基于目标导向的《机械制造工程学》混合式教学实践

郝敬宾，刘新华，杨海峰，刘昊，田宪华

（中国矿业大学 机电工程学院，江苏 徐州）

一 引言

《机械制造工程学》是机械类专业的专业主干课程，该课程以机械制造工艺为主线，讲授零件机械加工过程中所涉及的原理、方法、装备、工艺等基本知识，培养学生分析和解决机械制造过程中实际工程问题的能力。我校在2018年机械工程专业国际工程教育认证的过程中，对该课程的教学质量标准进行了重新修订，减少了课堂教学学时（从40学时压缩到32学时），加大了实验教学学时（从8学时增加到了16学时），着重于培养学生加工工艺分析、工装夹具设计、机器装配调试等方面的工程实践能力。在这一背景下，传统课堂教学所面临的问题就更加突出，主要体现在：1、课堂学时压缩和教学内容增多之间的矛盾；2、知识体系构建和兴趣爱好培养之间的矛盾；3、理论知识学习和实践能力培养之间的矛盾；4、教师单一讲授与师生交流互动之间的矛盾。

基于目标导向的混合式教学是遵循OBE（Outcome based education，OBE）教育理念，以学生为本，采用逆向思维的方式进行课程体系设计，充分利用线上教学平台和课堂互动工具，引导学生进行课前线上自主学习，课堂教学知识内化，课后巩固拓展学习，有效完成课程既定的教学目标[1-3]。在传统课堂教学的基础上加入线上自学环节，一方面，让学生充分利用课余的零散时间进行知识点的预习和巩固；另一方面，通过线上学情分析，适时调整课堂教学设计，更有针对性地进行教学知识内化。采用线上线下混合式教学，可以提升学生的学习兴趣和过程参与度，满足学生对课程学习的不同需求，引导学生进行深入探索与拓展学习，培养学生的自主学习能力。

二 《机械制造工程学》的课程教学目标

《机械制造工程学》的课程总目标是：通过该课程的学习，使学生掌握机械制造技术的基础知识、基本理论和基本方法，了解机械制造领域的先进技术和发展趋势，具备分析切削加工机理和切削加工过程现象的能力、设计零件工艺路线和选择机床及工装夹具的能力、机械加工质量分析与质量控制的能力，达到所学专业对毕业生知识结构要求和解决机械制造工程中实际问题基本能力要求的培养目标。遵循价值塑造、能力培养和知识传授“三位一体”的教学理念[4]，将课程教学目标进一步分解为知识目标、能力目标和价值目标。

（一）知识目标

掌握金属切削加工过程的基本原理和基本规律；掌握金属切削加工机床、刀具、夹具的基础知识和基本理论；掌握机械加工质量控制、工艺规程、机器装配的基本方法；了解机械制造领域的先进技术和发展趋势。

（二）能力目标

具备分析切削加工机理和切削加工过程现象的能力；能够利用金属切削加工的基本规律和工件表面的加工质量要求，合理选择切削条件、加工方法以及所需机床与刀具；能够根据工件的定位原理，合理选择定位方式和定位元件以及夹紧装置；能够综合运用所学知识，对中等复杂程度的零件进行机械加工工艺规程的制订。

（三）价值目标

培养学生国家意识、全球视野、自强不息的爱国精神；精益求精、勇于创新、高效务实的工匠精神；实事求是的科学素养；与人为善、互相尊重的团队意识。

三 基于目标导向的混合式教学设计

以知识、能力和价值目标为导向，将每个章节的教学内容进行目标分类，明确学习任务目标，借助线上教学资源和课堂互动工具，将线下课堂教学与线上平台教学相结合，将教师课堂讲授与学生在线互动相结合，以学生的学习成效为中心，进行混合式教学设计。

（一）以学生为中心的教学设计理念

以学生为中心的教学设计是以学生学习为主、教师讲授为辅；将机械式、灌输式的教师单向讲授转变为互动式、探究式的学生主动学习；以学习任务为明线，知识与技能、素质培养为暗线，在知识传授中做到能力培养和价值塑造。

根据课程的教学内容、学生的知识储备和现有的教学环境，合理划分线上平台教学与线下课堂教学的知识点，构建线上自学与线下讲授有机结合的知识体系。将基础性的知识点放在线上教学平台，学生自主安排时间完成课前预习；而将重点难点放在线下课堂教学，利用教学交互工具提升学生的过程参与度，采用启发式、研讨式或案例式教学，使学生完成知识内化；最后将复习巩固和拓展资料放在线上教学平台，满足学生对课程学习的不同需求。

（二）搭建完整的课程线上教学平台

目前中国大学MOOC慕课、爱课程网以及国内外高校的在线开放课程平台，都有非常多的优秀线上教学资源，可以合理选择部分优质的教学视频，在课前推送给学生进行预习。同时针对学生在课堂上重点难点的掌握情况，推送一些课后复习资料，帮助学生进行重难点的知识巩固。

本课程组在校级网络在线课程建设项目的支持下，录制完成了46个课程微视频和6个实验微视频，覆盖全部章节的知识点，在学校在线开放课程平台上搭建了该课程的SPOC课程。授课老师使用学习通APP可以将课前预习视频和课后复习作业推送给选课的学生，并通过后台可以实时了解学生们的线上学习情况。

（三）基于雨课堂的课堂互动式教学设计

使用雨课堂插件后，可以在PPT里插入答题、签到、点名、互动等环节，原本单向输出的电子幻灯片变成了可以互动交流的学习工具。雨课堂的使用非常简单，老师只需要根据课堂教学的内容设计和授课编排，在原本的PPT里实时插入答题页面、签到页面、互动页面等即可，授课时只要到达相应页面，即可进行相应的互动教学。

雨课堂通过后台建课和学生信息导入，在课堂教学过程中，学生互动学习的记录都会被记录下来，并进行课后总结分析，形成学期分析报告推送给授课老师。通过移动终端来加强与学生之间的课前、课上和课后的交流互动，及时掌握学生的到课情况和学习效果，有效提高该课程的教学效果。

四 线上线下混合式教学的实施过程

（一）明确学习任务目标，完成教学活动设计

首先按照课程的教学计划，合理安排线上学时和线下学时。然后将每个课次的教学目标拆分为知识目标、能力目标和价值目标，以此来进行混合式教学的内容编选和环节设计。以第五章“机械加工精度”的第一课次“零件加工精度与误差”为例，本课次的知识目标是掌握加工精度与误差的概念、了解零件精度对使用性能的影响；能力目标是能够根据加工精度要求合理选择加工方法，具备分析图纸中精度标注问题的能力；价值目标是培养学生爱国情怀、团队意识和工匠精神。

（二）推送线上微课程，学生课前自主学习

利用学习通给学生布置课前预习视频，学生在平台上进行在线学习、在线测验和课前实践练习；通过微信公众平台和学生进行线上互动，跟踪学习进度、收集学生问题，并以此来调整课堂教学的编排。本课次在课前布置两个微视频课程（5.1 加工精度及其获得方法、5.2 工艺系统的几何误差），让学生提前在线学习完成，并设置在线讨论题目：加工精度与加工误差是一回事吗？以此了解学生对课前预习知识的掌握情况。

（三）利用课堂互动工具，实现教学知识内化

利用智慧教室和雨课堂进行线下互动式教学，通过答题测验、小组讨论、拓展训练、实践操作让学生将所学的知识内化，转变成技能和能力。本课次首先将学生事先分组落座，一起观看国产和进口轴承旋转性能对比的视频；然后进行分组讨论，什么原因造成产品质量差异，请1-2个组的代表进行发言；随之引入精度与误差的概念与区别，拿出几份图纸，让学生从中找出精度标注的地方，并解释其含义；通过工程案例分析，讲解如何根据零件特点和精度合理选择加工方法；最后拿出往届本科毕业设计的图纸，让学生分组讨论，指出图纸中精度设计不合理或标注不规范的地方，并提出修改意见。通过这样“提问－讨论－讲授－测试”的方式螺旋式推进教学进程，逐步强化学生对所学知识的内化程度。

（四）采用过程考核评价，做好学情分析反馈

在整个混合式教学的实施过程中，通过小组讨论、随堂测试、线上测评、线下作业与实验等手段对学习情况进行过程考核评价，课后通过雨课堂的学情报告分析学生的学习情况，进行教学反思，提出下一步改进方案。本课次讲授存在的问题主要有：（1）讲述的知识实践性较强，学生通过课堂学习很难完全理解和掌握，需要通过实验教学来巩固这部分知识。在讲到机床主轴回转误差和导轨误差时，需要回顾下机床的结构设计和传动原理。（2）工艺系统受力变形的情况比较复杂，在讲解过程中需要进行一些实例分析和计算验证。

五 结语

本课程目前已经进行了三年的线上线下混合式教学实践，学生普遍反映较好，线上自学的完成率很高，课堂互动明显增强。以知识、能力和价值目标为导向，合理使用线上教学资源和课堂互动工具，进行混合式教学设计、内容编选和平台建设，并在课堂讲授、工艺实验、网络自学等环节上进行相应的改革，确实为提高本课程的教学效果做出了有益的探索和实践。通过教学反思和持续改进，不断提升混合式教学的效果，并授课过程中潜移默化地融入课程思政要素，激发学生的担当意识和爱国情怀，树立学生正确的人生观和价值观。