线上、线下混合式教学在机械CAD/CAM技术课程的实践

于 斐， 刘光明

（1. 南昌航空大学 航空制造工程学院 南昌 330063； 2. 南昌航空大学 材料科学与工程学院，南昌 330063）

引言

机械CAD/CAM技术是机械设计制造及其自动化（机械制造方向）的专业课，也是一门紧密结合工程实际的课程。该课程主要讲授CATIA软件，CATIA是大型的CAD/CAE/CAM一体化应用软件，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船和机械制造等行业，其集成解决方案覆盖了产品设计与制造领域[1]。通过本课程学习，学生应掌握三维实体造型和数控加工编程的方法与命令，自如地进行机械零件的造型设计和数控加工程序的编制，提高分析、解决问题的能力。本课程以工程实际应用为核心，以培养学生的创新能力为导向，对于提高学生的实践能力具有重要意义。

机械CAD/CAM技术课程的教学，采用线上、线下混合教学模式，拓展了教与学的时间和空间，学生可以线上完成知识点的学习，调动了学生自主学习的积极性，结合线上、线下的教学环境，为教师提供全面的教学反馈，充分发挥教师和学生的自主性，体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。

1 混合式教学模式设计

混合式教学模式分线上学习和线下教学两大模块，如图1所示，线上学习依托超星泛雅网络教学平台[2]，学生利用网络教学资源，完成线上自主学习。线下教学是基于线上的前期学习成果而开展的更加深入的教学活动，学生更好地掌握知识要点和知识的体系结构。线下教学采用案例讲解、上机实践和答疑解惑等方式，以达到更好的教学效果[3]。

图1 机械CAD/CAM技术课程的线上、线下混合教学模式

表1 线上“项目驱动”教学计划

1.1 线上学习

为了更好地开展混合式教学，课程以“项目驱动”为核心，强调探究性学习、互动学习和协作学习，将课程所需要掌握的知识点融入到不同的学习单元中，如表1所示。通过PPT和操作视频，学生进行学习单元的学习，充分发挥学生的主导作用，实现学生从被动学习向主动学习的转变，学习过程更有吸引力，从而有效提升学习效果，达到多方位培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力[3-4]。

课前预习：构建好知识体系。根据线上学习的特点，把课程内容分成若干个知识点，每个知识点由操作视频、教学PPT、题库、电子教案和参考书链接等丰富的教学资源作支撑，从而促进学生构建知识体系。操作视频针对教材的重点和难点知识进行讲解，教学PPT与操作视频的知识点对应，题库包括章节测验、课后作业和考试题等内容。每次课前，通过教学平台预告学习内容，发布学习任务，如表2所示，明确需要学习和掌握的知识点，学生线上开展自主预习并进行学习讨论，并将难懂、易混淆的知识点以问题的形式，告知学生，引导学生思考。通过平台的后台统计功能，了解学生课前预习的完成进度，掌握学生的自学情况。

课中导学：解惑答疑多引导。课中阶段，开展任务实施、项目实战等各项任务，采用面向问题的启发式教学，引导学生探究问题，启发学生进行发散性思考，激发学生学习的主动性和创造性。通过共性问题讨论、个性化指导评价与总结，引导学生完成项目和任务的实施。采取抢答和随机选人等灵活的教学模式，活跃线上学习气氛，提高学生的参与度，激发学习兴趣，线上活动环节如图2所示。适时的在讨论区发布话题，引导学生实时参与讨论，如图3所示。通过上述环节，实现线上提出问题、话题讨论和项目实战的主动探究学习。

课后拓展：师生互动强化能力。学生完成在线测试作业后，客观题系统自动打分，学习效果得到及时反馈，可激发学生学习的成就感和获得感[5]。通过专题讨论，对所学知识进一步拓展，可提升学生的归纳总结和自主学习能力。通过QQ群，教师随时在线进行辅导与讨论，如图4所示，确保“教与学”不下线，形成课前预习与探究、课中教学与引导、课后拓展与总结的学习新生态。

表2 相应项目所对应的学习任务

1.2 线下教学

线下教学是基于前期线上的学习成果而开展的更加深入的教学活动，将线上学习的知识点与线下的案例实践进行融合，达到工程实际应用的水平[6]。线下教学采用案例讲解、上机实践、答疑解惑和分析总结等不同教学形式，设置拓展性的实际问题，引导学生开展项目训练和小组讨论，培养学生的探究学习能力。线下教学及时总结线上学习内容，加深学生对线上学习内容的理解，并根据学生对课程内容的接受程度，及时调整线下教学的进度和教学方法，进一步的提升后续教学效果。

课程采用案例教学法，将所有的知识点及操作方法都融入实际的案例中去教学。通过平台提供的视频反刍比功能，了解学生观看视频的总时长和反复观看的次数，教师可知晓哪个案例的知识点对学生来说有难度，从而有针对性的开展强化教学。如图5为整体叶轮的三维实体造型，整体叶轮是能源动力、航空航天和石油化工等行业广泛使用的关键部件，其叶片多为非可展扭曲直纹面，叶片曲面扭曲严重，加工难度大，是典型的自由曲面零件[7]。学生在观看整体叶轮造型的操作视频时，视频反刍比较高，说明多数学生觉得曲面造型有难度，整体叶轮的曲面造型包括叶片造型、轮毂造型和叶轮合成3个部分，需要着重讲解Bezier曲线、过渡曲面的生成、曲面缝合、布尔运算和旋转阵列等操作[8]。课程结合线上学习和线下实践环节，激发学生的学习兴趣，增强学生和教师之间的交流，线下教学是线上学习的扩展和延伸，有了线上学习情况的反馈，线下教学更高效、更有针对性。

图2 线上活动环节

图3 话题讨论

图4 QQ群师生互动

1.3 多元化教学评价

线上、线下混合教学的考核方式，需要综合考虑线上、线下的学习情况，注重过程考核，评价重心更多地关注学生的求知过程、努力过程和探究过程，把过程性评价与终结性考核评价结合起来，将考核贯穿于课程教学活动的全过程[9]。这种注重过程性的评价，有利于学生根据阶段性的评价反馈进行学习调整，促进质疑精神、创新意识和综合能力的提高，激励学生成为有责任感的自主学习者。在网络教学平台的签到、视频预习情况、课堂互动、章节测验得分和课后作业都计入线上学习成绩，按照其重要程度设置成绩占比，由平台自动统计得出分数，形成学习过程性评价[10]。线下成绩包括上机实践和大作业，形成总结性评价，考核评价表如表3所示。通过多元化、多层次的评价方法，有效地引导学生注意过程参与和学习质量，更全面、更公平地反映学生的学习情况，保证评价的客观性、公正性、有效性和激励性。

图5 整体叶轮的三维实体造型

2 线上、线下混合教学模式的教学效果

2018年，依托超星泛雅网络教学平台，建立了机械CAD/CAM技术网络课程，线上课程的点击量超过11万次。在授课过程中，围绕着线上、线下混合教学模式对学习的帮助、学习资源和线上教学活动设计等展开问卷调查，上课人数192人，发出问卷192份，收回192份，调查结果如表4所示。

表3 机械CAD/CAM课程考核评价表

表4 线上、线下混合教学模式教学效果调查表

由调查结果可以看出，大部分学生对线上、线下混合式教学模式给予了充分的肯定，教学效果体现在3个方面。

1)在线上教学资源中，操作视频和课件是浏览次数最多的板块。教师将课程所需要掌握的知识点进行细分，并将知识点的学习融入到不同的任务中，单个知识点的讲解做成PPT和操作视频，使学习更具吸引力，激发了学生的学习兴趣。如图6为2020年3月170313班的学习时长统计，平均学习时长为360.7 min，最长学习时长为741.2 min，说明学生对于线上课程有较高的学习热情，乐于主动学习。

图6 170313班3月学习时长统计

2)通过网络教学平台，学生在线提交作业、参与讨论区的话题讨论。通过QQ群，同学之间合作探究，师生进行交流讨论，对问题进行即时性的探讨，形成一种交互式的学习氛围，增加了学习的多元性。

3)线下教学的案例讲解和解惑讨论环节，解决了学生线上实体造型和数控加工编程过程中遇到的问题，提高了学生的工程应用能力，促进了理论与实践的深度融合，提升了学习效果，学生综合成绩分布情况如图7所示，学生线上学习可以不受时间及地点限制，同时辅助于线下的课堂教学和上机实践，提升了学生的综合能力。

图7 学生综合成绩分布情况

3 结论

机械CAD/CAM技术课程的线上、线下混合教学模式，实施以学生为主体、教师为引导的教学理念，线上学习形成了CATIA资源提供、信息统计、教师引导和学生互助等多维度支持，线下教学的实体造型和数控加工的案例大多来自工程实际，融入工程意识，真正做到理论联系实际，提高学生解决工程问题的能力。机械CAD/CAM技术课程实现了传统教学和网络教学的优势互补，提升了学生的工程实际应用能力。