基于移動(dòng)終端的“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程混合式教學(xué)模式研究

（沈陽工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院，遼寧沈陽 110136）

一、項(xiàng)目研究的目的及意義

“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程是以一般尺寸通用零件的設(shè)計(jì)為核心，培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，具備簡單機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)能力，具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力，以及獲得典型零件的試驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技能的能力。該課程的特點(diǎn)是知識點(diǎn)多、相對獨(dú)立、與工程緊密聯(lián)系、應(yīng)用性強(qiáng)，是基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程連接的紐帶。

伴隨培養(yǎng)方案的調(diào)整，該課程學(xué)時(shí)較以往有所減少，如采用傳統(tǒng)的課堂傳授型教學(xué)模式，則難以實(shí)現(xiàn)在學(xué)生畢業(yè)時(shí)對其所需能力的培養(yǎng)，故應(yīng)對教學(xué)模式進(jìn)行改革。本項(xiàng)目采用基于移動(dòng)終端的混合式教學(xué)模式，將線上與線下教學(xué)組織的優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合，以提高學(xué)生對“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)興趣，有效掌握知識點(diǎn)并提高其設(shè)計(jì)能力和工程應(yīng)用能力，使互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)真正變成學(xué)生學(xué)習(xí)的有力工具。

基于專業(yè)認(rèn)證考慮，整個(gè)教學(xué)過程都圍繞專業(yè)認(rèn)證模式進(jìn)行設(shè)計(jì)和開展。具體為：畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)分解，凝練課程目標(biāo)，構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)關(guān)系，設(shè)計(jì)課程考核方案，進(jìn)行達(dá)成度評價(jià)和分析并持續(xù)改進(jìn)。其中，設(shè)計(jì)課程考核方案以及進(jìn)行達(dá)成度評價(jià)和分析是混合式教學(xué)模式研究的重點(diǎn)。

二、教學(xué)模式改革實(shí)施過程

1.課程考核方案設(shè)計(jì)

按照課程與畢業(yè)要求矩陣對應(yīng)關(guān)系，“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程支撐的畢業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有：1.3能夠?qū)⒐こ袒A(chǔ)知識和數(shù)學(xué)模型的方法用于分析、設(shè)計(jì)和評價(jià)復(fù)雜機(jī)械工程問題；2.2能基于工程基礎(chǔ)知識等相關(guān)科學(xué)原理和數(shù)學(xué)模型方法正確表達(dá)復(fù)雜機(jī)械工程問題的解決方案；3.1掌握工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的基本設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計(jì)目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素；9.1能正確認(rèn)識團(tuán)隊(duì)對機(jī)械工程實(shí)踐的作用和重要性，具有團(tuán)隊(duì)意識和協(xié)作意識，能處理好個(gè)人、團(tuán)隊(duì)及其他成員的關(guān)系，能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中做好自己承擔(dān)的角色。其中前三項(xiàng)支撐級別為高，第四項(xiàng)為中。

根據(jù)課程內(nèi)容及特點(diǎn)，凝練出四個(gè)課程目標(biāo)，分別為：LO1能夠正確陳述常見通用零件的失效形式，識別零件失效產(chǎn)生的原因，說明不同失效形式采用的設(shè)計(jì)方法。通過選用合適的材料及熱處理方式及改變零件的形狀提升零件力學(xué)性能和強(qiáng)度，并將這些知識應(yīng)用于機(jī)械零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中；LO2分析出不同傳動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，同一零件不同類型的使用場合，詳細(xì)闡明通用零件和傳動(dòng)系統(tǒng)的基本理論和工作原理，將相互獨(dú)立、分散的知識點(diǎn)進(jìn)行有效整合，能夠進(jìn)行機(jī)器整體方案設(shè)計(jì)；LO3把握機(jī)械工程領(lǐng)域最新的設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立數(shù)字化設(shè)計(jì)理念，借助數(shù)字化設(shè)計(jì)手段，以零件和傳動(dòng)系統(tǒng)分析為基礎(chǔ)，結(jié)合通用機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的理論與方法，建立工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的設(shè)計(jì)理念；LO4通過項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與展示，能正確認(rèn)識團(tuán)隊(duì)對機(jī)械工程實(shí)踐的作用和重要性，具有團(tuán)隊(duì)意識和協(xié)作意識，能處理好個(gè)人、團(tuán)隊(duì)及其他成員的關(guān)系，能夠在團(tuán)隊(duì)中做好自己承擔(dān)的角色。課程目標(biāo)和畢業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要一一對應(yīng)。

依據(jù)考核形式、對應(yīng)的課程目標(biāo)、考核內(nèi)容及要求、教學(xué)組織形式建立課程考核方案見表1。

2.教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)是把教學(xué)原理轉(zhuǎn)化為教學(xué)材料和教學(xué)活動(dòng)的計(jì)劃。教學(xué)設(shè)計(jì)要遵循教學(xué)過程的基本規(guī)律，選擇教學(xué)目標(biāo)，以解決教什么的問題；教學(xué)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的計(jì)劃性和決策性活動(dòng)，它以計(jì)劃和布局安排的形式，對怎樣才能達(dá)到教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行創(chuàng)造性的決策，以解決怎樣教的問題；是以系統(tǒng)方法為指導(dǎo)，把教學(xué)各要素看成一個(gè)系統(tǒng)，分析教學(xué)問題和需求，確立解決的程序綱要，使教學(xué)效果最優(yōu)化；是提高學(xué)習(xí)者獲得知識、技能的效率和興趣的技術(shù)過程，是教育技術(shù)的組成部分，它的功能在于運(yùn)用系統(tǒng)方法設(shè)計(jì)教學(xué)過程，使之成為一種具有操作性的程序。

本次教學(xué)設(shè)計(jì)基于N+2過程考核改革方案進(jìn)行，過程考核占總成績的50%，涉及的考核點(diǎn)有課堂表現(xiàn)、測驗(yàn)1、測驗(yàn)2、測驗(yàn)3、大作業(yè)1、大作業(yè)2、討論。課堂表現(xiàn)貫穿課堂教學(xué)全過程，從在線學(xué)習(xí)、出勤、學(xué)習(xí)筆記、線上討論、課后作業(yè)多個(gè)方面全方位觀測；測驗(yàn)分階段多次進(jìn)行，一般在獨(dú)立章節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)結(jié)束后進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的測驗(yàn)，主要考察學(xué)生對基本概念或知識點(diǎn)的掌握程度；大作業(yè)1在常用傳動(dòng)學(xué)習(xí)完成后進(jìn)行，主要考察對帶傳動(dòng)的選型、計(jì)算以及齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)、校核的掌握程度；大作業(yè)2在軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)束后進(jìn)行，主要考察對階梯軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、校核以及滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算的掌握程度；討論應(yīng)在每次課上都要進(jìn)行，主要關(guān)注即時(shí)授課效果及對知識點(diǎn)的接受程度。

對教學(xué)評價(jià)方式、分項(xiàng)權(quán)重、考核內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，建立課程目標(biāo)達(dá)成情況，詳見表2。

表2 教學(xué)設(shè)計(jì)與達(dá)成情況分解表

3.教學(xué)組織與實(shí)施

（1）線上教學(xué)。該部分由課程全周期表現(xiàn)、階段測驗(yàn)構(gòu)成。課程全周期表現(xiàn)觀測點(diǎn)及權(quán)重：在線學(xué)習(xí)占10%，出勤占10%，學(xué)習(xí)筆記占20%，線上討論占40%，作業(yè)占20%。在線學(xué)習(xí)由系統(tǒng)直接給出，重點(diǎn)考察學(xué)生自學(xué)能力；出勤由隨機(jī)點(diǎn)名和系統(tǒng)簽到采集構(gòu)成，重點(diǎn)考察學(xué)生參與度，無故遲到3次以上要重點(diǎn)干預(yù)；學(xué)習(xí)筆記應(yīng)手寫且要標(biāo)注重點(diǎn)內(nèi)容，以此鞏固學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握，學(xué)習(xí)筆記要求格式規(guī)范，內(nèi)容詳實(shí)，有總結(jié)；線上討論環(huán)節(jié)是課堂授課效果的真實(shí)體現(xiàn)，重點(diǎn)考察教師的教學(xué)水平和學(xué)生對知識的吸收能力，要求有準(zhǔn)備、有觀點(diǎn)、思路清楚；作業(yè)采取分組選做的形式，組內(nèi)學(xué)生每人一道，取長補(bǔ)短，共同提高，以此減輕學(xué)生的壓力，作業(yè)要論據(jù)充分，論證邏輯性強(qiáng)，結(jié)論明確。

階段測驗(yàn)觀測點(diǎn)及權(quán)重：基本概念占20%，失效形式占20%，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則占20%，校核計(jì)算占20%，綜合應(yīng)用占20%。該部分以客觀題形式出現(xiàn)，在課程的不同階段穿插進(jìn)行，不占用課堂教學(xué)時(shí)間，分多次進(jìn)行，每次時(shí)間在5分鐘左右，既能考察學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度，也可最大限度地避免抄襲。

（2）線下教學(xué)。由綜合性大作業(yè)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、期末考試組成。綜合性大作業(yè)觀測點(diǎn)及權(quán)重：綜合性大作業(yè)1帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核占50%，綜合性大作業(yè)2軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及滾動(dòng)軸承壽命校核占50%。每次大作業(yè)由基礎(chǔ)分、小組互評、微視頻制作附加分三部分構(gòu)成，基礎(chǔ)分占單次大作業(yè)的70%，小組互評和附加分占單次大作業(yè)的30%。重點(diǎn)考察設(shè)計(jì)過程的正確性，校核是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求，零件圖及尺寸標(biāo)注是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)，團(tuán)隊(duì)分工及協(xié)作完成質(zhì)量，說明書是否工整。

實(shí)驗(yàn)的觀測點(diǎn)及權(quán)重：帶傳動(dòng)的滑差率和效率測定屬于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，占50%，要求掌握轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速差的測量方法，觀察帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)及打滑現(xiàn)象。軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與搭接屬于綜合性實(shí)驗(yàn)，占50%，要求了解機(jī)械傳動(dòng)裝置中滾動(dòng)軸承支承軸系結(jié)構(gòu)的基本類型和應(yīng)用場合，掌握滾動(dòng)軸承制成軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法。單次實(shí)驗(yàn)由實(shí)驗(yàn)操作50%、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告20%、答辯30%構(gòu)成，重點(diǎn)考察學(xué)生設(shè)計(jì)或執(zhí)行實(shí)驗(yàn)方案的合理性、實(shí)驗(yàn)操作安全規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成性。要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，內(nèi)容全面，字跡清晰工整，數(shù)據(jù)記錄、處理、計(jì)算及繪圖正確，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析正確。

期末考試卷面成績100分，客觀題20%，主觀題80%，考察學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力。

三、教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況計(jì)算及分析

1.教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況計(jì)算

根據(jù)課程目標(biāo)LO1至LO4各個(gè)考核項(xiàng)成績和權(quán)重，最終計(jì)算的教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況如圖1（以機(jī)制181為例）。紅色水平線為達(dá)成度目標(biāo)值65分。單一課程目標(biāo)達(dá)成情況如圖2。單一課程目標(biāo)最高分、最低分、平均分、及格率、達(dá)成率、優(yōu)秀率如表1。

圖2 單一課程目標(biāo)達(dá)成情況

表3 單一課程目標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況分析

（1）個(gè)體分析。6人達(dá)成度未達(dá)到設(shè)定值，6人中有一人為退伍復(fù)學(xué)、一人為降級、達(dá)成度64和62分各一人，剩余2人距離設(shè)定值差距較大。原因分析：降級的學(xué)生補(bǔ)考通過后后續(xù)課程未延續(xù)，不應(yīng)計(jì)算在內(nèi)；接近達(dá)成的兩名同學(xué)全周期表現(xiàn)成績低，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)完成情況差；距離達(dá)成差距較大的三名同學(xué)在期末考試、平時(shí)考核環(huán)節(jié)成績不理想。

（2）總體分析。30人達(dá)到設(shè)定值，其中65～69分共有5人，該部分同學(xué)處于達(dá)成的臨界狀態(tài)，其余25人的達(dá)成度在70分以上，具有較大裕度。原因分析：處于臨界狀態(tài)的5名同學(xué)，考核時(shí)指標(biāo)的權(quán)重對結(jié)果起的作用較大，有偶然因素存在，稍有不慎就會(huì)造成不能達(dá)成的情況出現(xiàn)，在實(shí)際教學(xué)過程中，應(yīng)加強(qiáng)引導(dǎo)。

（3）趨勢分析。教學(xué)評價(jià)成績與課程目標(biāo)區(qū)間人數(shù)見圖3（以機(jī)制181班級為例）。課程目標(biāo)LO1至LO4在0～59、60～69、70～79、80～89、90～100分?jǐn)?shù)段的人數(shù)分別為4、3、7、9、13；4、4、9、7、11；9、15、6、4、2；5、4、3、9、15。

課程目標(biāo)LO1重點(diǎn)考察學(xué)生對基本知識概念的理解和應(yīng)用，考核項(xiàng)由課堂表現(xiàn)、測驗(yàn)1、期末考試-1構(gòu)成。曲線呈單調(diào)上升趨勢，80分以上22人，60分以下4人，符合教學(xué)設(shè)計(jì)預(yù)期效果，說明大部分同學(xué)能遵循教學(xué)過程，按時(shí)完成各項(xiàng)任務(wù)。測驗(yàn)與期末考試部分重點(diǎn)是對基本定義的考察，學(xué)生的理解和掌握較好。

課程目標(biāo)LO2重點(diǎn)考察學(xué)生對單一知識點(diǎn)的分析和應(yīng)用，考核項(xiàng)由大作業(yè)1（70%）、測驗(yàn)2、期末考試-2、實(shí)驗(yàn)1構(gòu)成。曲線呈“馬鞍型”，80分以上18人，60分以下5人，出現(xiàn)兩個(gè)高點(diǎn)是由于大作業(yè)采取分組進(jìn)行，組內(nèi)成員的分?jǐn)?shù)區(qū)分度不足造成的。

課程目標(biāo)LO3重點(diǎn)考察學(xué)生對復(fù)雜機(jī)械工程問題的綜合應(yīng)用，考核項(xiàng)由大作業(yè)2（70%）、測驗(yàn)3、期末考試-3、實(shí)驗(yàn)2構(gòu)成。曲線呈“正態(tài)分布”，80分以上6人，60分以下9人，期末考試-2的題型為計(jì)算題，該內(nèi)容是課程的難點(diǎn)，區(qū)分度明顯。

課程目標(biāo)LO4重點(diǎn)考察學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，考核項(xiàng)由大作業(yè)1（30%）、大作業(yè)2（30%）、討論構(gòu)成。曲線呈“馬鞍型”，80分以上24人，60分以下5人，高分?jǐn)?shù)段人數(shù)太多，區(qū)分度差，團(tuán)隊(duì)協(xié)作采取組內(nèi)互評的方式，學(xué)生的重視程度不足，礙于情面，同學(xué)之間給的分值較高，未能真實(shí)反映參與度，該部分應(yīng)重新設(shè)計(jì)。

圖3 教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度評價(jià)人數(shù)區(qū)間

四、持續(xù)改進(jìn)

圖4評價(jià)成績曲線顯示，成績基本呈“正態(tài)分布”，表明教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)過程實(shí)施符合教學(xué)規(guī)律，教學(xué)模式改革可行。但課程目標(biāo)LO2和LO4曲線存在問題，個(gè)別學(xué)生的課程目標(biāo)LO1的成績?yōu)?，說明還需持續(xù)改進(jìn)以適應(yīng)教學(xué)改革的要求。

（1）針對課程目標(biāo)LO2和LO4出現(xiàn)“馬鞍型”的情況，在教學(xué)設(shè)計(jì)上采取的方法有：將大作業(yè)組內(nèi)成員考核內(nèi)容重新設(shè)計(jì)，增加區(qū)分度，并降低權(quán)重，弱化對課程目標(biāo)的影響。

（2）針對課程目標(biāo)LO1出現(xiàn)0分的情況，需在平時(shí)授課過程中加強(qiáng)對該部分學(xué)生的引導(dǎo)，提升參與度。

（3）教學(xué)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)還需不斷完善，避免出現(xiàn)分值換算出現(xiàn)誤差的幾率。團(tuán)隊(duì)的作用發(fā)揮不明顯，大作業(yè)存在部分同學(xué)渾水摸魚的情況，不好區(qū)分。