張洋梅，花海燕，楊拴強(qiáng)，沈振輝，黃昕龍

（1.福建江夏學(xué)院，福州 350108；2.福建工程學(xué)院，福州 350108）

國際競爭歸根到底是人才和教育的競爭，新工科作為一種新型工程教育，重點是培養(yǎng)時代和未來的創(chuàng)新型卓越工程人才，強(qiáng)化實踐、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力，通過創(chuàng)客模式和3D打印新技術(shù)，將真實世界的體驗融入工程教育〔1〕。在此背景下，新型本科教育模式，不再是以教師為中心在課堂講授教材的傳授教學(xué)模式，而是以學(xué)生為中心的新型工程教育模式〔2〕。借鑒美國高校開展的“以學(xué)生為中心（SC）”的新型本科教育模式，即：以學(xué)生發(fā)展為中心、以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心、以學(xué)習(xí)效果為中心，核心是從“教師”轉(zhuǎn)變到“學(xué)生”、從“教”轉(zhuǎn)變到“學(xué)”〔3〕。實踐證明，布魯姆的掌握學(xué)習(xí)理論對提高教學(xué)質(zhì)量、轉(zhuǎn)變教師教學(xué)觀念具有較好成效。掌握學(xué)習(xí)理論的教學(xué)策略關(guān)鍵在于將系統(tǒng)的“個別化反饋-矯正程序”與常規(guī)的群體教學(xué)相結(jié)合，給予學(xué)生足夠的時間、適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)和個別輔導(dǎo)〔4〕。

Creo作為機(jī)械類工科一門重要的技能課程，在創(chuàng)新型卓越工程人才培養(yǎng)體系中占有重要地位，對未來產(chǎn)品的創(chuàng)新與設(shè)計提供必要的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力。該課程有益于培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計思維、設(shè)計表達(dá)能力、創(chuàng)新能力，因此，有必要學(xué)習(xí)“掌握學(xué)習(xí)”理論的核心思想，并對Creo課程開展“以學(xué)生為中心”的混合式教學(xué)。通過班級授課、小組研討、線上-線下、理論-實踐相結(jié)合的混合式教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提升課程的教學(xué)質(zhì)量。

1 Creo軟件課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前很多高校均已開設(shè)了Creo課程，歸為工具學(xué)科，注重軟件界面操作和命令使用，輕視產(chǎn)品設(shè)計思維的培養(yǎng)〔5〕。傳統(tǒng)授課模式和單一課程考核方式，很難激發(fā)當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。通過對學(xué)習(xí)Creo課程的182個學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)上問卷調(diào)查，學(xué)習(xí)的最大困難在于知識遷移能力不足（58.24%），其次是缺乏產(chǎn)品設(shè)計思維和自我約束能力不足，最終，學(xué)生就會對本課程的學(xué)習(xí)不再感興趣了。見圖1。

圖1 學(xué)生學(xué)習(xí)Creo課程困難的主要原因

在傳統(tǒng)的Creo課程教學(xué)過程中，大多數(shù)教師是通過Pro∕Engineer舊版軟件按部就班地演示各實例的操作步驟，并要求學(xué)生根據(jù)演示步驟重復(fù)操作，以達(dá)到軟件教學(xué)目標(biāo)〔6-7〕。該陳舊授課模式已無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，難以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性，嚴(yán)重束縛著學(xué)生發(fā)揮自身的創(chuàng)新能力。Creo是一門實踐性很強(qiáng)且面向?qū)嶋H應(yīng)用的重要課程，功能強(qiáng)大，實際產(chǎn)品設(shè)計過程中，軟件20%的功能足以完成80%的產(chǎn)品設(shè)計〔5〕。因此，在有限的學(xué)時里，應(yīng)主要講授最常用的命令和該命令在實際產(chǎn)品設(shè)計過程中的應(yīng)用，而不是把所有的軟件命令全部介紹一遍。

針對現(xiàn)有教學(xué)現(xiàn)狀，對Creo課程進(jìn)行教學(xué)改革，將線上課程資源、3D打印技術(shù)、學(xué)科實踐活動等引入教學(xué)中，豐富教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)方法上增添直觀性和趣味性，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位和教師的引導(dǎo)作用，以充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。引入線上課程資源可以方便學(xué)生隨時隨地通過手機(jī)學(xué)習(xí)線上視頻教程，以維持學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；引入3D打印技術(shù)能夠讓學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計從視覺感受轉(zhuǎn)換為觸覺體驗，激發(fā)學(xué)生深度思考建模思路，主動獲取知識；引入學(xué)科實踐活動能夠讓學(xué)有余力的學(xué)生延續(xù)學(xué)習(xí)興趣，樂于探究產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。多途徑地引導(dǎo)學(xué)生多看、多想、多練，以提高學(xué)生的知識遷移能力和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計能力。

2 “掌握學(xué)習(xí)”理論

“掌握學(xué)習(xí)”理論是美國當(dāng)代著名教育心理學(xué)家布魯姆通過大量的試驗證實后提出的，是在“所有學(xué)生都能學(xué)好”的思想指導(dǎo)下，以集體教學(xué)為基礎(chǔ)，輔之以經(jīng)常、及時的反饋，為學(xué)生提供所需的個別化幫助以及所需的額外學(xué)習(xí)時間，從而使大多數(shù)學(xué)生達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)〔8〕。布魯姆認(rèn)為，人的潛能基本上是一樣的，學(xué)生在校學(xué)習(xí)成效差異主要是由后天學(xué)習(xí)和所受教育質(zhì)量差異造成的。教師在教學(xué)過程中應(yīng)信任、鼓勵每一個學(xué)生，對每個學(xué)生都要給予應(yīng)有的關(guān)愛，要相信每個學(xué)生都能達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，讓學(xué)生感受到自己是集體中不可缺少的一員。掌握教學(xué)是真正地面向全體學(xué)生的教學(xué)，不讓一個學(xué)生掉隊。

許多學(xué)生在學(xué)習(xí)中之所以未能取得優(yōu)異成績，主要問題不是學(xué)生的智力欠缺，而是未能得到適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)條件和合理的幫助。因此，教師不該把學(xué)生的學(xué)習(xí)好壞、設(shè)計表達(dá)能力的差異認(rèn)為是固有的，應(yīng)當(dāng)豐富教學(xué)方法，以最大限度地促進(jìn)每個學(xué)生的全面發(fā)展。只要能給予適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)條件，學(xué)生就會在學(xué)習(xí)中不斷培養(yǎng)和提高自身的產(chǎn)品設(shè)計思維、設(shè)計表達(dá)能力、創(chuàng)新能力。

3 Creo課程混合式教學(xué)模式的設(shè)計

1980年以來，“以學(xué)生為中心”的本科教學(xué)改革運動，席卷美國高校，為美國本科教育和社會發(fā)展做出了貢獻(xiàn)〔3〕?！耙詫W(xué)生為中心”的教學(xué)模式的基本特征是以學(xué)生的當(dāng)前狀態(tài)作為基礎(chǔ)，以學(xué)習(xí)為教育中心，建立有效及時的反饋機(jī)制，發(fā)掘?qū)W生潛力，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展；傳統(tǒng)教學(xué)模式的基本特征則是以教師為中心、以教室為中心、以教材為中心。傳統(tǒng)教學(xué)模式雖由來已久，但已不再適用于培養(yǎng)時代和未來的創(chuàng)新型卓越工程人才。教育不是為了記住各種事實，而是訓(xùn)練大腦如何思考；用昨天的方式教今天的學(xué)生，就毀了他們的明天〔3〕。

現(xiàn)有的混合式教學(xué)大多是將傳統(tǒng)課堂教學(xué)與線上課程學(xué)習(xí)相結(jié)合的一種新型教育，本文把Creo課程的混合式教學(xué)模式定義為班級授課、小組研討、線上-線下、理論-實踐相結(jié)合，是根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)來確定的。

3.1 確定課程目標(biāo) 布魯姆把教育目標(biāo)分為認(rèn)知領(lǐng)域、情感領(lǐng)域和技能領(lǐng)域，根據(jù)認(rèn)知領(lǐng)域教育目標(biāo)分類系統(tǒng)，將Creo課程目標(biāo)分為6個類型，每個類型對應(yīng)一個教學(xué)目標(biāo)，其中位于金字塔頂端的“創(chuàng)新”為終極目標(biāo)。見圖2。

圖2 布魯姆認(rèn)知領(lǐng)域教育目標(biāo)分類系統(tǒng)

記憶：了解Creo軟件的基本模塊、基本知識。

理解：掌握建模原理、理解命令內(nèi)涵，具備幾何形狀繪制能力。這部分包括：菜單功能、草繪幾何圖元、幾何圖元的約束、創(chuàng)建基準(zhǔn)特征、創(chuàng)建實體特征，實現(xiàn)二維圖形到三維實體的變換，培養(yǎng)學(xué)生的平面-空間特征轉(zhuǎn)換能力。

運用：運用建模命令表達(dá)簡單零件特征，具備零件特征信息提取和特征建模能力。這部分包括：測繪特征尺寸、圖形草繪、運用建模命令、零件局部特征的詳細(xì)表達(dá)，這是培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生知識遷移能力的重要階段。

分析：通過已具備的工程知識、運用各標(biāo)注手冊，分析產(chǎn)品特征、零件建模、裝配、模型仿真。這部分包括：零部件的表達(dá)方法、標(biāo)準(zhǔn)件和常用件、零件圖、裝配圖、產(chǎn)品運動仿真分析，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計表達(dá)能力。

設(shè)計：自主、協(xié)作、設(shè)計能力。這部分集中體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計實踐上，是培養(yǎng)學(xué)生產(chǎn)品設(shè)計思維的最好時期。

創(chuàng)新：具備工程結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ叹?，鼓勵學(xué)生參與學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目，從而發(fā)展學(xué)生產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新能力。

3.2 構(gòu)建高效有趣的混合式課堂 埃德加·戴爾提出的“學(xué)習(xí)金字塔”理論，以數(shù)字形式形象體現(xiàn)了通過不同學(xué)習(xí)方式，學(xué)者在兩周以后還能記住內(nèi)容的多少〔9-10〕。如圖3所示，在“學(xué)習(xí)金字塔”理論中，“小組討論”“動手演練∕做中學(xué)”“立即應(yīng)用∕轉(zhuǎn)教他人”為主動學(xué)習(xí)方式，應(yīng)是教師在教學(xué)過程中最為提倡運用的教學(xué)方法?？紤]到大學(xué)里學(xué)生多、課時少、教師少的現(xiàn)狀，Creo課程構(gòu)建了以主動學(xué)習(xí)、參與式學(xué)習(xí)和團(tuán)隊協(xié)作學(xué)習(xí)為主的班級授課，小組研討、線上-線下、理論-實踐相結(jié)合的混合式教學(xué)方式，減少“老師講，學(xué)生聽”的被動學(xué)習(xí)方式。

圖3 埃德加·戴爾的“學(xué)習(xí)金字塔”理論

3.2.1 班級授課，知識學(xué)習(xí) 為了更好地實現(xiàn)圖2

中的淺層教育目標(biāo)，在班級授課過程中，應(yīng)把現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)課堂相結(jié)合，引入多媒體技術(shù)、視頻教程、3D打印技術(shù)，形象、生動，既能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又豐富了教學(xué)內(nèi)容，并提高了教學(xué)效率。課前將課程實例操作視頻、習(xí)題等課前預(yù)習(xí)資料放到開放式智慧職教平臺的Creo在線課程上，學(xué)生可隨時隨地通過手機(jī)進(jìn)行賬號登入學(xué)習(xí)，可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。課中，可先進(jìn)行預(yù)習(xí)成果測試或疑點詢問，了解學(xué)生的課程基礎(chǔ)，以便教師能夠更有目的性地進(jìn)行課程教學(xué)，配以適量板書對重點操作命令進(jìn)行歸納總結(jié)，并留有足夠時間給學(xué)生動手實例操作、主動發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。在復(fù)雜實體建模學(xué)習(xí)過程中，可采用3D打印技術(shù)呈現(xiàn)實體模型特征，更能將學(xué)生難以理解的復(fù)雜抽象模型特性形象化。

3.2.2 小組研討，實踐訓(xùn)練 完成部分課時的班級授課后，學(xué)生已具備一定的建模能力，教師應(yīng)該為學(xué)生創(chuàng)造更多的主動學(xué)習(xí)條件，以更好地實現(xiàn)深層教育目標(biāo)。將Creo課程內(nèi)容分成幾個模塊，以小組研討課的形式進(jìn)行教學(xué)，小組研討有如下幾種形式：

（1）團(tuán)隊協(xié)作

為了強(qiáng)化學(xué)生的運用能力、分析能力和設(shè)計能力，在教學(xué)過程中，可把學(xué)生分成若干個小組，以團(tuán)隊的形式進(jìn)行模塊學(xué)習(xí)。簡單產(chǎn)品模型建模課堂設(shè)計如下：課前讓同學(xué)們組合成6～7人的團(tuán)隊，布置預(yù)習(xí)任務(wù)。同學(xué)們通過看課件、在線視頻教程、團(tuán)隊成員討論等方式，完成課前相應(yīng)建模命令的學(xué)習(xí)、實例的操作、團(tuán)隊自主作品設(shè)計（運用實例建模命令，發(fā)揮設(shè)計思維，自主設(shè)計作品）。課上，通過抽簽決定每個團(tuán)隊展示作品的先后順序，限時5 min。由團(tuán)隊主講人在教室大屏幕前介紹作品的設(shè)計思路與建模方法，組員對講解內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，其他同學(xué)可根據(jù)自己的想法提出一些建模思路優(yōu)化、命令運用優(yōu)化等建議，最后由教師進(jìn)行作品評價與建議總結(jié)。全部團(tuán)隊都展示后，由教師和班級同學(xué)投票選出最優(yōu)作品，并給予團(tuán)隊平時分獎勵。這種教學(xué)方式，能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）實踐訓(xùn)練

為了更好地發(fā)展學(xué)生的分析能力和設(shè)計能力，讓每個學(xué)生選定一個作品對象，在規(guī)定的一段時間內(nèi)，利用線上線下資源、課下請教同學(xué)或教師等多種途徑完成作品的測繪、建模、實體打印等任務(wù)。學(xué)生可以根據(jù)自身的建模能力選擇不同難度的作品對象，如表1所示。根據(jù)任務(wù)需求申請使用相應(yīng)的專業(yè)實驗室，學(xué)生可隨時去實驗室觀看各種教學(xué)模型，在實驗室研究、討論，開展深度學(xué)習(xí)。學(xué)生需先分析產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)特征、測繪并記錄零件特征尺寸；然后構(gòu)思作品的建模方法，完成產(chǎn)品零件建模、裝配、渲染等操作；提交給教師審核，根據(jù)教師給出的修改意見進(jìn)行模型修改與完善，學(xué)生有問題，教師應(yīng)及時給予指導(dǎo)；最后將審核通過的作品零件模型逐個導(dǎo)入3D打印設(shè)備，完成零件打印與實體裝配。在學(xué)期末的時候，利用1次課進(jìn)行學(xué)生的作品展示與PPT講解作品設(shè)計心得，相同的作品建模思路越多越好，完成作品模型的建模方法越簡單、步驟越少越好。由同學(xué)們共同選擇完成度較好的作品置于展示柜，供學(xué)生觀賞與學(xué)習(xí)。

表1 供學(xué)生選擇的作品對象

（3）反饋-矯正

“掌握學(xué)習(xí)”教學(xué)策略的關(guān)鍵在于反饋-矯正程序，根據(jù)反饋情況和每個學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，提供個別化的矯正性幫助〔4-5〕。通過上課前預(yù)習(xí)成果測試、疑點詢問、團(tuán)隊模型協(xié)作、個人作品設(shè)計任務(wù)，可以及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在不同教學(xué)階段的知識掌握程度、知識遷移能力和產(chǎn)品設(shè)計思維等方面存在的問題，提出改進(jìn)措施，督促學(xué)生及時提升自身能力。

3.2.3 第二課堂

（1）學(xué)科競賽

對于平時表現(xiàn)較好、作品完成度較好、學(xué)習(xí)成果較理想的學(xué)生，鼓勵學(xué)生組隊參加一年一次的校內(nèi)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計競賽，推薦校賽成績較突出的團(tuán)隊參加省級大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽。運用過程價值和激勵機(jī)制達(dá)到以賽促學(xué)、以賽促訓(xùn)、以賽促教的效果。圖4所示的可折疊式袋籠作品和圖5快拆式噴吹管裝置就是學(xué)生參加第十一屆福建省大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽的獲獎作品。

圖4 可折疊式袋籠作品

圖5 快拆式噴吹管裝置

（2）大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目

學(xué)校每年都有申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目的機(jī)會，教師可以鼓勵那些學(xué)有余力的學(xué)生積極組隊申報、參與，以訓(xùn)促學(xué)，讓學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，從知識型向技能型轉(zhuǎn)化，不間斷強(qiáng)化學(xué)生的產(chǎn)品設(shè)計能力。如圖6所示的一種可變截面導(dǎo)流裝置就是學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目的作品成果。

圖6 一種可變截面導(dǎo)流裝置

（3）作品專利申請

對于參加學(xué)科競賽獲獎作品的學(xué)生、參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目結(jié)項作品較為優(yōu)秀的學(xué)生，或是有較好設(shè)計作品想法的學(xué)生，教師應(yīng)多鼓勵這些學(xué)生進(jìn)行作品專利申請；在校期間獲得專利成果的畢業(yè)生，更容易得到用人單位的青睞。同時，只要目標(biāo)明確，學(xué)生就更有學(xué)習(xí)動力，學(xué)習(xí)效果更好。注重加強(qiáng)實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，最大限度激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)能力。如圖7所示的煙道除塵裝置既是學(xué)生參加第十一屆福建省大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽的獲獎作品，也是獲得實用新型專利證書的作品。

圖7 煙道除塵裝置

4 總結(jié)

Creo課程教學(xué)實踐證明班級授課、小組研討、線上-線下、理論-實踐的混合式教學(xué)，提高了教學(xué)趣味性和高效性，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)性和主動性。經(jīng)過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生的知識遷移能力、產(chǎn)品設(shè)計思維、自主學(xué)習(xí)能力都得到了提高，學(xué)生對參加學(xué)科競賽、科研項目、申報專利成果等活動的積極性也高漲了，也有了一定的成果輸出。這種將“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念貫穿課程教學(xué)的全過程，構(gòu)建一系列與當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)的新型混合式教學(xué)模式，能有效促進(jìn)當(dāng)代大學(xué)生的潛力挖掘和個性發(fā)展，成為合格的創(chuàng)新型卓越工程人才。