。课程设置了3次专业系列讨论课，每次由不同的小组成员为发言人，上台展示小组研究成果，下文将展示某一次小组讨论情况。组员之间，依据分工、参与程度、完成情况和合作意识，匿名打分，并对自己的参与情况给出评价及相应的解决策略。同时其他组也需要对每个组的展示给予评价。此部分内容有20%的成绩权重。

三、教学实施

（一）教学实施的具体步骤与反馈评价

本例中，CAD/CAM课程的开展分为理论知识传授和上机操作实践两个部分，分别为24学时和16学时，8周的时间完成本课程所有的教学安排。具体安排为：第一周，教师讲授知识为主，介绍研究方法。

课程开始的第1-2周，教师首先通过PPT、视频等方法初步介绍了CAD/CAM技术的历史和发展现状，使学生对课程内容的涵盖范围有基本的了解，在课程平台发布本节的学习问题，学生通过答题体现知识的掌握情况，有助于教师把握教学节奏。通过课程前期学习的阶段检测，掌握学生的学习情况和学习特点，并发布研讨内容，让学生有时间搜索相关资料，准备小组讨论。

第3周开始，学生分小组（每组5-8人），实施研讨。通过上节课程的反馈可知，学生已对CAD/CAM技术领域有了一定了解，研讨任务是选择各小组感兴趣的技术发展方向进行5分钟的讲演展示。而其他组的同学则通过图2展示的评议表，就创新性、内容、视觉和听觉效果等方面对此小组进行评价。

127位同学分为了18组，用3个学时完成了小组展示。从具体的操作上，每组学生展示过后，会留有1分钟的问答时间，展示的小组与台下学生进行讨论互动，随后教师会对内容、展示方式方法等进行简单点评。图3展示了18个小组由同学互评给出的评分统计的量化情况，在该研讨教学环节的总结中教师通过展示该图，可以清晰地让各组充分了解自己在创新性、内容、听视觉效果等方面的优势和不足。

从实际教学效果看，该研讨式教学过程的引入，一方面非常明显地调动了学生的自主学习意识，学生可以根据自己兴趣对课程领域内某项技术进行深入的研究，亲自体验了研究的过程并通过上台演讲锻炼了自己的能力，提升了自信；另一方面，学生在分组研究的过程中也锻炼了团队合作能力，在小组互评过程中，不仅能促使学生对他人分享内容仔细聆听，也有助于通过观察他人提高自己的研究和展示能力。

在这一过程中，学生既要“研”又要“讨”，这是研讨式教学方法凸显学生主体地位的重要表现，同时深化了知识传授与能力培养的有机结合。此外，教师也积极参与其中，及时跟进，对学生的学习动态有清晰且全面的把握，学生在掌握知识和运用方法上的优点予以鼓励和肯定，纠正或补充存在的缺陷和偏差，更加深化学生对学习方法的理解和感悟。更重要的是对于学生，他们不仅从同学那里学到了新知识，扩充了自己的知识面，而且还锻炼了自己的沟通能力、口头表述能力，个人综合素质也得到提升。

（二）教学实施中，设置研讨专题选择与问题的延续性

本课程中，研讨的话题及案例来源于两方面，一是教学过程或者软件操作实践中涉及到的理论和软件实践操作方面问题；二是教师根据课程的重难点设计的话题和案例。由于课堂教学时间的限制，课堂教学时间外对教学内容和软件实践操作的研讨通过课程微信群完成。通过对微信群全部发言记录中关键词的量化分析，制成了图4所展示的关键词云图，图中文字的大小代表了该关键词出现的频率，可以看到研讨的内容主要集中在CAD/CAM软件（MasterCAM）的使用方法以及课程的实验报告、作业与考试等方面。图5展示了微信群中同学与教师的发言时间和发言数量的量化统计，可以观察到，在每周的上课时间前后，微信群里的研讨达到了一个小高峰，同学们的发言和观点交换积极，伴随着周末的到来，讨论逐渐减少，直到下一次上课又到来了一个新的讨论高峰。图5中，教师与学生发言的走势基本相同但稍有滞后，微信研讨中教师积极参与了话题的研讨与疑难的解答过程，实际操作中不仅需要教师及时答疑解惑，还需教师实时引导研讨的方向和内容。本例的教学实践中，课程结束后经过统计学生与教师的发言总量约为3：1。

四、关于研讨式教学应用于CAD/CAM课程的思考

本例中，在CAD/CAM课程的教学过程中尝试融入了研讨式教学的方法，事实证明采用研讨式教学方法可以显著提高学生的学习兴趣，锻炼学生的独立思考和创新能力。并对教学中的师生互动和教学效果进行了量化评价。然而在实践操作过程中还存在以下几个需要改进和思考的地方：

一是研讨式教学的研讨效果的量化评价问题，在研讨式教学过程中学生间以及学生和教师间就特定的问题进行研讨，由于讨论方式开放，从目前的情况看还没有找到能够进行有效量化评价的方法。比如，在小组讨论的研讨环节中，各小组的成绩可以由其他组的同学评价给出，但是组内成员间的贡献则难以有效进行评估。又如，在进行微信群内的研讨过程中，如果简单的以发言量评价学生的表现也是有失公允的。这些都需要后续的进一步思考，以期能够找到对研讨式教学效果的量化评价方法。

二是研讨式教学带来的教学时间延长，教师工作量大幅增加的问题。本例中，在CAD/CAM课程的研讨式教学开展过程中，相比传统的授课式教学模式，由于研讨占用了大量时间，发现单位时间内授课内容有所减少，完成全部教学内容所需要的授课时间大幅增加，所以不得不将很多的研讨过程使用微信讨论的方式完成。今后的实际教学安排中，如果采取研讨式教学的方式，需要考虑增加相应的课时量。此外，相比于传统的教学方法，在研讨式教学过程中，任课教师从课前讨论工具和话题准备、课中研讨以及课后总结和整理等各方面工作量都大幅增加，采用研讨式教学无疑对教师的工作时间和工作量提出了更高的要求。

五、结束语

本文以计算机辅助设计与制造课程为例，尝试了将几种研讨式教学方法融入到CAD/CAM课程教学的实践中，并通过课程网页、微信群等信息互动交流工具的帮助对师生互动的时间、内容、频率，以及教学成果进行了量化研究。量化研究的结果证明，研讨式教学的引入可以极大的激发出学生的学习兴趣，化学生的被动学习为主动学习，锻炼了学生的科学探究性思维方式。然而，在研讨式教学的实践过程中也发现了教学效果评价、教学时间延长等问题，亟待后续的持续研究和讨论。

参考文献：

[1]Alao， A.R.， et al. Surface quality of yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal in CAD/CAM milling， sintering， polishing and sandblasting processes. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials， 2017，65：102-116.

[2]Jm， V.J.T.， et al. Modern Applications of Computer Bioengineering in Maxillofacial Surgery： Image Guided Surgical Navigation and CAD/CAM Custom Implants. Computer Engineering & Information Technology，2017，0（1）.

[3]陶征，高建設.浅议如何提高计算机辅助设计与制造课程教学效果[J].天中学刊，2013，28（6）：138-140.

[4]王彬.大赛引领下高职CAD/CAM课程教学改革——以“机械产品的计算机辅助设计与制造”课程为例[J].职教通讯，2015（18）： 23-24.

[5]于源，雷文.桌面式PPCNC在《CAD/CAM》教学实践中的应用[J]. 北京化工大学学报（社会科学版），2013（2）：76-79.

[6]田爱丽.翻转课堂中实施探究式教学的应用研究——以科学课和项目设计的翻转课堂教学为例[J].教育发展研究，2015（20）：39-43.