智能制造工程线上线下融合教学模式优化研究——以“机械制造技术基础”课程为例

郭浦山，刘雅玄，潘海军，张 屹

（常州大学 机械与轨道交通学院，江苏 常州 213164）

引言

基于“中国制造2025”对智能制造的战略要求，融合了物联网、大数据、人工智能、智能装备等关键技术的智能制造工程作为新工科专业在“十三五”期间蓬勃发展［1-2］。进入“十四五”时期以来，根据“十四五”数字经济发展规划和国家教育数字化战略行动要求［3-4］，智能制造工程在探索新专业建设的基础上，教学模式亟须进行线上线下融合、虚拟仿真等数字化转型［5-6］。教学实践表明，单一线上教学模式虽然具有形式多样、内容新颖、不受教学场所限制等优势，但也要求学生具备足够的自律和自学能力，否则教学效果反而不如传统线下教学模式。因而，在智能制造工程专业开展线上线下融合教学模式（Online-Merge-Offline，简称OMO）优化研究，基于传统线下教学积累，吸收线上教学经验，进一步优化丰富数字化教学模式内涵，以期促进新工科背景下智能制造工程教学模式的发展［7-8］。

线上线下融合教学模式在依托线下课堂教学的同时，还需通过线上教学资源和平台将教学过程延伸到线上，让学生在课前预习、课堂学习以及课后复习时都可以进行线上线下交互融合的自主学习。这种教学模式对于实现高等教育的个性化和针对性教学具有很大的推动作用，也能丰富培养计划，促进培养具备优秀综合素质的新时代大学生的教学工作［9］。同时，线上线下融合教学模式并不是“线上”和“线下”两种教学方式的简单叠加，而是“线上”和“线下”两种教学方式在整个教学过程中相互穿插和补充，并最终达到相互融合的效果［10］。此外，相较于单一线上教学模式，线上线下融合教学模式融合了线下教学内容和过程，可以通过面对面的教学过程，提升师生之间的情感交流，增加学生学习的临场感，并能有效监控学生学习状态。而线上线下融合教学模式在智能制造工程专业基础课程“机械制造技术基础”教学中的应用，可以充分发挥智能制造工程在人工智能、计算机与信息技术等领域的专业优势，提高教学过程的全面性和个性化，为落实专业人才培养目标打下坚实基础。本文结合实际教学情况，对线上线下融合教学模式课程教学优化应用策略进行了研究，以期为智能制造工程专业数字化转型提供新样本。

一、线上线下融合教学模式优化策略

（一）课程教学内容全面线上数字化

智能制造工程专业数字化转型的重点在于专业内涵的数字化升级，而专业课程的数字化转型的重点在于教学内容的数字化重构及数字化教学技术的提高。因而，开展线上线下融合教学模式，首先需要将线下教学模式中课程教学涉及的相关内容全面转变为线上教学视频、PPT、虚拟仿真课堂（虚拟现实〔VR〕和增强现实〔AR〕）等数字化教学资源，为教学模式优化奠定基础。“机械制造技术基础”建立了学习通在线课程，并针对课程建立了机械加工与装备视频库、金属切削过程及控制素材库、机械制造图片库等线上资源，为学生提供更多的线上资源选择空间。课程教学内容全面线上数字化既为学生提供了基础线上学习资源，又能使教学过程实现互联互通，打破师师、师生、生生之间交流的时间和空间限制，实现视频、语音和数据的实时、深度交互，增加学生学习和教师教学的场景。教学方式从线下教学模式的“教师教”为主转变为线上线下融合教学模式的“学生学”为中心。学生学习方式也从被动接受向主动学习转变，最大限度地提高了学生学习的主动性、自主性和创新性。同时，课程教学内容全面线上数字化可以促进高校之间的教学资源共享，为不同地域之间教师和学生的沟通学习提供了条件，也会推动全国性的网络化教育教学体系的建立。

（二）增加线上线下融合学习交流

作为智能智造工程专业的核心专业基础课，“机械制造技术基础”课程具有理论深度大、实践要求高、知识点密集等特点，单个学生在学习过程中容易产生理论体系难以建立、知识点难以消化等问题。传统线下教学过程中，学习交流以课堂为主，交流方式和对象相对单一，学生对于知识的掌握程度会呈现显著的差异化，无法实现高水平的整体教学效果。在线上线下融合教学模式优化过程中增加了学习交流方式与频次，包括师生交流、生生交流以及线上资源交流，通过丰富的学习交流场景，学生容易找到自身最适合的学习交流组合，再进行课前预习、课后复习以及拓展阅读，能够加深对教材整体知识体系的掌握和思考，实现整体教学效率和质量双提高。以“机械制造技术基础”为例，学生可以通过在线互动课堂、即时聊天软件等方式与教师随时交流，教师和学生之间具备智能化通信和视频远程互动系统，可以将学习交流场景扩展到课堂之外的任意场景。此外，学生可以将课程相关疑问发布在校内线上学习平台，学生和教师均可进行答疑，有效辅助学生学习和掌握重点和难点知识。

（三）实现教学全流程数字化追踪

线上线下融合教学模式虽然拥有学校线上资源以及阿里云大学、国家开放大学学习网、蓝墨智能云教学等海量线上学习资源，但如果教师在整个教学过程中缺乏追踪和反馈，将会限制学生学习效果从量变到质变的转化。因而，在撰写“机械制造技术基础”课程大纲阶段，即对预授课学生开展线上问卷调查，分析总结学生对课程的期望。在线上线下融合教学阶段，学生依托学校现有线上教学平台或者商业数字化平台对自身学习情况进行评估，教师利用后台数据分析掌握学生对课程知识掌握和理论体系建立的情况，进而调整教学进度或安排答疑。在课后环节，学生可以通过线上学习平台问答解决学习中的疑问，也可以通过线上和线下反馈给老师进行答疑。通过实现教学全流程数字化追踪，可以充分利用数字化分析和总结功能，实时掌握学生的学习状况，依据追踪结果，分析学生共性和个性差异化问题，使师—生、生—生之间的沟通与交流更为精确和具体，可进一步提升教学质量、提高教学效果，帮助学生实现自我认知、自我调节的动态过程，逐步实现课程学习的自我完善。

（四）引入线上线下多元评价体系

教学评价作为教学模式中的重要环节，引入线上线下多元评价体系意义重大［11］。当前智能制造工程专业课程评价仍以终结性评价为主，评价体系较为单一。线上线下融合教学模式，在传统线下过程性考核的基础上，通过线上教学平台对学生进行在线测验、作业、答疑、讨论、知识竞赛等教学活动，并对上述活动进行评价，作为最终性考核的一部分。“机械制造技术基础”会分阶段开展线上评价，包括自我评价和师生互评，学生可以基于阶段评价优化学习动机、方式和方法，教师可以依据评价结果改进后期教学过程进度与方法［12］。“机械制造技术基础”涉及的实验课程同样会结合线上和线下资源进行教学和评价。以“车刀几何角度测量”实验为例，除了借助回转工作台式量角台测量外圆车刀、负刃倾角车刀等车刀的主偏角、刃倾角、负偏角、前角、后角，还会通过VR/AR技术综合模拟实验平台让学生更直观地感受多种角度测量过程，使学生对车刀几何角度有更深刻的认识，实验课程评价会结合实验过程、实验报告以及模拟实验平台成绩综合得出，实验课程评价也会作为最终性考核的组成部分。

二、线上线下融合教学模式优化效果

通过优化线上线下融合教学模式在“机械制造技术基础”中的应用，以学生为中心、教师为指导的教学过程得以真正实现，打破了课上与课下的界限，保证了学生课程学习的整体质量，初步实现了精准化教学和学习资源共享，为智能制造工程其他专业课程的线上线下融合教学模式提供了案例。

（一）学习场景扩充，学习热情提升

基于课程教学内容全面线上数字化，学习场景不断扩充，实现了线上—线下与课前—课中—课后的多重混合学习场景，学生对于“机械制造技术基础”中涉及的机械加工工艺规程、机械加工工序、加工精度与加工误差等知识点的学习热情高涨，并能利用线上资源延伸学习课程相关的机械工程材料、材料成型技术、互换性与测量技术等内容，形成了正向反馈、高效学习的线上线下融合学习氛围。

（二）共同协作学习，学习效能提高

结合线上线下融合学习交流，增加学习交流方式与频次，促进了包括教师在内的共同协作学习，实现了整体学习效能的提高。机械加工工艺路线拟定作为“机械制造技术基础”的重难点，通过线上线下小组化的共同协作融合学习，能够将定位基准的选择、表面加工方法的选择、加工阶段的划分等难点知识牢固掌握，并能为本课程的课程设计顺利进行奠定基础。

（三）全面追踪评价，达成培养目标

依托教学全流程数字化追踪和多元评价体系，可以及时掌握当前学期“机械制造技术基础”的教学效果，获得学生阶段性和整体性的评价，能够掌握从事机械工程工作所需的设计、制造等专业知识，并用于智能制造及相关机械工程问题的计算，也能将本课程所学的工程科学基本原理和技术手段用于特定需求的机械类工程问题。同时，通过评价引导在整个教学过程中培育学生的制（智）造强国战略思想，培养学生树立正确的人生观、价值观，激发学生投身先进机械制造技术发展的原动力。

三、反思与改进

（一）拓展线上资源，深化模式优化

虽然目前“机械制造技术基础”已建立学习通在线课程和机械加工与装备视频库、金属切削过程及控制素材库、机械制造图片库等线上资源库，但仍需不断拓展线上资源，覆盖课程的各个章节和重点知识点，并以此为契机不断提升线上线下教学的融合程度，提高学生的数字化自主学习程度。

（二）关注技术进步，更新活页教材

虽然作为一门专业基础类课程，“机械制造技术基础”涉及的内容和最新加工技术有一定的距离，但据已就业学生反馈，目前企业的加工制造技术不断更新换代，因而对于课程第八章《机械技术的发展》，在大纲修改中需要不断增加课时，及时从线上/线下获得新技术进步资料，持续更新活页教材，保证课程知识的新鲜度。

结语

智能制造工程线上线下融合教学模式优化研究是对高等教育教学数字化转型的尝试，不仅承接过往教育教学中所积累的线上教学经验，也为构建高质量高等教育发展体系、实现高等教育高质量发展提供前期探索。本文以智能制造工程专业基础课程“机械制造技术基础”为例，通过课程教学内容全面线上数字化、增加线上线下融合学习交流、实现教学全流程数字化追踪和引入线上线下多元评价体系等策略，将数字化覆盖学习资源、教学管理、学习空间、学生成长和学习评价，为学生提供个性化和精准化的学习支持，不断满足学生各阶段的学习需求，帮助学生实现自我认知、自我调节的动态过程，逐步实现课程学习的自我完善，助力培养面向新工科需求的知识、能力并重的综合型创新人才，并已经初步实现了学习热情提升、学习效能提高等初期目标。同时，针对高等教育数字化转型的要求，“机械制造技术基础”将在线上线下融合教学优化模式的基础上进一步探索沉浸式教学、VR/AR互动课堂、翻转课堂等新型教育教学手段的应用，使教学过程更加开放、复杂和动态化，能够提供更加个性化和精准化的学习支持，帮助学生更好地进行学习活动，进一步提高学习能力及综合水平。