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2021.05
包装机械混合式教学改革实践

碎片化教学方法及以信息网络技术的迅猛发展,可能对高等教育课堂教学发生革命性改革的深刻影响。以“学生为中心、课程目标为导向”的混合式教学模式,正成为高校课堂教学改革的一种发展趋势。结合包装机械混合式课程,以“金课”标准设计教学内容,以全程考核模式夯实教学效果,开展混合式教学改革的实践。

包装机械课程是包装工程专业的核心专业课程,培养学生工程分析能力和包装机械设计的创新能力,提升学生解决复杂工程技术问题的能力;主要讲授包装机械的组成、供送系统、传动系统设计、总体设计、典型包装机械(灌装机械设计、袋装机械设计、裹包机械设计、封口机械设计)、包装生产线设计。当前,包装机械课程面临的教学问题主要表现为以下几个方面:1.包装机械结构多、机构多、零件多以及类型、结构、运动复杂等特点,学生无法完全掌握包装机械零件结构及设计知识;2.传统课程教学模式缺乏创新性、发现和解决问题思维培养,难以满足现代包装行业对工程创新能力的需求;3.以知识传递的课程教学,对学生解决复杂工程问题能力培养不足,尚不能完全适应培养新工科人才的素养要求。本文介绍在包装机械课程教学中以“学生为中心、课程目标为导向”的混合式教学模式,以期为解决上述问题提供借鉴,为包装机械课程教学提供有益参考。首先阐述包装机械混合式教学改革内容,然后分析广西大学包装机械课程中实施混合式教学模式的实践情况,最后介绍该课程教学改革的创新与效果。

一、混合式教学改革的内容

教育部高等教育司司长吴岩就“一流专业和一流课程”议题,提出打造有“高阶性、创新性、挑战度的金课”。高阶性是知识、能力、素质有机融合,培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维;创新性体现在前沿性和时代性的课程内容、先进性和互动性的教学形式以及探究性和个性化的学习结果;挑战度指课程具有一定难度,需要教师在课程中融入更加深入的思考内容,需要学生多思考或动手才能获得相关知识和能力。在具有高阶性、创新性和挑战度特征的“金课”教育理念的影响下,大规模开放在线课程迅速崛起[6],其特点是“学生自主学习为主”,但严重缺乏监管,教学效果得不到保障。线上线下混合式教学模式应运而生,它结合了传统教学方式和在线课程的优点,是一种新的教学模式。以“金课”标准为设计思想,多维化的课程目标为导向,以学生为中心的教学方法,通过认真分析包装机械课程中教学内容的特点,建立预习-思考-讨论-反馈-提升的知识点学习的体系化流程,制定混合式教学改革的内容。

(一)以“金课”标准设计教学内容本课程以需求导向+专业毕业要求(OBE)、思想性、科学性、时代性、高阶性、创新性、挑战度的设计思想,以培养学生正确的工程伦理和扎实的工程知识、学生预习-思考-讨论-提升的学习态度和团队合作精神,掌握包装机械设计和包装机传动系统设计等知识,具备包装机械设计能力,重点培养学生应用、创新能力为目的,以学生为中心的教学方法,构建全新的教学内容。教学内容以教育部普通高等学校包装工程专业规范的要求合理安排,教学内容的资源主要有线上和线下资源。线上资源的内容由线上学习资料和线上测试考试两部分组成。线上学习资料主要由大量的教学微课及相关软件学习视频,教学课件、习题及分析与答案、团队项目及论文、辅导资料等拓展资料,以及试题和平时测验等组成。这些丰富、完备的线上学习资料为学生提供了各方面内容的素材,可以保证学生学习的质量。教学微课及学习视频都是以知识点碎片化的形式发布。碎片化教学方法以及信息网络技术的迅猛发展,可能对高等教育课堂教学发生革命性改革的深刻影响。碎片化教学方法是教师合理地将教学内容分割,制作成合理的碎片化知识点内容,然后通过网络或者课堂在较短时间内(通常8-12分钟)以各种形式如专题、故事等讲授给学生的教学方法;这种教学方法较好地利用了人们的注意力集中时间不长的特点,使学生在较短时间内获得相应的知识。线上测试考试部分主要是平时测验和在线考试两部分。平时测验包括随堂测验、自学测试、课前自测及课后检测,在线考试提供学生在进行专题学习后的考评;这些考试为学生了解课前自学效果提供了有效评价方法。为了使学生在学习过程中更加详细了解课程知识,课程提供了线下辅学资料。线下辅学资料主要针对课程的复杂机械、机构动画及图纸,以及前沿、前导及后续发展的相关内容。通过学习这些资料,学生对本门课程知识的了解和理解将更加深入和深刻,有利于学生进一步创新。以包装工程基础理论知识为支点,以线上理论知识学习为前导,课程团队根据当前包装机械领域的技术问题凝练专题、协同企业导师,通过线下翻转课堂引导学生对专题内容进行探讨、与企业导师深度交流,提升学生对包装专业的热爱,加深学生对包装机械的认识与理解,培养学生创新、发现和解决问题思维。根据不同的课程内容,聘请在包装机械设计、包装生产线管理、包装及印品检验等方面具有丰富实战经验的企业导师到课堂与学生面对面进行交流。在线下翻转课堂过程中,教师根据不同教学内容采取不同方法因势利导强化学生能力的培养。例如,对复杂的设计计算部分采用演绎策略使学生深刻理解推导过程,在启发学生包装机械设计思路时利用探究策略,在虚拟仿真设计部分采用情景策略。

(二)以全程考核模式夯实教学效果目前,最普遍的评价教学效果的方式是平时成绩与期末成绩的结合,不重视课程实施过程效果的评价;这种评价方式对学生的学习效果及教师的教学效果反馈比较滞后,与目前的教学要求不符。本课程的考核模式采取过程性评价、表现性评价及终结性评价相结合的方式,以全程考核模式夯实教学效果。过程性评价分为线上视频、线上作业和线上测验。线上视频数量82个,时长617分钟,全部看完占比5%;线上作业共计16次,108道题目,总分521.5分,占比10%;线上测验共计14次,102道题目,总分207分,占比10%。表现性评价为翻转课堂的情况表现。表现性评价主要为翻转课堂的练习测验、问卷、课堂讨论、课程论文、PPT讲解、点名问答、签到考勤,占比20%。终结性评价为期末考试,共计100分,占比55%。通过课前的过程性评价,教师可以了解学生课前知识的掌握情况,从而为教师的翻转课堂设计指明方向;通过翻转课堂评价,教师可以了解某一类型课程翻转课程的设计是否合理及后续的改进策略;通过终结性评价,教师可以了解学生最终对课程的掌握情况,以备下一阶段的教学改进。同时,通过全程考核模式,还可以了解与本课程相关的课程教学是否需要改进及改进策略,对提高本学科的教学效果起到积极作用。

二、混合式教学改革的实践

本混合式课程在广西大学经过多年建设,突出以学生为中心的教学设计理念,以典型包装设备为对象,以工程分析能力和方案解决能力为落脚点,着力提升学生包装机械创新设计能力。

(一)课程思政本课程的课程思政以职业素养教育、爱国主义教育、法律法规意识教育以及良好习惯的培养贯穿课程教学中。在职业素养教育方面,以产品安全,特别是食品和药品的包装安全等工程伦理教育为主;在爱国主义教育方面,以我国的包装机械发展历程、著名包装企业和人物为载体进行讲述;在法律法规意识教育方面,以食品、药品等相关产品的安全法律法规为主;在良好习惯的培养方面,以大学生的生活、学习等方面的实际案例为主对学生进行教育。

(二)混合式教学的实践本混合式课程的实践过程分为课前自学、课内探究和课后巩固三个模块。1.课前自学学生通过网站、APP等手段观看微课视频,了解本次课程的基本内容;学生完成在线习题,师生均可了解学习达成的效果,为教师合理调整教学节奏与方向提供支持,也为学生的学习进度与侧重点指明方向。同时,学生需要阅读辅学资料、预习指定知识,加深知识的记忆和理解。此外,通过网络形式,师生可以不受时空限制,发起各种问题的讨论,相互谈论和交流学习。2.课内探究主要采用翻转课程形式,通过起-转-承-合四个环节,逐层递进,给学生搭梯子,让学生思中学,学中思,思中会,会中创。利用在线测验、教师导入知识问题、学生PPT讲解、教师重难点分析、师生互动讨论、小节与课后作业等形式,由浅入深、逐步放手,让学生获得发现、分析和解决问题的能力。课内探究的课堂教学流程。为了更好地了解包装机械的翻转课堂形式,现以灌装机械为例,说明包装机械课程的翻转课堂教学设计。(1)起:初步感受环节1:快速展示PPT中各类灌装机的图片。环节2:询问同学记住了哪些灌装机?哪些没见过?激发大家思考的兴趣。环节3:师生交流。要点:主要讨论灌装机的分类、组成以及灌装的基本方法。(2)转:深入分析环节1:观看2种典型灌装机的灌装过程视频。环节2:询问同学视频中灌装机的适用对象、灌装特点、原理及灌装过程,对比2种灌装机的不同之处。环节3:师生交流。要点:不同灌装方式的原理及灌装过程细节。(3)承:知识拓展环节1:观看灌装阀的平面图、三维立体图、装配图及爆炸图。环节2:提问同学灌装阀的组成及主要零件的用途。环节3:师生交流:不同灌装阀结构特点,要点:让同学掌握灌装阀结构。(4)合:小节提升环节1:学生完成拓展题:旋转型灌装机组成、主要执行机构、灌装阀结构及其如何与灌装要求相适应?通过课程平台完成答题。环节2:学生作业互评。通过网上平台开展自评。环节3:老师总结。要点:简要回顾课程内容,着重分析灌装过程细节和灌装阀结构,最后点评同学们的拓展题。3.课后巩固充分利用网络资源,建立不同任务的学习小组,让学生获取课堂之外的课程内容信息来充实所学知识,还可以相互交流讨论,并进行总结、反思、修改,然后创造新的成果,达到高阶思维的能力。例如学生通过学习裹包机构的知识,联想到某类产品的装配机械手,并利用裹包机构的特点对装配机械手进行改进,即是一种创新。

三、课程创新

学科每年邀请行业内企事业单位的专业技术人员和专家参与到本课程的教学,构建了企业导师-学生互动的一种线下翻转课堂新形式。企业导师以当前国内外包装行业最新动态、实际案例和讲解人的切身实践经验来化解学生面对的复杂工程技术问题。在课程的教学过程中,通过专题模式的形式让学生深刻理解课程的重难点内容,从而达到学生提高分析和设计能力、系统思维能力的目的,体现“金课”的高阶性与挑战度[9]。以气动灌装阀设计为例,需要学生掌握灌装阀的工作原理、灌装工艺选择(分析能力培养),以及阀体设计、流体灌装时间的设计计算(设计能力培养),学生自学三维建模软件完成气动灌装阀设计(系统思维能力培养)。

本课程强调包装机械设计功能表达与部件设计方法,利用包装机械的部件结构数字化、工作原理仿真化的线上学习、线下翻转课堂的企业导师+专题课程及教学质量追踪全程化的教学过程,加强学生对各类包装机械的感官认识、开阔学生的专业知识视野,突出创新意识与实践能力的培养,形成相对前沿的信息化教学环境、资源及开放特征的形式,构建了线上线下混合式的企业导师-专题课程教学新模式。在教学过程中,强化学生参与的“以学生为中心”的教学理念,建立预习-思考-讨论-反馈-提升知识点学习的体系化流程,以重难点内容的碎片化教学手段提升学生各方面的能力,邀请企事业单位的技术人员作为企业导师,团队凝练专题、开展专题教学的模式、全程考核模式夯实教学效果等贯穿整个教学过程。目前,由于新生代大学生的个性特点、包装机械的前沿性研究以及新型冠状病毒疫情对教学模式的影响,包装机械混合式教学需要教师在教学工作中投入更多的精力,收集创新性、开放性的课程素材,提高学生参与度,从而激发学生的内驱力,培养学生的创新意识和创新能力,为包装机械的人才培养提供有力支撑。


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