机械测量技术基础课程混合式教学改革

摘 要：文章介绍了“机械测量技术基础”课程开展的线上与线下、理论与实践、虚拟与现实相结合的混合式教学改革基本情况，在教学设计、教学条件、教学手段和教学内容等方面进行了全新的整体设计，重点阐述了课程教学的改革措施与实践，对教学质量的提高进行了有益的探索与思考，以期对工程训练其他工种模块教学起到良好的促进作用。

关键词：“机械测量技术基础”；混合式教学；改革与实践

随着教学信息技术的升级和教学方法的演变，慕课、微课、共享课等教学形式不断应用到教学中，三维模型、仿真动画、虚拟现实、增强现实等教学资源和技术手段众多，翻转课堂、智慧课堂等形式多样，建立起线下线上多种媒体相结合的教学模式[1]。“机械测量技术基础”是高等工科院校机械类及非机械类专业工程训练中的一门实用性和操作性很强的模块化课程。教师在教学实践过程中不断探索与实践，利用网络教学平台的智慧课堂教学工具将课程的线上与线下教学相结合，建立了线上与线下、理论与实践、虚拟与现实相结合的混合式教学模式。通过指导教师与学生之间的互动交流活动，将“机械测量技术基础”课程打造成一门理论基础扎实、教学形式灵活、实践体验效果好的混合式“金课”。

一、“机械测量技术基础”课程概况及教学条件

（一）课程概况

“机械测量技术基础”课程来自作者开设的“机械加工中的测量技术”选修课，从最初集中演示操作练习，到分组实训，再到工程训练分层次（A/B/C/D 组）实践，并满足竞赛及加工需求，在不断的教学探索中明确了培养目标。机械测量技术同机械设计与制造、质量控制、生产管理等许多领域密切相关，它既是产品加工和验收过程中的重要环节，也是机械工程专业人员必须掌握的知识和技能。同时，“机械测量技术基础”作为工科类专业技术课程，应结合不同学生的特质和认知能力，利用常用量具及工具，以技能训练为主、具体测量与拆装项目为载体进行课程设计。测量实训项目的选择具有典型性、实用性及综合性特点。主要任务是培养学生机械零件质量意识、责任意识，养成科学、严谨的工作态度；零件测量的专业能力；常用量具使用、数据分析判断及归纳总结能力；团队合作的社会能力。

（二）教学条件

安徽工业大学专门建立了测量与拆装实训室，购置了大量的测量装备。实训室配备了 16 个测量平台，并配置多媒体教学设备，可同时满足 32 人 / 组的实训教学；配置了 8 台各类实用减速器、16 台单级和两级圆柱齿轮减速器教学模型，可满足 32 人 / 组的演示和拆装教学。课程教学团队成员的学历都在本科以上，专业技术职称或职业等级为实验师、技师及高级技师，有着丰富的教学和实践经验。同时利用超星泛雅网络教学平台建设了线上课程（如图 1），设计教学章节内容，并在实践中使用智慧教学工具开展混合式教学，同时不断丰富各类教学资源。

二、“机械测量技术基础”课程混合式教学设计

混合式教学是将网络化在线教学和传统教学的教学优势结合起来的一种线上 + 线下的教学，并通过两种教学方式的有机融合，可以把学习者的学业由浅入深地带到更加广泛的学习领域[2]。“机械测量技术基础”课程紧紧围绕新工科提出的人才工程教育培养路径，以项目驱动的教学方式，精心设计课程教学内容。“机械测量技术基础”课程以机械测量前沿技术为背景，以具体零件测量项目、典型机械设备的拆装和测绘为教学内容，培养学生发现并解决问题的能力。教学流程的设计是混合式课堂教学设计的基础和核心，它涵盖了课前、课中和课后 3 个环节[3]。课前：学生预先掌握“机械测量技术基础”课程线上章节的内容，打好“机械测量技术基础”课程理论知识的基础，通过章节中PPT、视频、图片、动画等多媒体资源的学习，积累对机械测量技术知识的感性认识，便于课堂教学内容的内化；课中：掌握机械测量技术知识的重难点，内化有关知识点，巩固和加深认识；课后：进一步加深和强化学习，实践操作能力得到提高，学以致用，并且更加注重线上教学平台、QQ 群等多种途径与师生进行互动交流。同时课程中蕴含着大量的课程思政元素，将有益于思想政治教育的相关知识元素融入到课堂知识讲授中，采用有益于学科元素融入的形式达到思想政治教育的目的，因此在课程设计时，应在机械测量技术相关章节知识点上充分地融入思政元素，如古代测量工具（王莽的青铜卡尺）、中国制造 2025、工匠精神、大国工匠、国之重器等，通过价值观的引领，达到“课程育人”的目标。将思想政治理论课程中的世界观、人生观和价值观，意识形态教育，社会主义核心价值观等与一门学科课程教育中的教师职业道德、敬业精神、工匠创造精神、团队精神等紧密地、有机地结合起来，在潜移默化中使学生真正接受到社会主义核心价值观的物质启发和精神熏陶，真正达到培养具有全球视野、家国情怀、创新精神、专业素养的优秀人才的教育目标[4]。按照课程教学大纲的目标与要求，厘清教学思路，重新整理教学内容，对教学多媒体课件、教学指导书等教学资料进行修订，制作常用量具三维模型库、课程试题集，以及 VR3D 资源库等，并根据不同层次组别的实训时间安排合理的教学项目内容。线上课程基于超星泛雅网络教学平台建设，将课程分为机械测量技术常识、尺寸测量等10个章节，每个章节根据知识点的不 同 插 入 视 频 、音 频 、动 画等，并设计主题讨论、章节测试等环节内容。线下实训教学环节，学生动手操作常用测量工具及典型拆装设备，对零件进行测量并检验尺寸是否达到图纸技术要求。学生要在规定时间内完成零件的测量、设备拆装及典型零部件的测绘等任务。通过完整的测绘教学过程，有利于培养和提高学生解决问题的意识与能力，尤其是对零部件的加工设计及装配等工艺的分析意识和技术操作能力，实现对其他专业技术素质的培育；训练项目一般采用团队小组制，组内的学生之间既有分工又可以互相合作，在实践的过程中可以有针对性地培养学生独立思考及动手、分工和互相协同解决复杂工程问题等综合能力。“机械测量技术基础”课程中有大量的测量工具，以及典型拆装设备，将先进的虚拟现实技术与课程实践教学结合起来，形成虚拟与实践的混合式教学，为课堂教学提供了一种崭新的途径，转换了教师和学生之间的位置，学生不再单纯依靠“听”来获取知识，更多的是通过实际动手“做”来加深学习的印象。在广泛的机械测量与拆装测绘知识内容中提供无限的虚拟体验，从而加速和巩固学生学习知识的过程，亲身经历、亲身感受比空洞抽象的说教更具说服力，主动地去交互与被动的灌输，有本质的差别。使用机械专用建模软件对实训教学里的测量工具、拆装设备及零件等进行三维建模，将原本 PPT 课件中二维且静态的图片、图纸素材呈现为三维动态可视化，并在素材与三维模型之间建立链接，让学生更加容易理解常用量具的结构，从而吸引学生的注意力。通过 VR 眼镜及操作笔在专业的 VR 设备上进行交互操作，让学生更好地了解量具和机械设备的内部结构，激发学生的学习动力和兴趣。使用先虚后实的教学方式，完善拆装设备操作的安全性，利用 VR 专业软件开发虚拟机械拆装操作系统，在保证教学效果的前提下，极大地节省了成本（昂贵的测量仪器及拆装设备），并且 VR 机械拆装设备可以反复使用，不会出现物理损伤，学生在虚拟实训环境中，可以放心地去做各种拆装操作。

三、“机械测量技术基础”课程混合式教学实施

（一）课前预习

“机械测量技术基础”课程按照微课的形式将所涉及的章节内容详细地划分为若干个知识点，针对每个知识点编写 PPT 、微视频等大量教学资源。学期开学时，教师将教务处选课学生的名单导入“机械测量技术基础”线上课程，每轮实习前通过学习通 APP 通知，让学生提前自学线上课程相关章节内容，并在线上讨论话题及练习。指导教师通过超星平台学习数据反馈，及时了解学生的自学情况，梳理线下教学内容。

（二）课堂教学

线下实习时首先通过学习通定时签到，并常用量具安全测试，限时 10 分钟完成，之后指导教师根据答题情况予以讲评。由于理论知识学生已经在线上完成自学，因此重点是通过课堂小测验及答疑等活动对线上的共性知识难点进行深入讲解。实践教学指导教师的集中演示操作，重点讲解每个量具的正确读数方法及在使用过程中的注意细节。每个量具讲解后及时与学生互动交流，询问他们是否理解和掌握，同时知识点讲解中充分融合课程思政元素。常用量具的操作是“机械测量技术基础”课程的核心环节，其教学以线下实践为主，以学习每个量具的熟练使用及注意事项为主线，主要包括：结构名称、测量范围、刻线原理、读数方法、使用保养。线上教学学生学习每个量具的理论知识点，并深入理解思考，线下教学则是在指导教师的演示讲解下，学生通过对量具实物的练习来完成，如图 2 所示。演示操作结束后，学生分成小组进行练习，结合每个测量平台上放置的多个测量零件，熟练掌握量具的基本操作技能。练习过程中，指导教师巡回指导，纠正学生的错误操作和回答相关提问，使学生对基本知识点融会贯通，在实践中不断提升自身能力。练习结束前，通过尺寸数据的小测验，检验学生对每个量具的熟练掌握程度，并在课堂提出问题，通过课堂小组讨论提升学生的合作学习能力。有效的课堂讨论，有利于调动学生投入自我探索的积极性；有利于师生互动、生生互动，有利于师生情感的沟通和信息的交流；有利于培养学生独立思考的习惯、语言表达能力和合作精神，进而不断提高学生的学习兴趣。因此，在课程的理论讲解、集中演示、实训练习，以及图纸考核环节里，始终将讨论式教学贯穿其中。

（三）课后复习

每次课程实习结束后及时统计总结并合理布置线上课程的学习任务，让每轮学生在下次课程实习前提前完成相关课程各个章节的自学，并在线提交相应作业。教师对于基础知识掌握相对薄弱的学生通过学习通 APP、QQ群进行具有针对性的辅导。在课程中的每章自学课程完成之后，学生需要对这一章节中所学的内容运用思维引路导图方法进行总结，随后还会进行章节测试，学生可以借助这一章节的考试来检测自己的学习效果。对于考试成绩低于 60 分的学生还应利用智慧工具设置重新完成测验提醒，直到完全掌握这一章节所学内容。

四、“机械测量技术基础”课程教学评价

教学评价是指依据教学目标对其教学过程和结果进行有效性的价值判断并能够为其教学决策提供有效性服务的一种活动，是对其教学活动中现实的或潜在的有效性做出判断。教学评价主要包括对教学过程中的教师、学生，以及教学内容、教学技术手段、教学环境、教学管理等诸多要素的评价。教学评价的两个重要核心环节：对教师教学工作（包括教学设计、组织、实施等）的评价，以及学生的学习成绩与效果评价———即考试与检查。课堂教学评价有诊断、激励及调节作用[5]。混合式教学在“机械测量技术基础”课程实践教学中充分应用后，通过 2020—2021 年 1 学期的课程教学的随机在线调查（样本数 253 人）统计表明，其中线上学习掌握了机械测量技术知识后对线下实习的期待达 97.29%（其中非常期待占 72.97.%），在回答“教师能有效利用线上授课时间、教学进度控制适中、上课效率高”问题时，有97.21%的学生给出肯定的答案，为线下的实习现场教学奠定良好的基础。基于超星泛雅网络教学平台建设的“机械测量技术基础”线上开放课程，目前点击量达到 17 万次，已被正式收录为教学示范包，同时申报获批省级质量工程项目———智慧课堂试点（“机械测量技术基础”）、教育部校企协同育人项目———机械测量与拆装 +VR 课程开发、省级教学示范课，以及校级首批课程思政建设立项；课程还获得第二十四届全国教师教育教学信息化交流活动项目———信息化教学课程案例三等奖、第六届全国应用型人才综合技能大赛———匠心•园丁情教师创课大赛二等奖及全国高校教师教学创新大赛———3D/VR/AR 数字化虚拟仿真主题赛项三等奖，并与国泰安公司完成了机械测量与拆装 VR 软件的制作，充分将智慧教学工具应用到实践教学过程中，初步探索出“机械测量技术基础”课程混合式教学方法，有效地将课程实践教学与网络线上教学相融合，提高了学生的实践动手能力与自学能力，但课程后期的建设还需进一步交流与学习，并在后续不断将更多的教学资源上传网课。

作者：邬宗鹏 王培珍 黄宁辉 单位：安徽工业大学