面向卓越计划的《机械CAD/CAM》微课教学研究

李志永 刘俨后 张海云 司马中文

摘要：通过对卓越班《机械CAD/CAM》课程教学现状的分析，提出采用课堂讲授与课外微课相结合的教学思路，并借鉴翻转课堂的教学思想，提出了基于微课资源的卓越班《机械CAD/CAM》教学改革措施，在教学实践中，学生在知识掌握和实践应用方面都取得较大进步，表明本文所述的教学改革措施是有效的。

关键词：卓越计划；CAD/CAM；微课；翻转课堂

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）39-0179-02

一、引言

“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是国家教育部在2011年开始实施的一项工程教育改革项目，旨在培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才，从而促进我国由工程教育大国向工程教育强国的迈进[1]。山东理工大学机械设计制造及其自动化专业是教育部首批“卓越工程师教育培养计划”试点专业之一。该专业具有较强的工程技术性要求，一直以来都非常重视该专业学生的实践教育。在成为“卓越计划”试点专业以后，学校和学院进一步对机械设计制造及其自动化专业的课程体系及人才培养方案进行了改革，并取得了良好的效果。但“卓越计划”作为一种新的工程教育模式还不成熟，在实施过程中难免面临问题。本文将针对我校机械设计制造及其自动化专业卓越班的《机械CAD/CAM》课程教学过程中所出现的问题，结合“卓越计划”的培养目标，对该课程的教学模式、教学方法等进行改革研究。

二、教学现状与所面临的问题

1.《机械CAD/CAM》课程现状。CAD/CAM技术是制造工程技术与计算机技术、信息技术紧密结合、相互渗透而发展起来的一项综合性应用技术，它的发展与应用给机械制造业从产品设计到加工制造的整个生产过程带来了深刻、全面、根本性的变革[2]。CAD/CAM技术具有内容广泛、多学科交叉、综合性强、应用范围广等特点[3]。例如，CAD/CAM系统的数据结构涉及到数据库与计算机的相关知识，工程图的绘制涉及到计算机图形学的相关知识，CAM的内容与数控技术密不可分，CAPP的内容与机械制造工艺学息息相关。同时，CAD/CAM技术也是快速成型（3D打印）、反求工程、虚拟制造等先进制造技术的关键内容。作为机械设计制造及其自动化专业一门十分重要的专业基础课程，有必要对《机械CAD/CAM》课程的教学模式、教学方法进行合理的改革，以实现高质量工程技术人才的培养目标。

2.卓越班学生的特点分析。在我校“卓越计划”的实施过程中，采用自愿选择、择优选拨的方式，从本科新生中选拔优秀学生40人组成卓越班，进行试点培养。因此，卓越班学生普遍具有学习基础较好、接受能力较强，学习积极性相对较高的特点。基于上述因素，卓越班CAD/CAM技术的教学是由《机械CAD/CAM》（理论部分）与《3D工程设计及编程》（软件应用部分）两门课程来完成，这种课程设置有利于学生知识点的细化学习，有助于开拓学生视野，符合“卓越工程师计划”的培养目标。另一方面，卓越班学生的知识接受能力较强，对于一些较容易的知识点，完全可以通过自学来掌握，这样教师就可以利用课堂时间对知识难点进行更透彻的讲解，并给学生进行一些前沿技术或知识的进阶学习。但是，目前还没有形成一种完善的课堂与课下相结合的教学模式，学生自主学习的效果并不理想。

三、与微课相结合的课程改革

微课一种新型的教学模式，它以微视频为主要载体，将知识脉络碎片化，单节微课只围绕一个知识点进行讲解。微课有别于传统单一资源类型的教学课例、教学课件、教学设计、教学反思等教学资源，又是在其基础上继承和发展起来的一种新型教学资源[4]。针对上述卓越班《机械CAD/CAM》课程教学所面临的问题，本文将结合微课资源进行教学改革研究，改革主要从以下几个方面进行。

1.组建多课程一体化的教学团队。CAD/CAM技术所涉及的内容繁而杂，在教学过程中虽然有所取舍，但仍涉及到多课程、多学科的相关知识。在教学过程中，与其他相关课程（例如《3D工程设计及编程》《数控技术》《先进制造技术》等）的教师进行积极沟通，组建一支多课程多学科的教学团队，将相关知识点进行整合，实现课程间教学内容的互相衔接，打破单一课程独立教学的课程体系，进行多门相关课程的一体化教学，使知识点相辅相成。这种多课程一体化教学的实践效果较好，但是各课程所涉及到知识点太杂，且分散在多门课程中，在有限的课堂时间内难以给学生形成一个连贯的知识脉络，而微课这种碎片化的知识组织方式，可支持多课程一体化教学的实施。利用微课将整合的知识点数字化，通过信息化平台向学生提前发布，学生对这些碎片化的知识点进行课堂外学习，教师利用课堂时间讲解重点与难点，并将课堂内容与微课内容进行梳理，给学生形成一条连贯的知识脉络。

2.设计与班级特点相适应的微课内容。卓越班学生的学习基础与知识接受能力较好，而且课下的学习积极性较高，可将部分课程内容以微课的形式向学生发布，通过自学来完成。例如，CAD/CAM系统的数据结构这一章节，线性表、栈、队列的概念相对比较简单，并且在《计算机应用基础》等前期课程里面均有涉及，可将这三个知识点以微课的形式让学生课下提前学习；在同一章节中，树与二叉树的概念、二叉树的遍历等内容属于本章的知识难点，可通过课堂讲解的形式让学生掌握。同时，在课堂上对上述多种数据结构的特点和应用范围进行比较，使学生对CAD/CAM系统的数据结构形成一个整体的概念。此外，结合教师本人科研流域，及时关注本课程涉及的行业领域前沿知识，保证学生在学习课程基础知识内容的基础上，能够接触本课程的一些前沿应用，拓展视野。例如，3D打印是应用CAD/CAM技术的前沿制造方法，但大部分教材并不涉及这方面内容，将3D打印的相关知识进行微课化，既开拓了学生的知识面，又有助于学生学习积极性的提高。

3.与微课相适应的课堂授课方法。碎片化的微课资源可以将一个特定知识点的讲授过程控制在学生注意力比较集中的一段时间范围内，符合学生身心发展特征，而且学生可以自由控制学习进度，有利于学生自主性的发挥[5]。但由于课下自学缺乏有效的监控和管理，即使是学习积极性较高的卓越班学生，自学效果也不是很理想。针对上述情况，可借鉴翻转课堂的教学模式进行教学方法的改革。翻转课堂，又叫颠倒课堂，是指将学习的决定权从教师转移给学生的一种新型课堂模式。在翻转课堂中，重新构建了教学课程视频资源，帮助学生进行翻转式的课前学习，而后教师与学生再通过课堂达到知识应用的目的。基于这种教学模式思维，学生活动占据了主体地位，教师将占用较少的課堂时间来进行讲授，更多的是帮助学生总结归纳知识脉络、进行习题答疑等。通过最近两学期的卓越班教学实践，上述教学方法有利于学生学习主动性的提高，加强了学生对本课程及其他相关课程知识内容的掌握，并提高了学生采用理论知识进行实践应用能力。

四、结束语

本文分析了卓越班的《机械CAD/CAM》课程教学现状和存在的问题，提出采用微课资源提高教学质量的教学方法，并借鉴翻转课堂的理念，设计了基于微课资源的《机械CAD/CAM》教学改革措施。最近两个学期教学实践表明，学生不但较好地掌握了本课程的基本内容，还大大地提高了实践应用能力，这说明本文所述的教学改革措施是行之有效的。但是随着新理论的发展和新技术的出现，本课程的内容也在不断更新，因此针对本课程的教学改革和探索也会随着“卓越计划”的实施不断深入。

参考文献：

[1]陈丽春，毛建卫，刘渊.卓越工程师成长需要实践沃土——浙江科技学院卓越工程师培养实践[J].高等工程教育研究，2017，（1）：45-47.

[2]王隆太.机械CAD/CAM技术（第3版）[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]司马中文，高军，张海云.基于卓越计划的机械CAD/CAM技术课程教学改革与探索[J].中国教育技术装备，2013，（18）：65-66.

[4]岑健林，胡铁生.微课：数字化教学资源新形式[J].教育信息技术，2013，（4）：19-21.

[5]余泰，李冰.微课在高校实验教学中的应用探究[J].实验室研究与探索，2015，34（4）：199-201.