线上线下混合式先进制造技术实训教学探索

戴明华， 张红哲， 梁延德， 王永青， 刘 阔， 崔恩铭

（大连理工大学工程训练中心，辽宁大连116024）

0 引 言

实践是工程的基础，实践教育是工程教育的根基［1-2］，创新高等工程教育模式，培养具有创造性、专业性的拔尖人才，是高校本科课程教学改革的核心目标。根据教高〔2019〕8号“教育部关于一流本科课程建设的实施意见”的总体原则，一流本科课程建设须“提升高阶性、突出创新性、增加挑战度”，拓展内容宽度和广度，科学“增负”，让学生体验“跳一跳才能够得着”的学习挑战。《工程训练》课程作为工程教育的重要载体，是高校理工科专业的实践类必修课，具有教学内容广、实训学时长、学生覆盖面大的特点［3-4］。因此，根据一流本科课程建设要求和“新工科”专业人才培养需要［5］，对工程实训的教学模式和内容体系进行改革探索［6］具有重要意义。

2020年伊始，新型冠状病毒性肺炎（COVID-19）突然来袭，打破了大学正常的学习、工作和生活。在教育部“停课不停教，停课不停学”的号召下，各高校广泛开展了网络直播或线下录播授课，学生不返校也能居家学习。然而，针对操作性、实践性占比较大的《工程训练》课程，仅采用线上教学根本无法完成教学内容。因此，工程训练中心，作为首批综合性工程训练国家级实验教学示范中心，积极响应教育部号召，针对教学内容具有前沿性和时代性的先进制造技术实训模块，探索实践线上线下混合式的教学模式，学生在线上完成学习和作品设计等内容，复学后再进入课堂参加线下的作品制作实训。并探讨了“互联网＋教育”新形态下多样化、个性化教学的可行性，激发学生的学习兴趣和创新热情。

1 常规工程训练教学模式的问题

近年来，根据工程训练教学应“与当前工业主流技术相衔接”原则［7-9］，越来越多的先进制造技术被纳入实训教学中，包括激光加工、数控加工、放电加工、增材制造和智能机器人等，先进制造技术发展迅速，技术前沿，具有加工速度快、效率高的特点，采用常规线下实训的教学模式已不能满足当前教学发展的需要。常规实训教学采用老师现场讲解示范，学生再基于设备实际操作，实训情况往往受场地、设备、学时等条件的限制而存在以下问题。

（1）教学设备数量不足。由于激光加工、增材制造、数控加工等先进制造技术往往具有设备种类多、占地面积大、价格昂贵等特点，高校工程训练中心配备的设备种类和单品种设备数量都有限，基于现场设备难以充分展现技术全貌和发展情况，更不能满足1个学生操作1台设备开展实训的要求。

（2）实训教学内容统一。在线下教学模式下，工程训练受学时安排的限制，不能对多种设备进行操作演示和培训，教师只能设计统一的教学内容，在一定程度上限制了学生的创新空间。而同类型先进制造技术的设备种类较多，在创新教育背景下，应根据学生专业和兴趣的不同，基于多种设备资源开展多样化、个性化、综合性的教学，充分激发学生的创作热情和创新精神，实现因材施教，在一定程度上也缓解了教学设备不足的问题。

（3）现场教学时间较长。《工程训练》作为实践课，必须基于教学现场的设备开展学习和制作。在常规教学模式中，学生通常在现场完成所有的实训内容，包括知识了解、设备原理和操作学习、作品设计、执行程序编制、作品加工、甚至是实训报告撰写，导致学生在教学现场的学习时间较长，易出现学习疲劳和思维局限。

2 线上线下混合式实训教学的建设

近年来，随着混合式教学模式在理论课中的广泛应用［10-11］，部分高校也在尝试将其应用于各类实验、实训教学［12］。而先进制造技术实训与传统机加工实训不同，实训过程中软件及编程的学习、作品的CAD设计和编程等占用时间较多，且设备往往由程序驱动，加工速度快，操作技术性不强，因而特别适合采用线上线下混合式教学模式。2020年年初，COVID-19暴发，更推动了其教学模式由常规线下向线上线下混合模式转变，形成了特有的“线上教学，线下实训”的教学模式。

在教学设计阶段，教师通过互联网搜集与实训内容相关的优质多媒体教学资源、设计教学内容、录制设备操作教学视频、制作安全教育资料，形成以知识点为主题的线上“微课程”。学生在线完成知识学习、作品主题选择、作品设计、设备操作的初步学习及安全教育等内容，作品设计图经老师审核通过后，学生分批次到实训场地完成线下实训内容。以时间换空间，增大了人机配比，增加了学生的实操比例，降低了学生聚集的密度，保证了疫情期间线下教学的安全距离。线下实训过程中，教师要根据课程学时、实操时间及设备配置情况，合理安排实训批次，确保每位同学都能操作设备完成作品的加工制作，实训过程中，学生可随时使用线上资源实现一对一的教学指导。实训结束后，学生再将设计图纸、作品照片及实训报告上传线上教学平台，在线完成课后习题、讨论、互评及课程评价等环节（见图1）。采用线上线下混合式教学模式，学生在课前就掌握了具体的实训内容，有效提高了线下授课效率，给学生争取了更多的设备操作时间；线上数字化教学资源的使用，可锻炼学生自主学习的技能，让学生从被动的灌输式学习转变为主动积极的探索式学习。

图1 实训教学的线上线下混合式教学设计

2.1 设计多元化实训内容

随着学生层次的多元化发展，多样化、个性化教学在高等教育中的重要性日益凸显。先进制造技术的种类众多、发展迅速［13-14］，基于其开展个性化、多样化教学具有得天独厚的优势。先进制造实训教学往往以“作品驱动”方式进行，多元化教学的关键在于多样化实训主题的设计。例如，在《工程训练A2》的“激光加工创新设计制作”实训教学中［9，15］，指导教师应根据实验室设备配置情况，设计平面激光雕刻切割、立体拼插、水晶玻璃激光内雕、创意名片激光打标等多样化的作品主题（见表1），将多种激光加工技术的操作应用纳入实训教学。而常规线下教学由于课堂时间有限，无法对多种设备和多样化作品主题一一讲解，根本实现不了多样化教学。在混合式教学模式下，老师还可以根据作品复杂程度设定分数等级，对于普通的学生，可以设计一般的作品主题（等级B）；对于善于思考、敢于挑战的学生，可以设计较复杂的实训主题（等级A）；而对于学有余力、乐于创新的学生，还可以组合不同的作品主题，设计“必修＋选修”的多元化教学内容。学生根据个人能力和兴趣爱好，遵循“先必修后选修”的实训原则，利用自由时间完成线上作品设计，在有限的线下时间内操作多种设备开展加工制作，充分锻炼自己的综合能力。

表1 分等级的激光加工创新设计制作作品主题

多元化实训内容的开展，满足了不同层次学生的需要，实现了传统教学“统一性”到混合式教学“个性化”的转变，符合创新教育大背景下当代学生个性化学习的心理特征。多元化实训内容匹配分等级的实训成绩，可以有效激发学生创新制作热情，引导学有余力、热衷加工制作的学生开展优质作品的创新制作，培养学生的综合实践能力。

2.2 建设碎片化线上教学资源

自教育部召开改革开放后第一次新时代中国高等学校本科教育工作会议以来，一流本科教育一直是高等教育界乃至社会的热议话题，消灭“水课”、建设“金课”的号召不绝于耳。“金课”建设的关键在于优秀的教学设计和优质的教学资源，实践类教学的特点是“实践”，要求学生实际动手去制作、去探索，但这种实践探索不是盲目的、娱乐的，而是要基于理论、结合理论，进而在实践中将理论内化为自身的知识和能力。因此，要打造线上线下混合式实践教学“金课”，必须做好配套教学资源的建设。

线上教学与线下课堂的互动教学不同，长时间集中授课往往使学生感到视听疲惫，注意力不集中，因而线上数字化教学资源的建设，应遵循碎片化、微型化、优质、精简的原则进行。

针对教学知识点，可以参考“微课”的碎片化模式制成教学PPT，图文并茂，简洁明了，避免了观看教学视频的尾大不掉，方便学生利用碎片化时间浏览学习，并设置试题进行学习检测。针对设备操作类教学资源的建设，应根据课程需要，按照案例的形式录制成教学微视频（5～10 min），介绍设备原理、组成、操作方法和安全操作规程，学生结合现场设备观看学习后，能达到动手操作就行，而不能求全责备，将设备的所有功能都呈现出来，且过长过复杂的教学视频也会让学生疲倦，产生畏难情绪。针对实训内容和作品设计要求部分，①可以制成PPT配合语音介绍，在线推送给学生，内容包括典型优秀作品的成品照片、作品种类规格及细节要求，让学生在课前就能独立完成作品设计，延伸课堂时间，引导优秀作品的产出；②应在实训现场制作教学展板，方便教师线下教学指导，避免出现理解上的偏差。针对拓展性、思政引导性内容，则可以通过推送优秀慕课、微课或视频的方式来引导学生学习，开阔学生眼界，通过将“制造大国”“创新强国”等思政理念引入教学内容，培养爱国情操。

实训课程的混合式教学有效整合了线上优质教学资源，突破传统实训中仅依靠实训指导书和现场设备开展教学的局限；《工程训练》作为通识性工程实践类课程，其教学知识点多，内容覆盖面广，具有非专业性、非职业性的特点，特别适合学生利用碎片化［16］时间观看学习，还可以锻炼学生的自主学习能力和时间管理能力。

2.3 构建合适的网络教学平台

《工程训练》课程与理论课和普通实验课不同，具有“模块化、多层次、综合交叉”的特点［17］，由于各教学模块的学时、小组人数和指导老师人数有所不同，指导老师与学生呈多对多相互交叉的关系。在先进制造技术实训的线上线下混合式教学中，如何构建合适便捷的网络教学平台，打造方便师生的训练模式至关重要。目前，多种网络教学平台如“雨课堂”“学习通”“中国大学MOOC”等呈百花齐放之势，但并不是所有的网络教学平台都适用于实训教学的要求。目前，工训中心基于超星泛雅的学习通平台，建立了SPOC课程，将视频、PPT、文本等多媒体资料及测验题上传平台，由平台完成学生管理、学习过程记录、成绩管理等教务工作，学生可以根据自己的实训课表完成线上学习任务；而线下的现场实训部分，由于单工种实训组别小，班级内各小组学生分批次实训安排不一致，不同学生在同一时间的实训内容也不同，根本不允许有统一的线上线下互动教学，但学生可以根据实训需要随时使用线上资源进行一对一的教学指导，大大简化了线下教学环节，节约了教学时间，方便了多样化、个性化教学。学生完成某一模块的线下实训后，通过上传实训作品照片完成“大作业”，老师再根据学生现场实训情况给出线下成绩。

2.4 建立混合式实训考评机制

常规线下实训课程的考核通常包括现场的实训操作和实训报告两部分，且前者占主要部分，但由于实训过程的监管做不到很全面，实训成绩的客观性一般。而基于线上线下混合式教学模式，通过网络平台就可以优化实训考评机制，构建“线上＋线下”的混合式考评机制。线上教学平台可以统计学生的签到频次、在线学习时长及答题情况，为实训成绩的综合评定提供翔实参考；线下实训操作的成绩评定，可以引入“学生自评、生生互评、教师评价”三位一体的综合评价体系，一方面能有效弥补老师评分时主观性较强的缺点，也让学生清楚地认识自己的优势和不足，激发竞争意识，激励优秀作品，而多样化实训制作主题匹配分等级的成绩设定，可以进一步调动学生创新制作的积极性。

3 结 语

采用线上线下混合式教学模式开展先进制造技术实训教学，将现代信息技术与教学深度融合，充分利用网络优质资源拓展课程广度和深度，设计多元化教学内容，给学生科学“增负”，引导学生进行探究式与个性化学习，符合教育部一流本科课程建设基本要求。混合式实训课程的建设，需要指导教师在建设前期投入较大精力；多元化实训内容的开展，对教师的业务水平、教学经验及综合能力也提出了更高要求。随着一流本科课程建设和混合式教学模式在实际教学中的不断推进，中心将面向《工程训练》课程的7大模块、120个实训项目全面开展线上线下混合式教学，将自主研发的教务管理系统、虚拟仿真教学项目和国家级资源共享课等纳入教学，构建统一的线上教学平台，为高校工程实践教育教学改革提供参考。