基于混合教学的数控技术课程网络化平台研究
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作者:任皓 张帆 曾励 竺志大
摘 要 针对当前国家对工程应用型人才培养的要求，以数控技术课程为研究对象，进行基于混合教学的课程网络化教学平台建设的研究。分析工科核心专业课程教学所面临的各种挑战，提出基于混合教学的数控技术课程网络化教学平台的结构框架，并给出网络化教学平台建设中的三个实施原则，实现以学生自主学习为核心、教师引导支持为主要支撑的新型课程教学模式，为新环境下以能力培养为主要目标的大学专业课程教学改革提供一种新的思路。
关键词 高等教育;数控技术;混合教學模式;网络化教学平台;应用型人才;新工科
中图分类号：G642.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2020）02-0049-03
1 引言
十九大以来，党和国家对高等教育高度重视，提出的七大发展战略每一个都与高等教育密切相关。以新技术、新产业、新模式为代表的新经济对高等教育尤其是高等教育中工程应用型人才的培养提出更新更高的要求[1-3]。“中国制造2025”“创新驱动发展”等国家战略的实现也渴求高等工程教育在人才培养模式和方法上取得突破，为社会输送更多有能力的工程应用型人才，以应对智能制造、人工智能、机器人、大数据等新兴产业快速发展对人才的渴求[4-7]。
数控技术作为工科类机械专业一门理论性与实践性都很突出的必修课程，在课程内容方面具有典型的机、电、控一体化的多学科交叉特征，在机械专业工程应用型人才培养中具有非常重要的地位。本文以数控技术课程为课程研究对象，针对国家对工程应用型人才培养的迫切需求和教育部对推进高等教育新教学方法改革的要求，深入研究在基于混合教学的数控技术课程实践中的一项核心工作——网络化教学平台的建设，对机械类专业课程的教学改革和创新进行尝试。
2 混合教学模式下平台建设的新挑战
混合教学（Blended Learning）是一种传统学校在校园环境内组织开展的课堂教学与互联网环境下快速发展起来的网络在线教学碰撞、竞争后产生的结合两者优点的新型教学方式。它既提倡网络在线教学中以学生作为学习主体的重要性，希望通过学生的主动性、积极性与创造性提升学习的效率和质量;又强调发挥教师在教学过程中的主导作用，指出教师的引导、启发、监控有助于学生系统和全面地掌握所学的知识与技能。这种新的教学模式受到世界各国教育界的重视，美国《地平线报告：2017高等教育版》指出，混合式学习设计是未来影响高等教育变革的短期关键趋势之一[8-11]。
作为一种新型教学方法，混合教学活动的开展既涉及课堂内又涉及课堂外。在整个线上线下教学活动中，网络化教学平台作为师生之间联系的纽带和学生学习、练习的重要环境之一，直接关系到混合教学能否取得预期的教学改革效果。因此，数控技术课程混合教学网络化教学平台建设是实施混合教学活动的关键。混合教学模式下的网络化教学平台的设计与建设不同于传统的微课等网络教学平台，将面临新时期高等教育发展所带来的各种挑战。
1）普及化阶段教育的挑战。当前我国高等教育已经基本完成从大众化教育向普及化教育转变，大学生毛入学率即将超过50%。在这样的社会状态下，大量不同层次、不同能力、不同心态的学生进入大学，必然给原有的大学教学模式带来冲击，传统精英化教育单一的教学手段和单调的教学管理已不再适应新的情况。新的教育环境要求网络化教学平台的建设从不同学生的认知能力出发，结合专业教学培养目标，为学生提供全面的学习资源和练习环境，构造不同的课程教学场景与学习途径，让学生能够选择适合的学习途径，从而激发学习兴趣，提高学习的效率和质量。
2）科技快速发展的挑战。科学技术的快速发展带动了全球经济的巨大变革，科技与社会发展的日新月异要求高等教育适应当前知识爆炸式发展的新趋势。这就需要改革现有的教学培养体系，把新科技、新知识引入课堂，针对新兴的产业和新经济建立新的专业，培养掌握新科技的新型专业人才。当前我国高等学校开展的“新工科”人才培养改革就是应对这一挑战的国家教育策略。“新工科”人才培养需要网络化教学平台加快新知识进入教学平台的周期，适应新知识产生速度不断加快的趋势，以保障学生能够快速高效地理解和掌握这些最新的科技与知识。
3）社会快速发展对人才能力要求的挑战。科技与社会的发展变化对现代科技人才在各方面能力都提出新的要求。新兴产业和新经济急需专业实践能力强、创新能力强、协作沟通能力强、能引领技术发展趋势的高素质复合型“新工科”人才。网络化教学平台必须要适应“新工科”对于人才全方位能力培养的需要，不能再局限在传统专业知识传授这单一方向，需要增加多种能力培养与锻炼的项目与功能，建成适应“新工科”人才培养需要的新型课程教学环境，让学生真正能够通过在教学平台中进行各种学习活动，锻炼自己的各方面能力。
3 数控技术课程混合教学平台架构
应对上述高等教育发展所带来的挑战，数控技术课程教学平台建设的重点是重构教学过程和教学环境，不同于一般慕课、微课等零散化学习的网络学习平台建设，要综合新兴的网络化、虚拟化教学手段和工程领域的最新成果，以专业培养目标为主线，建立一个能够进行知识学习、技能锻炼和能力培养的综合网络虚拟学习空间。教学平台必须支持学习过程从课堂向课外延伸，支持多元化教学过程的组织和管理，提供支持学习和技能训练虚实结合的网络化学习环境。平台架构如图1所示，包含应用界面、功能模块和基础环境三个结构层次。
应用界面是数控技术课程教学平台面向使用者的应用接口。在混合教学模式中，学生是学习的主体，教学平台需要为学生提供一个方便的应用界面，让他们进行学习资源的浏览、观看，完成作业练习，进行自测考评，甚至参与课程综合拓展项目的实践，实现自主把握学习进程，提高学习质量的目标。教师在混合教学模式中是监督和引导学习进程的重要支撑，需要通过教学平台提供的应用界面，完成各种教学资源、练习资源、测试资源和综合项目等教学内容的发布，对平台采集的学生学习数据进行分析，以便对学生的学习进程加以指导。应用界面还应提供师生教与学的交流界面，方便师生答疑、研讨和指导交流。 应用界面仅仅是一个应用接口，而各种教学功能的实现在功能模块层中完成。如学习资源的上传、发布、浏览、修改、访问次数统计、浏览时长统计等功能，就要通过学习空间功能模块进行统一实现，再通过应用界面把相关的功能权限发放给学生或教师，以完成相关的学习进程。功能层的建设是平台建设的核心，需要平台的开发者与教师通过深入沟通，以完善平台对教学活动的有效支持。
基础环境是教学平台实现的软硬件综合。教学资源数据库为平台的学习、练习、测试项目等多种教学活动网络化的海量数据的存储、使用和管理提供支撑;数字孪生实践环境将最新的数字孪生技术与虚拟实践教学方法相结合，为数控技术课程的工程实践训练和工程探索提供虚实结合的学习空间;网络社交平台为混合教学平台与微信、QQ等常用社交软件建立方便的通道，方便学生与教师的教学交流。
4 数控技术课程混合教学的实施
课程知识点碎片化 数控技术课程混合教学网络化教学平台的实践需要在教学设计上按照学生的基本认知和学习规律，结合信息化社会学习和信息传播的特点，改造原有课堂教学模式集中传授知识方法。国外行为学和心理学研究表明，人类在知识获取过程中学习效率最高的持续时间一般在6～7分钟，超过这个时间，学习和记忆的效率就会快速衰减。根据这一认知规律，最高效的学习方法是碎片化学习。因此，教学平台的学习资源组织需要对课程涉及的知识点进行分解细化，构建便于学生学习和掌握的知识碎片。与知识点的碎片化相对应，练习与自测也需要设计得短小而频繁。学习进程中设置每天、每周的知识点练习与自测计划，每个练习与自测的量要小，通过增加测试或练习的频繁度保障知识点复习的覆盖率，从而提高学习效率。
课程技能练习的虚拟化 数控技术课程不仅包含大量的专业知识，还涉及数控加工设备的使用和维护等技能方面的内容。这部分内容在慕课等网络课程设计中往往会被忽视或仅做相关知识的讲解，现有的课程教学体系则是通过实验课与实践训练环节锻炼学生的实际操作技能。在两种教学方式中都存在教学组织困难、技能训练量不足、技能训练综合度不高等问题。数控技术课程混合教学网络化教学平台实施的一个重要工作就是将虚拟现实技术和网络技术的最新成果相结合，构造与实际技能训练的设备环境相对应的网络化虚拟孪生训练空间，使学生能够更方便地在虚拟环境中练习操作技能，通过更多的操作练习机会提高工程技能的熟练度，并通过该环境完成深度实践项目训练与实际操作技能考核，全面增强学生工程实践能力和创新能力的培养效果。
以项目和学科竞赛为抓手，提升学生创新能力 数控技术课程混合教学网络化教学平台的实践始终要重视学生工程能力与创新能力的培养与锻炼。能力的培养不是仅靠知识传授与转移、技能的学习与锻炼就能获得的，通常要通过全方位的锻炼和经历，从小到大、从局部到全面，通过众多的锻炼和全面的经历，让学生在实践过程中体会、总结和领悟，才能最终得到提高，尤其是创新能力的培养更是所有能力培养中最为复杂的。因此，在平台建设中要为学生的能力培养设计相应的实践项目和竞赛目标，通过一个个从小到大、从简单到复杂的项目训练，让学生把课程中掌握的知识与技能学以致用，在实践中锻炼自己的能力。在项目实践之外安排贯穿课程教学进程的竞赛活动，激发学生你追我赶的学习热情，同时培养学生解决实际工程问题的创新能力。
5 结语
基于混合教学的课程网络化教学平台建设是当前高等工程教育开展教学改革，提高教学质量的一项重要教学建设措施。根据多年的数控技术课程教学经验，针对基于混合教学的数控技术课程网络化教学平台建设开展探索研究与实践尝试，提出数控技术课程混合教学网络化教学平台的三层型架构，给出混合教学平台建设的重要方法。研究表明，充分利用碎片化学习的新型学习模式和虚实结合技能训练，能提高学生学习的自主性和学习兴趣，外延的教学过程和方便的师生交流可以很好地改善学生的学习效果，扩展的综合创新项目与学科竞赛极大地锻炼了学生的工程创新能力。混合式教学探索是一项长期工作，需要不断将新的信息技术与课程教学深度融合，为学生专业能力的提高和发展提供更好的途径。
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