“機械設計基礎”課程混合式教學改革與實踐*

侯建明 ， 蔡偉通 ， 何秋梅

（1.廣東水利電力職業(yè)技術學院智能制造學院，廣東 廣州 510925；2.廣東工業(yè)大學材料與能源學院，廣東 廣州 510006）

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息化技術的發(fā)展，利用信息化技術進行教學改革已成為高等院校教學改革的大趨勢。信息化技術因其便捷和高效的特點在各類不同課程的教學中得到了廣泛的使用。尤其是2018 年4 月教育部印發(fā)《教育信息化2.0 行動計劃》等相關文件以來，信息化教學已成為我國高校教學改革的有力抓手。其中，“線上+線下”混合式教學備受職業(yè)院校關注。2020 年新冠肺炎疫情暴發(fā)，“線上+線下”混合式教學為各大高?！巴Ｕn不停學”作出了重大貢獻。在此背景下，如何利用信息化技術手段，通過在線平臺打造線上教學資源，科學設計卓有成效的教學方案，掀起課堂革命，有力推動“三教”改革，是每個課程建設者面臨的重大課題。課題組針對“機械設計基礎”課程的特點和目前教學存在的問題，以智慧職教-職教云平臺為載體，精選教學內(nèi)容，選取合適案例和知識點制作微課資源，充分采用信息化教學手段，科學地設計“線上+線下”混合式教學實施方案，以成果為導向，兼顧個體差異[1]，進行行之有效的“機械設計基礎”課程混合式教學改革。

1 “機械設計基礎”課程現(xiàn)狀及改革的必要性

“機械設計基礎”是以機械原理、機械傳動和機械零部件為研究對象的一門課程[2]，是高等院校機械類專業(yè)開設的專業(yè)基礎課，在整個機械類專業(yè)課程體系中具有重要的基礎性地位。該課程注重對學生理論知識和創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，旨在培養(yǎng)具有工匠精神的高素質(zhì)技術技能型人才，尤其是對機械產(chǎn)品和零部件設計能力的培養(yǎng)。因此，該課程對理論性和實踐性的綜合運用能力要求較高，教學內(nèi)容多[3]，具有一定的學習難度。該課程工程概念多、公式多、符號多、圖表和標準多，知識點多且分散，每個章節(jié)之間的內(nèi)容邏輯關聯(lián)度相對其他學科較低，整體缺乏系統(tǒng)性，以至于不少學生在學習過程中不能進行循序漸進的有效學習，基礎較差的學生容易對該課程失去學習興趣。在傳統(tǒng)的“機械設計基礎”課堂教學中，教學方法比較單一[4]，教師多采用講授法，即教師在講臺上講授理論知識，學生在講臺下被動地接受知識，這種以教師為主導的教學模式不利于發(fā)揮學生的主觀能動性。而純線上授課也存在一些弊端，如師生之間的互動不如在教室里面直接有效，在線上授課時，由于技術條件的限制，教師對學生的狀態(tài)難以實時監(jiān)督。因此，教師應該合理利用信息化技術手段，采取“線上+線下”混合式教學模式，將抽象的理論形象化，將概念實物化，加深學生的形象記憶[5]，給學生打造一個開放性和個性化的學習平臺，注重以交互性為特征的教學設計，達到學習資源的優(yōu)化配置，營造良好的學習環(huán)境，讓學生在獲得知識技能的同時增加豐富的情感體驗，從而實現(xiàn)從“教師講授為主導，學生被動學習”到“教師引導，學生主動學習”的轉變，提升課堂教學質(zhì)量。

2 “機械設計基礎”課程混合式教學設計

2.1 搭建線上教學資源庫平臺

“機械設計基礎”課程采用智慧職教-職教云平臺作為線上教學的載體。智慧職教-職教云平臺是一個集合了移動端、教師端和管理端、能進行高效互動的平臺，教師可在智慧職教-職教云平臺搭建課程在線資源庫，智慧職教-職教云為教師提供了一個可以搭建個性化課程的平臺。教師可以把教學資源如課件、微課、錄制的教學視頻等上傳到平臺，這里教師并不是簡單機械地上傳和推送教學資源，而是精心選取教學內(nèi)容，教學內(nèi)容必須考慮機械行業(yè)的發(fā)展需要，注重對學生工程應用能力的培養(yǎng)，根據(jù)職業(yè)標準和崗位需求，突出用機械原理去解決實際工程問題的能力[6]。教師根據(jù)學情分析，在課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)精心設計教學活動。教師在這個平臺可以設計各種教學活動，如課前預習、課中簽到、分組課堂討論、搶答、課堂測驗、投票問卷、課后考試、課程評價等教學活動。學生可以在移動端或者電腦端進行自學，隨時隨地完成教師布置的任務，也可以通過移動端在平臺上對課程進行評價并提出意見，實現(xiàn)師生之間的良性互動。該平臺打破了傳統(tǒng)教學中時間和空間的限制，可以滿足學生個性化、碎片化和立體化的學習需求，增加學生良好的學習體驗，提升學生的學習興趣和積極性，并為學生和教師之間提供了有效的立體化的互動平臺。

2.2 “機械設計基礎”混合式教學設計

基于智慧職教-職教云平臺的混合式教學模式，注重老師與學生之間的互動，通過個性化、開放性的教學設計，注重學生的學習體驗，充分利用信息化技術手段引導學生自主性學習，提升學生的課堂參與度，通過大量的視頻動畫充分調(diào)動學生多種感官，降低學習難度，提升學生的學習興趣，提升學生在教學中的主體地位。為了實現(xiàn)課程教學目標，混合式教學設計主要包含課前教學準備、課中教學活動組織、課后拓展提升以及課程評價四方面的內(nèi)容，如圖1所示。

圖1 “機械設計基礎”混合式教學模式

2.2.1 課前準備

在上課前兩周，教師應做好學情分析，選取的教學內(nèi)容應充分對接職業(yè)新標準和國家行業(yè)新規(guī)范，以企業(yè)崗位需求為導向，以培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力為目標，采用任務式教學方法，精心選取生活中的案例，通過任務引入、創(chuàng)設學習情境等環(huán)節(jié)設計教學。同時，融入課程思政的元素，培養(yǎng)學生的工匠精神和家國情懷，增強課程育人功能。以“鉸鏈四桿機構的基本特性”2 學時的課程設計為例，在課前，教師將提前制作好的微課資源（如微課“幾分鐘教會你判斷曲柄是否存在”）上傳至智慧職教-職教云平臺，將相關動畫（如顎式破碎機、汽車雨刮器、起重機、牛頭刨床、汽車轉向機構等）、課件和教學視頻上傳至平臺，并發(fā)布預習任務，同時在平臺布置相關知識的習題，進行預習后的簡單測驗。測驗可選擇一些客觀題型，這樣系統(tǒng)可以自動批改作業(yè)，極大地提高教師的工作效率。發(fā)布的課程任務點類型如圖2 所示。同時，以汽車轉向機構為案例，設計引導式、任務式的提問，創(chuàng)設學習情境，發(fā)布學習任務。學生可在移動端完成教師布置的各項預習任務，可以通過碎片化學習的方式，自由選擇某個時間段完成教師布置的預習任務，在自主學習的過程中，如果遇到一些疑問，可在平臺與同學或教師進行留言互動。通過在開放的信息環(huán)境中提供豐富的學習資源，可提升學生的自主性，增加學生良好的學習體驗，提升學生的學習興趣。同時，通過教師布置的學習任務，讓學生對課程內(nèi)容有初步的掌握。通過此階段，學生完成在課前試做的初階任務。

圖2 課程任務點類型分布

2.2.2 課中組織

教師用智慧職教-職教云平臺作為輔助手段，在線下組織教學。根據(jù)智慧職教-職教云后臺教師端的數(shù)據(jù)，整理出學生在預習過程中遇到的問題，梳理出教學的重難點，根據(jù)反饋情況對教學設計進行調(diào)整。以“鉸鏈四桿機構的基本特性”2 學時的課程設計為例，課程實施階段可分為任務引入、知識講授、分組強化提高、小組成果展示、學以致用等環(huán)節(jié)。在任務引入環(huán)節(jié)，教師借助汽車轉向的視頻，設置巧妙的提問，引出平面四桿機構的應用，以貼近生活的案例激發(fā)學生的學習興趣。同時，提出學習任務“探索汽車前輪轉向機構的運動特點”。在知識講授環(huán)節(jié)，教師借助動畫和視頻講授鉸鏈四桿機構的特點和應用，利用微課動畫演示講解曲柄搖桿機構的組成和運動特點，并發(fā)布在線互動討論題目，學生通過平臺搶答，深入了解曲柄搖桿機構的運動特點及其演化形式。學生帶著問題聽講，看動畫和數(shù)曲柄，討論曲柄存在的條件，用思維導圖總結判斷曲柄存在與否的方法。在分組強化提高環(huán)節(jié)，用flash 動畫調(diào)整曲柄，分組搶答分析生活中的一些機構，在智慧職教-職教云平臺搶答，并統(tǒng)計展示應用成果，教師則聽取各小組分享，及時糾正其中存在的問題。在課中組織階段，學生完成的任務實現(xiàn)由“課前試做的初階任務”向“課中學做的高階任務”遞進。

2.2.3 課后拓展提升

教師通過智慧職教-職教云平臺發(fā)布課后作業(yè)。以“鉸鏈四桿機構的基本特性”2 學時的課程設計為例，教師在平臺發(fā)布課后測驗內(nèi)容（曲柄判斷方法），對課中、課前的知識加以鞏固。同時發(fā)布拓展提升任務，讓學生用本次課所學內(nèi)容（平面機構的應用）和所學軟件設計公交車車門啟閉機構，并發(fā)布設計仿真指導視頻。學生在課后完成教師布置的任務，并上傳至平臺展示，教師通過平臺對學生作品進行評價，并將學生的優(yōu)秀案例上傳至在線學習庫。在課后拓展階段，學生完成的任務實現(xiàn)由“課中學做的高階任務”向“課后實做的進階任務”遞進，從而使學生的創(chuàng)新實踐能力得到提升。通過課前試做、課中學做、課后實做三層遞進的學習實踐，培養(yǎng)學生解決機械工程實際問題和機械創(chuàng)新設計實踐的能力。同時，拓展內(nèi)容應融入思政元素，引入“大國重器”“超級工程”和“機械發(fā)展史”等拓展內(nèi)容[7-8]，讓學生發(fā)現(xiàn)機械之美，培養(yǎng)學生良好的職業(yè)素養(yǎng)，增強課程育人功能，培養(yǎng)真正德技并修的高素質(zhì)技術技能型人才。

3 課程評價方式的改革

傳統(tǒng)的“機械設計基礎”課程評價是采用“60%期末考試成績+40%平時成績”的方式，其中平時成績包括考勤作業(yè)，期末考試是以閉卷方式命題考試。對“機械設計基礎”課程進行混合式教學改革后，這種傳統(tǒng)的考核方式已無法滿足課程的教學需要。為公平公正地測評整個教學過程，采用集教師評價、學生互評、智慧職教-職教云平臺評價于一體的多元多維的評價模式，對學生的知識掌握程度、能力素質(zhì)和個性特征進行全方位的考核，如表1所示。

表1 “機械設計基礎”混合式教學考核評價標準

4 “機械設計基礎”課程混合式教學改革成效

通過對“機械設計基礎”課程的“線上+線下”混合式教學改革，課程教學取得了初步的改革成效，主要總結為以下幾點：第一，學生的學習興趣和自主學習能力得到了提升。通過智慧職教-職教云平臺，學生能有效地進行碎片化和個性化學習，在課堂上能有效促進師生之間的互動，極大地提高了學生的課堂參與度，實現(xiàn)了課堂教學從“以教師為主導，學生被動學習”到“以學生為中心，以教師為引導”的轉變。第二，學生對機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設計實踐能力得到了提升。在傳統(tǒng)課堂中，學生對課堂教學的參與度相對不高，眾多工程概念、圖紙、公式復雜難懂，學習主動性不高的學生容易失去信心，教學效果不理想。在“線上+線下”混合式教學改革中，教師精心選取教學案例，充分利用信息化教學手段，對教學重難點進行直觀展示，讓學生深入理解其中的原理，降低了學習難度。同時，課程設計注重應用型知識傳授和實踐性技能培養(yǎng)，通過布置三階遞進的學習任務，學生的機械設計能力和動手實踐能力有了極大的提升。第三，通過混合式教學改革，提升了學生對課程和教師授課的滿意度。問卷調(diào)查結果顯示，學生對自身的學習能力和機械產(chǎn)品設計創(chuàng)新能力、對課程的學習興趣以及對教師的授課情況等均有較高的滿意度，部分調(diào)查結果如表2所示。

表2 “機械設計基礎”混合式教學滿意度調(diào)查情況（部分）

5 結束語

隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息化技術的發(fā)展，混合式教學已成為我國高等教育教學改革的發(fā)展趨勢。通過“線上+線下”混合式教學改革，豐富了在線學習資源，拓展了課程深度，為學生提供了一個多維度、個性化和開放式的學習環(huán)境，能有效提升和開發(fā)學生學習的自主性和興趣?！皺C械設計基礎”課程主要以培養(yǎng)學生的機械分析設計能力與創(chuàng)新設計能力為主線[9]，以培養(yǎng)具備較強創(chuàng)新能力和實踐能力的機械設計人才[10]和具有家國情懷和工匠精神的技術技能型人才為目標。如何將課程的線上學習和線下教學進行有效的深度融合，挖掘思政元素，融入工匠精神，優(yōu)化教學環(huán)節(jié)，增強課程育人功能并實現(xiàn)課程育人目標，是廣大課程建設者必須思考的問題。