疫情影响下应用型本科“数控加工及CAM”线上教学改革与实践

杨 君， 阮承治

（1.武夷学院 机电工程学院，福建 武夷山 354300；2.农机智能控制与制造技术福建省高校重点实验室，福建 武夷山 354300）

2020年初，新型冠状病毒疫情给国家带来特大影响，全国高校延迟开学。为了确保疫情防控期间高校的教学进度和教学质量不受影响，教育部印发“关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见”，要求高校积极开展线上教学，实现“停课不停教、停课不停学”[1]。

为落实教育部的工作要求，根据“数控加工及CAM”课程特点，在课程的改革与实践中制定符合应用型本科院校学生实情的教学方案，积极开展课程线上教学，采取了一些教学改革措施，确保线上教学质量和教学效果[1]。本文以“数控加工及CAM”线上教学为例，根据课程教学中所采取的一些措施和实践，探索机械类专业课程在线教学的基本思路，更新线上教学模式、拓宽线上教学理念、发挥线上教学在人才培养中的积极作用。

1 课程定位和特点

在线上教学开始之前，任课教师应明确所授课程的定位和特点。“数控加工及CAM”课程是机械类专业的一门重要专业核心课程，具有较强的实践性、应用性与综合性。该门课程与其它课程具有明显不同的特点，从培养方案来看，“数控加工及CAM”是承接基础与专业知识的核心课程，起承上启下的作用，该课程在应用型本科人才培养方案中的定位如图1所示。课程既有理论教学，又有实验教学，其中理论48学时（3学分），实验36学时（1.5学分），总计84学时（4.5学分）。学生通过前期物理、数学、电学、力学和机械制图、机械设计、机械制造技术等课程知识的学习，积累了一定的专业基础，通过“数控加工及CAM”课程的学习，旨在培养学生综合应用课程知识内容，解决科研、生产、国防建设所面临的产品制造加工问题，培养学生数控加工实践能力及产品制造技术创新能力。

“数控加工及CAM”课程教学任务主要是介绍有关数控机床的组成、结构、编程及机床操作，重点讲授数控加工工艺方案设计、数控加工程序编制、数控机床操作实践等。其教学目的是使学生了解数控机床的工作原理、掌握FANUC系统数控车床及数控铣床程序编制方法，并进行数控编程的实践应用。学生能初步掌握数控机床的基本工作原理及典型数控机床结构、数控加工技术，能正确编制零件加工工艺及数控程序，解决实际生产中零件加工问题。通过该门课程的学习，既为学生在后续机械设计或制造方向的学习夯实专业基础知识，在大学生工程训练综合能力竞赛、大学生机械创新竞赛、毕业设计等作品设计制造加工中为学生提供数控实践锻炼，也为学生将来从事生产管理、机械产品设计,数控编程与加工操作等工作奠定基础。

图1 “数控加工及CAM”在应用型本科人才培养方案中的定位Fig.1 Orientation of Numerical Control Machining and CAM in application-oriented undergraduate talent training program

2 存在的主要问题

2.1 传统教学模式难达效果

因在新冠疫情影响，高校非毕业班学生未返校，传统的线下教学模式难以展开。在互联网+、云课堂时代，目前很多高校和教师线上教学的主要形式有学习通、腾讯课堂、钉钉直播、MOOC教学、SPOC教学、微信/QQ群讨论与答疑等[2]，线上教学授课基本模式如图2所示。而每种在线教学软件有各自特点，因本门课程含理论与实验，各章节要求具有差异，传统的单一线上教学模式难以保证教学效果。

图2 传统线上授课模式Fig.2 Traditional online teaching mode

2.2 学时紧，任务重

本课程教学任务繁重，如何在线上能保质保量完成教学任务，这是摆在任课教师面前的一道难题。在理论教学环节共需完成6章的教学任务，实验教学环节共需完成8个实验项目，前7个实验项目各为4学时，最后的综合性实验项目占8学时。如何保证按质按量完成该课程的本科教学任务，这是摆在任课教师在线教学的难题。特别是实验教学，目前开展的线上教学主要针对的是理论课程，如何在线进行实验教学？

2.3 教学管理工作难开展

“数控加工及CAM”授课对象是应用型本科学生，该学生群体的特点是自控能力较差，学习自觉性相对较弱。传统课堂教学模式，教师与学生零距离接触，可以及时发现与纠正学生的学习态度。线上教学学生初始阶段会觉得有新鲜感，学习积极性还能得到保证，但到后期部分学生会出现厌倦感，而且会产生听课蒙混过关、侥幸心理，教学质量会出现下降。特别是本门课程学习任务繁重，在线课堂如何开展教学管理工作？这也是本门课程教学改革面临的一个问题。

疫情防控期间由于学生都是分散在家里居家学习，不像传统授课要求学生集中在教室，缺少学习氛围，部分学生自律性差、对自己要求不高，迟到、旷课、挂网不听课现象时有发生。

2.4 考核难到位

传统教学中综合成绩构成：平时成绩30%+期末成绩70%。学生平时成绩的评价，主要依据学生提交作业和课堂出勤情况，由于学生在完成作业过程中存在作业抄袭现象，评价公正性有待改进。课程综合成绩主要由期末试卷分数确定，学生只要在考前看看书复习，即使平时不用功不努力，同样能考出好成绩。

3 教学改革与实践措施

3.1 转变教学习惯，多措并举线上教学模式

由于突发新冠疫情，将传统线下课堂教学全面移植到线上网络教学，师生均面临一些挑战，在心理上均存在一定的缓冲和适应新事物过程，师生都需转变传统的教学习惯，在思想和认识上尽快熟练软件，并适应新的教学模式。

为尽快提高学生线上学习的积极性和主动性，首先依据各个章节教学内容的难度差异，对“数控加工及CAM”课程进行总体教学设计，教学上作一些合理安排，提高教学质量。根据线上教学特点不断更新教学内容，精心备好每一节课，精心设计线上优质课程。本课程在授课过程中，需依据课程性质与特点、个人网络使用习惯等因素，采用以钉钉线上网络直播，并推送各个在线教学平台[慕课、SPOC（small private online course）]的优秀课程资源相结合的教学模式。如图1所示，该门课程理论部分共包含六章教学内容，依据多年对该门课程的教学经验，学生学习过程中对每一章节教学内容理解掌握程度不一样。在线教学实施过程中，根据教学章节内容采用相适应的教学模式，第一、五章教学内容简单，采用慕课+SPOC教学为主，同时辅以推送课程学习资料，教学中以学生自主学习模式为主，可培养学生自学能力；第二、三、四、六章教学内容知识点相对较难、而且偏实践应用，在线教学采用钉钉网络直播授课为主，以慕课+SPOC教学为辅的授课模式。

在主讲的二、三、四、六章重点章节，采用钉钉直播授课的形式给学生详细讲解。通过钉钉统计出，四个重点章节采用直播授课视频达到40余个，时长累计达到1800分钟。钉钉直播所讲授的每章节知识点，特别是重点难点知识，直播结束后，有相应的直播统计和直播回放提供给学生，方便学生课后随时对重难点内容的复习与巩固。学生可以课后在中国大学慕课(https://www.icourse163.org/)观看“数控加工技术”慕课（李体仁主讲）的相关章节内容，进一步加深对知识点的理解与掌握。为方便开展课题讨论、布置作业和答疑，教师在SPOC专属课程平台上传讨论题和作业，学生在学习过程中可就自己感兴趣的问题或难题充分开展讨论，师生之间深度交流，解析课程专业知识。总而言之，通过利用各种举措开展好线上教学，确保在线教学的教学效果。

3.2 任务驱动学习，精心组织在线虚拟课堂

教师根据课程要求详细制定每一个章节知识点、建议学习学时、教学重难点和教学目标，使学生在学习过程清楚了解每一章节所要掌握的知识点及应达到的教学目标。提前在线上布置周学习计划和学习任务，用任务驱动式的教学方法加强学生线上学习。

学生在学习新知识前，学生应明确学习任务单以及本节主要解决什么问题，学生怎么从一些资源中去获得解决任务的知识点与技能，带着目的性去完成学习任务[3]。例如从测试题开始，布置几个有关的测试题，促使学生学习相关资源后完成测试；例如从引入案例开始，要求学生分析思考。引导学生需要学习哪些资源、需要完成哪些任务等。任务单的设计是引导学生学习并完成任务的关键，需要老师进行精心设计，突出关键知识点，把学生从被动听课转变为主动参与。任务驱动式学习能有效诱发学生学习动机，充分调动学生学习积极性。同时还可以鼓励学生晒学习心得、分享听课笔记、适当通过设置参与有趣提问与回答这样的互动环节提升学习的热情，刺激学生学习，课后要求教师强化学习效果检测及学生疑难答疑辅导，通过在线教学平台给学生布置作业任务，激励、引导和监督学生学习和完成，24小时内及时解答反馈学生提出的问题和疑惑等等，根据在线答疑及学生作业完成情况及时了解掌握学生学习状态，记录收集教学反馈信息，并进行相应教学调整[4]。

另外，在线教学过程中引入仿真教学，实现“理实一体”的教学目标直播，利用交互式课件及斯沃数控仿真软件的交互应用进行数控程序编辑、机床操作、参数设置、图形仿真及程序检错的模拟操作。通过给学生进行模拟操作，使学生懂原理，能编程。让学生学中做，做中学，实现了以学生为主体的教学目标[5]。总而言之，通过利用各种举措组织管理好虚拟课堂，确保在线教学的教学效果。

3.3 牢抓学生管理，实施在线教学质量监控

在授课过程中增加学生互动，课堂采用随机签到，随机提问等措施，确保学生在线教学管理。在线教学要求学生自我管理、自我约束能力强。在线教学在实施过程中，通过在线打卡、钉钉签到、随机点名提问等措施督促学生到课率和保证听课效果，同时将后台的一些数据向辅导员、班主任及时反馈，任课老师、班主任、辅导员3方共管以确保在线课堂教学质量，避免学生挂网、甚至缺课情况。

教学质量监控是一个完整的体系，教学面向的受益者为学生，一方面强化对学生的在线管理，另一方面教学实施和教学质量跟踪反馈也不可或缺，学生对在线教学效果具备最真实的话语权。从学生的角度出发，根据在线课程教学进度，安排课程研讨环节，多倾听学生的意见，以学生为主体，从教学目标、内容、方法和效果等方面广泛听取学生建议，开展根据学生评课反馈作相应教学调整，不断提升在线教学质量[6]。

课程在线教学过程中充分利用慕课+SPOC在线平台资源，作业每周布置1次，在线单元测验布置两次，从布置到提交到批改都在线上进行，从作业完成情况及单元测验整体情况来看，“数控加工及CAM”课程在线教学总体良好，课程在教学内容的组织、教学资源使用、教学设计、课堂管理与互动、学生参与学习等五个方面学生都较满意，达到了预期教学目标。

3.4 突出过程考核，设计线上课程评价体系

为了设计更加有效的在线课程评价体系，改革措施中提出“重视在线学习、重视过程学习、重视互动教学”评价体系。以学生为主体，以过程考核为推动力，实现教与学双边互动，强化“过程考核”，更加注重学生在每个环节过程的表现。经过教研组对过程性评价方案的多次讨论、修改与完善，最终确定过程性评价包括：课堂学习管理＋课程在线作业＋技能训练学习＋课程总结等四个环节。课程期末综合成绩构成：学习过程考核40%+学习综合效果考核60%。学习过程考核包括：课堂学习管理、课程在线作业、技能训练学习、课程总结学习。学习综合效果考核包括：考前复习总结、在线答疑辅导、线上期末考试。“数控加工及CAM”课程评价体系详见图3。

总而言之，通过强化“过程考核”的课程评价体系，主要目的是督促学生自主学习，提高学习能力，提升知识水平，使学生掌握与工作岗位相适应的工作技能。学习过程考核成绩占总成绩的40%，反映了学生视频学习的态度、出勤率和效果、作业完成情况、学生对知识和技能的掌握程度与应用能力。学习综合效果考核成绩占总成绩的60%，由考前复习总结、在线答疑辅导和线上期末考试构成。学生的最终成绩反映了学生在课程结束之后最终的学习效果。[7-9]

图3 “数控加工及CAM”线上课程评价体系Fig.3 Online course evaluation system of Numerical Control Machining and CAM

4 教学效果分析

为掌握学生对本课程线上教学效果，了解学生“收获”感受，形成一个完整闭环教学过程，在课程即将结束之时，对学生听课感受及课程满意度进行了问卷调查。对疫情期间在线教学方式问卷调查结果显示34.75%的学生非常喜欢，60.25%的学生很喜欢。线上课堂的教学效果相比传统课堂教学，65.53%的学生认为教学效果好，30.67%的学生认为教学效果较好，仅3.80%的学生认为教学效果不好。线上课程考核评价方式对于培养和提高学生自学能力与自律方面，63.62%的学生认为比较有利，26.23%的学生认为非常有利，仅10.15%的学生认为不利。从调查的数据来看，该门课程在线教学确保了教学质量，得到学生的普遍欢迎。只是极少数学生由于自律性差、缺乏有效的管理与约束、在线授课的教学方式没有积极去适应，学生注意力难以集中，该门在线课程没有较大“收获”感受，学习效果差。

5 总结

“数控加工及CAM”是机械类专业的一门重要专业核心课程，具有较强的实践性、应用性和综合性。针对线上教学中存在的传统教学模式难达教学效果、学时紧任务重、教学管理难开展和考核难到位等突出问题，本文提出了相应的有效改革措施：（1）转变教学习惯，多措并举线上教学模式。（2）任务驱动学习，精心组织在校虚拟课堂。（3）牢抓学生管理，实施在线教学质量监控。（4）突出过程考核，设计线上课程评价体系。通过调查结果表明本课程线上教学获得了较好的教学效果，同时，该课程的线上教学改革与实践可为机械类相关课程线上教学理念、教学设计、质量保障及课程评价提供重要的借鉴意义与参考。