张洋梅，花海燕，杨拴强，沈振辉，黄昕龙

（1.福建江夏学院，福州 350108；2.福建工程学院，福州 350108）

国际竞争归根到底是人才和教育的竞争，新工科作为一种新型工程教育，重点是培养时代和未来的创新型卓越工程人才，强化实践、创新、创业能力，通过创客模式和3D打印新技术，将真实世界的体验融入工程教育〔1〕。在此背景下，新型本科教育模式，不再是以教师为中心在课堂讲授教材的传授教学模式，而是以学生为中心的新型工程教育模式〔2〕。借鉴美国高校开展的“以学生为中心（SC）”的新型本科教育模式，即：以学生发展为中心、以学生学习为中心、以学习效果为中心，核心是从“教师”转变到“学生”、从“教”转变到“学”〔3〕。实践证明，布鲁姆的掌握学习理论对提高教学质量、转变教师教学观念具有较好成效。掌握学习理论的教学策略关键在于将系统的“个别化反馈-矫正程序”与常规的群体教学相结合，给予学生足够的时间、适当的教学和个别辅导〔4〕。

Creo作为机械类工科一门重要的技能课程，在创新型卓越工程人才培养体系中占有重要地位，对未来产品的创新与设计提供必要的专业技能和创新能力。该课程有益于培养学生的产品设计思维、设计表达能力、创新能力，因此，有必要学习“掌握学习”理论的核心思想，并对Creo课程开展“以学生为中心”的混合式教学。通过班级授课、小组研讨、线上-线下、理论-实践相结合的混合式教学，提高学生学习的主动性，提升课程的教学质量。

1 Creo软件课程教学现状

目前很多高校均已开设了Creo课程，归为工具学科，注重软件界面操作和命令使用，轻视产品设计思维的培养〔5〕。传统授课模式和单一课程考核方式，很难激发当代大学生的学习热情。通过对学习Creo课程的182个学生进行网上问卷调查，学习的最大困难在于知识迁移能力不足（58.24%），其次是缺乏产品设计思维和自我约束能力不足，最终，学生就会对本课程的学习不再感兴趣了。见图1。

图1 学生学习Creo课程困难的主要原因

在传统的Creo课程教学过程中，大多数教师是通过Pro∕Engineer旧版软件按部就班地演示各实例的操作步骤，并要求学生根据演示步骤重复操作，以达到软件教学目标〔6-7〕。该陈旧授课模式已无法激发学生的学习兴趣，难以培养学生学习的主动性和创造性，严重束缚着学生发挥自身的创新能力。Creo是一门实践性很强且面向实际应用的重要课程，功能强大，实际产品设计过程中，软件20%的功能足以完成80%的产品设计〔5〕。因此，在有限的学时里，应主要讲授最常用的命令和该命令在实际产品设计过程中的应用，而不是把所有的软件命令全部介绍一遍。

针对现有教学现状，对Creo课程进行教学改革，将线上课程资源、3D打印技术、学科实践活动等引入教学中，丰富教学内容，在教学方法上增添直观性和趣味性，充分发挥学生的主体地位和教师的引导作用，以充分调动学生的学习热情。引入线上课程资源可以方便学生随时随地通过手机学习线上视频教程，以维持学生的学习热情；引入3D打印技术能够让学生的产品设计从视觉感受转换为触觉体验，激发学生深度思考建模思路，主动获取知识；引入学科实践活动能够让学有余力的学生延续学习兴趣，乐于探究产品的创新设计。多途径地引导学生多看、多想、多练，以提高学生的知识迁移能力和产品创新设计能力。

2 “掌握学习”理论

“掌握学习”理论是美国当代著名教育心理学家布鲁姆通过大量的试验证实后提出的，是在“所有学生都能学好”的思想指导下，以集体教学为基础，辅之以经常、及时的反馈，为学生提供所需的个别化帮助以及所需的额外学习时间，从而使大多数学生达到课程教学目标〔8〕。布鲁姆认为，人的潜能基本上是一样的，学生在校学习成效差异主要是由后天学习和所受教育质量差异造成的。教师在教学过程中应信任、鼓励每一个学生，对每个学生都要给予应有的关爱，要相信每个学生都能达到教学目标，让学生感受到自己是集体中不可缺少的一员。掌握教学是真正地面向全体学生的教学，不让一个学生掉队。

许多学生在学习中之所以未能取得优异成绩，主要问题不是学生的智力欠缺，而是未能得到适当的教学条件和合理的帮助。因此，教师不该把学生的学习好坏、设计表达能力的差异认为是固有的，应当丰富教学方法，以最大限度地促进每个学生的全面发展。只要能给予适当的教学条件，学生就会在学习中不断培养和提高自身的产品设计思维、设计表达能力、创新能力。

3 Creo课程混合式教学模式的设计

1980年以来，“以学生为中心”的本科教学改革运动，席卷美国高校，为美国本科教育和社会发展做出了贡献〔3〕。“以学生为中心”的教学模式的基本特征是以学生的当前状态作为基础，以学习为教育中心，建立有效及时的反馈机制，发掘学生潜力，促进学生全面发展；传统教学模式的基本特征则是以教师为中心、以教室为中心、以教材为中心。传统教学模式虽由来已久，但已不再适用于培养时代和未来的创新型卓越工程人才。教育不是为了记住各种事实，而是训练大脑如何思考；用昨天的方式教今天的学生，就毁了他们的明天〔3〕。

现有的混合式教学大多是将传统课堂教学与线上课程学习相结合的一种新型教育，本文把Creo课程的混合式教学模式定义为班级授课、小组研讨、线上-线下、理论-实践相结合，是根据课程教学目标来确定的。

3.1 确定课程目标 布鲁姆把教育目标分为认知领域、情感领域和技能领域，根据认知领域教育目标分类系统，将Creo课程目标分为6个类型，每个类型对应一个教学目标，其中位于金字塔顶端的“创新”为终极目标。见图2。

图2 布鲁姆认知领域教育目标分类系统

记忆：了解Creo软件的基本模块、基本知识。

理解：掌握建模原理、理解命令内涵，具备几何形状绘制能力。这部分包括：菜单功能、草绘几何图元、几何图元的约束、创建基准特征、创建实体特征，实现二维图形到三维实体的变换，培养学生的平面-空间特征转换能力。

运用：运用建模命令表达简单零件特征，具备零件特征信息提取和特征建模能力。这部分包括：测绘特征尺寸、图形草绘、运用建模命令、零件局部特征的详细表达，这是培养与发展学生知识迁移能力的重要阶段。

分析：通过已具备的工程知识、运用各标注手册，分析产品特征、零件建模、装配、模型仿真。这部分包括：零部件的表达方法、标准件和常用件、零件图、装配图、产品运动仿真分析，培养学生的设计表达能力。

设计：自主、协作、设计能力。这部分集中体现在产品设计实践上，是培养学生产品设计思维的最好时期。

创新：具备工程结构设计创新能力和严谨的工程精神，鼓励学生参与学科竞赛、大学生创新创业计划项目，从而发展学生产品设计创新能力。

3.2 构建高效有趣的混合式课堂 埃德加·戴尔提出的“学习金字塔”理论，以数字形式形象体现了通过不同学习方式，学者在两周以后还能记住内容的多少〔9-10〕。如图3所示，在“学习金字塔”理论中，“小组讨论”“动手演练∕做中学”“立即应用∕转教他人”为主动学习方式，应是教师在教学过程中最为提倡运用的教学方法。考虑到大学里学生多、课时少、教师少的现状，Creo课程构建了以主动学习、参与式学习和团队协作学习为主的班级授课，小组研讨、线上-线下、理论-实践相结合的混合式教学方式，减少“老师讲，学生听”的被动学习方式。

图3 埃德加·戴尔的“学习金字塔”理论

3.2.1 班级授课，知识学习 为了更好地实现图2

中的浅层教育目标，在班级授课过程中，应把现代教学技术与传统课堂相结合，引入多媒体技术、视频教程、3D打印技术，形象、生动，既能调动学生的学习兴趣，又丰富了教学内容，并提高了教学效率。课前将课程实例操作视频、习题等课前预习资料放到开放式智慧职教平台的Creo在线课程上，学生可随时随地通过手机进行账号登入学习，可大大提高学生的学习效率。课中，可先进行预习成果测试或疑点询问，了解学生的课程基础，以便教师能够更有目的性地进行课程教学，配以适量板书对重点操作命令进行归纳总结，并留有足够时间给学生动手实例操作、主动发现问题、解决问题。在复杂实体建模学习过程中，可采用3D打印技术呈现实体模型特征，更能将学生难以理解的复杂抽象模型特性形象化。

3.2.2 小组研讨，实践训练 完成部分课时的班级授课后，学生已具备一定的建模能力，教师应该为学生创造更多的主动学习条件，以更好地实现深层教育目标。将Creo课程内容分成几个模块，以小组研讨课的形式进行教学，小组研讨有如下几种形式：

（1）团队协作

为了强化学生的运用能力、分析能力和设计能力，在教学过程中，可把学生分成若干个小组，以团队的形式进行模块学习。简单产品模型建模课堂设计如下：课前让同学们组合成6～7人的团队，布置预习任务。同学们通过看课件、在线视频教程、团队成员讨论等方式，完成课前相应建模命令的学习、实例的操作、团队自主作品设计（运用实例建模命令，发挥设计思维，自主设计作品）。课上，通过抽签决定每个团队展示作品的先后顺序，限时5 min。由团队主讲人在教室大屏幕前介绍作品的设计思路与建模方法，组员对讲解内容进行补充，其他同学可根据自己的想法提出一些建模思路优化、命令运用优化等建议，最后由教师进行作品评价与建议总结。全部团队都展示后，由教师和班级同学投票选出最优作品，并给予团队平时分奖励。这种教学方式，能够有效激发学生的学习兴趣。

（2）实践训练

为了更好地发展学生的分析能力和设计能力，让每个学生选定一个作品对象，在规定的一段时间内，利用线上线下资源、课下请教同学或教师等多种途径完成作品的测绘、建模、实体打印等任务。学生可以根据自身的建模能力选择不同难度的作品对象，如表1所示。根据任务需求申请使用相应的专业实验室，学生可随时去实验室观看各种教学模型，在实验室研究、讨论，开展深度学习。学生需先分析产品零件结构特征、测绘并记录零件特征尺寸；然后构思作品的建模方法，完成产品零件建模、装配、渲染等操作；提交给教师审核，根据教师给出的修改意见进行模型修改与完善，学生有问题，教师应及时给予指导；最后将审核通过的作品零件模型逐个导入3D打印设备，完成零件打印与实体装配。在学期末的时候，利用1次课进行学生的作品展示与PPT讲解作品设计心得，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简单、步骤越少越好。由同学们共同选择完成度较好的作品置于展示柜，供学生观赏与学习。

表1 供学生选择的作品对象

（3）反馈-矫正

“掌握学习”教学策略的关键在于反馈-矫正程序，根据反馈情况和每个学生的学习困难，提供个别化的矫正性帮助〔4-5〕。通过上课前预习成果测试、疑点询问、团队模型协作、个人作品设计任务，可以及时发现学生在不同教学阶段的知识掌握程度、知识迁移能力和产品设计思维等方面存在的问题，提出改进措施，督促学生及时提升自身能力。

3.2.3 第二课堂

（1）学科竞赛

对于平时表现较好、作品完成度较好、学习成果较理想的学生，鼓励学生组队参加一年一次的校内大学生机械创新设计竞赛，推荐校赛成绩较突出的团队参加省级大学生机械创新设计大赛、全国大学生机械创新设计大赛。运用过程价值和激励机制达到以赛促学、以赛促训、以赛促教的效果。图4所示的可折叠式袋笼作品和图5快拆式喷吹管装置就是学生参加第十一届福建省大学生机械创新设计大赛的获奖作品。

图4 可折叠式袋笼作品

图5 快拆式喷吹管装置

（2）大学生创新创业计划项目

学校每年都有申报大学生创新创业计划项目的机会，教师可以鼓励那些学有余力的学生积极组队申报、参与，以训促学，让学生由被动学习转变为主动学习，从知识型向技能型转化，不间断强化学生的产品设计能力。如图6所示的一种可变截面导流装置就是学生参加大学生创新创业计划项目的作品成果。

图6 一种可变截面导流装置

（3）作品专利申请

对于参加学科竞赛获奖作品的学生、参加大学生创新创业项目结项作品较为优秀的学生，或是有较好设计作品想法的学生，教师应多鼓励这些学生进行作品专利申请；在校期间获得专利成果的毕业生，更容易得到用人单位的青睐。同时，只要目标明确，学生就更有学习动力，学习效果更好。注重加强实践性教学环节，最大限度激发学生学习能力。如图7所示的烟道除尘装置既是学生参加第十一届福建省大学生机械创新设计大赛的获奖作品，也是获得实用新型专利证书的作品。

图7 烟道除尘装置

4 总结

Creo课程教学实践证明班级授课、小组研讨、线上-线下、理论-实践的混合式教学，提高了教学趣味性和高效性，促进了学生学习的目标性和主动性。经过该课程的学习，学生的知识迁移能力、产品设计思维、自主学习能力都得到了提高，学生对参加学科竞赛、科研项目、申报专利成果等活动的积极性也高涨了，也有了一定的成果输出。这种将“以学生为中心”的教学理念贯穿课程教学的全过程，构建一系列与当代大学生的学习特点和培养目标相适应的新型混合式教学模式，能有效促进当代大学生的潜力挖掘和个性发展，成为合格的创新型卓越工程人才。