《数字化设计技术》课程的网络教学实践探究_张晓青.pdf

本栏目责任编辑：王力信息化与计算机教育Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第3期(2023年1月）第19卷第3期(2023年1月）数字化设计技术 课程的网络教学实践探究张晓青（上海电机学院机械学院（临港新片区智能制造产业学院），上海 201306)摘要：新型冠状病毒感染期间，数字化设计技术 课程教学采取网络教学的形式开展。其中，理论教学采用网络直播形式进行，实践教学采用翻转课堂教学模式进行。教学中，将驱动项目融入学生互评机制，激发学生的创新意识，并实施分层分组教学实践；通过制作优质教学视频，向学生提供相关专业知识链接，构建自由学习的良性氛围。关键词：网络教学；翻转课堂；驱动项目中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2023)03-0172-03开放科学（资源服务）标识码(OSID)：新型冠状病毒给经济发展带来了一定的影响，同时也在很大程度上影响了高校课程教学活动的开展。网络教学成为疫情期间高校课程教学的主要形式。在此背景下，探索 数字化设计技术 课程的网络教学实践就显得十分必要。1 数字化设计技术 课程简介数字化设计技术 是机械设计制造及其自动化专业的一门专业核心课程。通过课程学习，学生熟悉数字化产品设计的基础理论，以UG NX系统为技术载体学习基础应用技能，掌握运用系统进行三维建模、模型分析、虚拟装配、干涉检查、工程图处理等数字化产品设计的流程与基本方法。数字化设计技术 课程重点培养学生运用理论知识发现、分析、解决复杂工程问题的综合能力与创新意识，贯彻特征模型及参数化设计等设计理念，构建数字化三维模型与虚拟装配体，依据产品功能要求进行产品结构分析与干涉检查，遵循工程制图国际与国家标准对设计内容进行工程表达，旨在培育学生根据设计产品的功能与性能要求确立科学设计思想，快速准确完成机电产品数字化设计的能力。2数字化设计技术 课程网络教学的具体实施情况2.1 网络教学方案设计数字化设计方法 课程包含理论教学（概念与基础理论）与实践教学（应用技能）两部分，其中，课程以实践教学为主，重在培养学生在专业理论指导下熟练应用数字化技能解决工程实际问题的能力。传统的线下课程教学主要采用讲练结合、边讲边练的形式进行，教师讲解基础理论后，向学生教授数字化设计的流程与基本方法，学生则在观摩教师操作演示后进行课堂训练，课外通过驱动项目对应用技能加以训练和巩固。开展网络教学时，固定时段同一平台上参与学习各门课程的人员众多，教师教学中的实时操作演示可能会因为网络卡顿等原因出现内容缺失，容易影响学生对教学内容的正确理解，并且，线下课堂训练环节中教师的实时指导也难以实现。故而，需要对原有的实践教学模式进行相应的调整。通过综合分析网络教学的特点及其利弊因素，课程组制订了相应的网络教学方案。在理论教学部分，沿用原有的方式，采用网络直播形式进行，教师讲解的内容以作业讲解、讨论为主；在实践教学部分，主要采用翻转课堂教学模式进行，将教学活动分为课前、课中两部分。将原有的线下教学中“理论讲解+实践练习”的教学流程调整为“课前微课助学+课中理论讲解+课中作业讨论”。课程中的驱动项目仍采用课后研习形式进行，同时增设学生网络互评的要求。具体课程教学计划情况见表1。表1 线下教学/网络教学学习活动对照表线下教学课 中基础理论讲解操作演示课堂训练课 后研习驱动项目网络教学课 前学习微课视频作业练习课 中基础理论讲解作业讨论交流（侧重结题思路与最优解讨论）课 后研习驱动项目学生网络互评收稿日期：2022-08-25基金项目：本文研究受上海电机学院校重点课程建设项目“数字化设计技术课程建设（项目编号：A1-0288-19-027-059)”资助作者简介：张晓青(1971)，男，浙江海宁人，副教授，硕士，主要研究方向为数字化设计。E-mail：http：/Tel：+86-551-65690963 65690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术Vol.19,No.3,January2023172DOI:10.14004/ki.ckt.2023.0123信息化与计算机教育本栏目责任编辑：王力Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第3期(2023年1月）第19卷第3期(2023年1月）2.2 翻转课堂的实践教学数字化设计方法 的实践教学采用翻转课堂教学模式进行，教学中，原来课堂教学的内容被转移到课前进行。在备课阶段，教师将系统的使用方法讲解与操作演示内容制作成微课视频，上传至网课学习平台，并同时发布若干难易程度不一的操作习题。其中，低难度习题是学生在观看微课视频、进行实践系统基础操作后即可无障碍完成的习题；高难度习题需要借助一定的应用技巧与思路才能完成。网络直播授课时，教师讲解数字化产品设计的基础理论，并结合学生低难度作业的完成情况，对微课中的基础技能进行概括总结，教学活动的重点放在与学生共同讨论剖析高难度作业的解题思路与最优解题方法上。线下教学模式下，学生在教师的统一安排下学习数字化设计基础理论，然后练习应用技能与方法，整个教学过程是一个从理论到实践的进阶过程。网络教学模式下，学生自主选择时间进行课程内容学习，在学习微课视频后，学生需自行摸索与练习数字化设计方法，然后在网络直播教学中学习相应的理论知识，并从相关设计思路分析与应用技巧分享中提高自己的认识。在这个学习过程中，知识的获得与技能的提高完成了从实践到理论再回到实践的循环过程，教学层次实现从“授之以鱼”到“授之以渔”的跃迁。同时，学生数字化设计能力的提升途径也从教师课堂巡视中的指正错误转变为学生交流探讨后发现自己的不足并通过多种途径予以改进。在这个学习过程中，学生成为自身学习行为的管理者，学习行为更为积极主动。同时，课程教学中的实践教学部分从单一的课中学习转变为课前自学与课中交流相结合，促使课程的正式学习和非正式学习在时间上实现了“翻转”，理论学习与实践学习在内容交汇上实现了“翻转”1。同时，这种教学活动也是学生与教师在学习主从作用上的“翻转”，在这一以学生为中心的转变过程中，学生的主体作用得到了发挥，教师则起到了激发和引导学生学习积极性、主动性的作用。2.3 生互评的驱动项目课程学习过程中，学生以小组(2-3名学生/组）为单位跟随课程教学的进度同步完成驱动项目。每个小组设计真实存在或创意构思的机械装置，学生能通过机构运动独立完成特定功能。装置包括15种以上零件，且至少2种以上零件具有中等复杂程度。项目成果包括零件及装配体模型文件、分析检测报告与工程图样。驱动项目为学生提供了运用课程知识解决实际问题的生产模拟情境，帮助学生在掌握数字化设计技能的同时树立学以致用的思想。驱动项目通常在课后进行。线下教学模式中，各项目小组基本处于独立完成项目的状态，相互之间缺乏交流。而在网络教学过程中，课程教学实行“学生互评”的评议制度。各项目小组在创意建模检测工程图处理等各阶段均需将数字化设计实施情况、项目难点及解决方案等介绍内容提交至网络平台，接受其他小组的观摩。每个小组须就其他小组驱动项目具体的实施情况进行评议，指出其中的不足，提出更为合理准确的解决方法。同时，也要对其他小组评议意见予以回应，修改与完善本组项目。汇报、评议、讨论等内容按质量高低评分，计入驱动项目成绩。项目研究中设置有学生互评环节，最大限度地扩展学生之间的专业讨论范围，大幅增加频次，使其他讨论层次不断深入。班级范围内，学生之间的信息交流容易引发头脑风暴效应，产生思维共振，为学生创新思维的形成提供了良好的机会。在加深专业知识理解的同时，学生能够正确运用专业术语进行交流，学术交际能力也能够得到锻炼2。2.4 分层分组的教学探索不同的学生在现有知识掌握程度、学习能力等方面均存在一定的个体差异。认识并接受学生的这些个体差异，可以确保在实现教学目标的同时，给不同层次的学生确立不同的学习要求，使其能经自身努力实现知识与能力的提升，这也是因材施教教学理念的切实体现，是对每一个学生学习积极性的尊重与保护。在驱动项目环节，教师开展了分层分组的教学探索。项目开始前，任课教师设计专门的问卷对学生的情况进行调查。并依据以往学生的专业课程学业成绩，按学习水平高低将其划分为不同的层级。同时，依据学生分析、创新、规划等能力的自我评价情况，对每个学生的特质能力进行强弱评估。学生遵循以下三项原则进行自由组合，形成驱动项目研究小组。第一，同组成员学习能力应处于同层级；第二，同组成员强特质能力应有类别差异，弱特质能力则不宜同类；第三，多项特质能力为弱的学生之间不得同组。研习小组自选驱动项目内容时，在满足课程目标要求的前提下，教师会根据小组成员的学习能力层级提出难度不一的目标要求。小组成员特质能力强弱错位结合，有助于组员之间形成优势互补，避免因成员弱特质能力相似而出现集体摆烂的情况。学业水平相近的学生组合在一起，形成“最近发展区”，成员间的交流容易得到相应的回应，进而产生共鸣，学生的学习热情也会受到激发，这样能使不同层次的学生都得到适度的锻炼与提高3。实践表明，分层分组模式下的驱动项目研究中，虽然各小组接受的项目要求不尽相同，但都能完成项目研习，达到锻炼数字化技能与培养创新思维的目的。173本栏目责任编辑：王力信息化与计算机教育Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术第19卷第3期(2023年1月）第19卷第3期(2023年1月）2.5 构建自由学习空间网络教学模式之下，学生以独立自主的方式学习，成为学习环节的组织者与管理者。网络教学平台是最主要的教学场所，平台上的学习内容是最主要的学习素材，是翻转课程教学的基础。学生通过对平台内容的自由学习，习得数字化设计应用方面的基础认识与应用方法，并结合自己的学习成果参与课堂讨论，不断提升自己的能力水平。同时，平台内容的质量水准直接决定着学生的专业基本认识程度，影响着后续知识构建与内化的成效4。依据课程大纲要求，教师对教学内容进行必要的切分、整合与重组，使教学内容更适应网络教学的需要。教学内容以课程知识矩阵的形式呈现在教学平台上，这对学生的自由学习起到了明显的引导性作用。目前，网络上的数字化设计应用操作视频教程多如牛毛，却难以适应课程教学的需要，因为这些课程的内容水平参差不齐，甚至存在原则性的错误，容易误导学生。教师原创制作优质的教学视频，契合教学内容，能够有效帮助学生理解与掌握数字化技能，有助于提高学生对数字化设计应用技能的整体认识。在网络教学平台上，教师会同时向学生提供机构运动、工程表达规范、数字化制造等其他专业课程的知识点链接，帮助学生拓展自己的专业视野，以加深对知识内容理解，将自身置身于专业领域全面审视与学习数字化设计技术。3数字化设计方法 课程网络教学中需要注意的事项目前，高校大学生电脑与智能手机的普及率普遍较高，这使得通过网络获取各类资源成为大学生日常学习和生活中的重要活动内容。网络化的学习方式打破了地域空间限制，学生不受学习时段的约束，这能够满足具备学科基础知识与自学能力的高校学生进行移动化学习的需求5。影响 数字化设计方法 课程网络教学效果的最重要因素是学生，学生不同的学习态度与参与程度，会对其学习结果产生深刻的影响。频繁缺课与学程严重滞后等原因，势必会影响学生 数字化设计方法课程的学习效果，并且这种现象在高校中并非鲜见。教师在进行严谨治学宣传的同时，还要通过考勤、作业、课堂交流、项目检查等方式及时了解学生的学习情况，并在课程教学中采用多种方式与学生保持联络与交流，鼓励他们积极、主动学习。统计数据表明，数字化设计技术 课程的网络教学实践教学效果较为理想，学生的学习成绩有明显提高（见表2)。表2线下教学/网络教学班级学生学习成绩比例对照表课程成绩线下教学班级网络教学班级90-1000.00%5.56%80-899.52%25.00%70-7926.19%22.22%60-6940.48%36.11%不及格率23.8