机械设计课程“OMO”教学模式研究与实践

2022-08-30 06:30李秀红李文辉常艳红
大学教育 2022年6期
关键词:机械设计教学模式评价

李秀红 郭 策 李文辉 李 峰 常艳红

1.太原理工大学机械与运载工程学院,山西 太原 030024

2.太原理工大学航空航天学院,山西 太原 030024

随着信息技术的发展,微课和慕课等新的教学平台和资源随之产生,也促成了传统教学模式的转变。2018年教育部发布了“新时代高教40条”,明确提出了要以学生发展为中心,推动课堂教学革命。高校要积极推广小班化教学、混合式教学、翻转课堂等,构建“线上线下”混合式教学模式,切实提高课堂教学质量。

机械设计课程是机械工程、车辆工程、材料成型与控制工程、过程控制装备等专业的一门非常重要的专业技术基础课,承前启后,对培养学生的综合工程设计能力及创新能力起到重要的作用。目前,太原理工大学(以下简称我校)的机械设计课程仍然以传统的填鸭式教学模式为主,存在以下弊端:

一是教学形式固定。传统的课堂教学过分强调教师的中心地位,以教为主,先教后学,只注重信息的传递过程而忽略信息吸收内化的过程,师生互动少,导致学生丧失学习的主动性、自主性和创造性,学习效果不理想。

二是教学内容枯燥。目前机械设计教学内容仍然是以通用零部件的设计理论和方法为主,知识口径偏窄、拓展与延伸性不强,缺乏反映本学科前沿知识及培养学生分析、思维和研究等能力的内容。

三是考核方式单一。目前机械设计课程仍然延续传统的以期末“一考定成绩”的评价方式,忽视了对实践创新能力及其他综合素质的评价。

针对上述现有机械设计教学过程中存在的问题,为迎合时代需求,课题组将信息技术与课堂教学深度融合,以培养学生的自主探究学习能力、较强的综合工程设计能力和创新能力为目标,探索适合本校学生特点和培养需要的线上线下混合与课内课外充分融合的“OMO”课程教学模式。

一、改革目标

机械设计山西省精品共享课程,已在超星泛雅教学平台构建了部分教学资源,如重点难点指导、动画视频、习题库、工程案例、学生自主创新案例等基本资源和拓展资源。我校基于超星泛雅教学平台,积极挖掘和利用微课、慕课等能够激发学生自主学习兴趣的视频教学资源,构建课程线上教学环境;通过信息技术与课堂教学的深度融合,实施线上线下混合和课内课外充分融合的“OMO”课程教学模式,并在机械类学生中率先推行翻转课堂学习模式,拓展课程的深度和广度,培养学生解决复杂问题的综合能力和系统设计的能力,提高机械设计课程教学质量,促进学生知识、能力和素质的全面提升。

二、改革措施

(一)总体思路

传统的教学方式分为课堂“信息传递”和课后“信息内化”两个阶段,这种模式往往忽视学生的主动性和创造性,抹杀学生对知识获取的兴趣。针对问题,课题组在课前、课中、课后三个教学时段充分发挥现代信息技术的作用,将信息技术与线上线下教学深度融合,优势互补、各取所长,从教学设计、课程平台、教学内容、思政教育和评价体系等方面进行课程改革。课题组基于机械设计山西省精品共享课程资源,增设慕课、微课、3D教材等网络教学平台,将更适合线上学习的知识点及疑点等放在线上教学,把线下的时间更多地用于体验反思、实操演练、交流互动等团队学习,构建情境、互动、体验、质疑为一体的时空学习环境,探索与学校定位、专业培养目标、学生特点相适应的课程教学模式。总体思路见图1,具体为:将信息传递改在课前进行,通过课前线上预习、经典案例展示、课前测验、在线辅导等实现学生个性化、自由化的学习;通过课堂点拨与讨论、情景式教学、案例探讨、师生互动、生生互动、教师点评等教学环节,让学生在轻松的环境中进行体验反思和实操演练,完成重点、难点知识的吸收内化,增强学生的工程意识和解决实际问题的能力;课后积极通过线上答疑辅导、回放学习、大作业、综合性设计等巩固和深化所学知识,最终达到使学生具有解决复杂工程问题能力的目标。

(二)具体措施

1.精心组织教学设计

教学设计在课程教学中起到非常重要的作用,是体现教师教学能力、提高课堂教学质量的重要途径。为了取得更好的教学效果,任课教师应明确课程的教学目标;根据教学目标和教学手段提前进行课堂的整体设计,包括课前、课中和课后的教学内容、教学方法和教学手段。课前,应充分利用线上资源让学生预先学习一些基本的知识点,了解一些工程案例,引导学生发现知识的趣味,激发学生的兴趣。课中,主要讲授难点和重点,通过案例讨论、互动环节,采用集中讨论和分组讨论相结合的形式加深学生对知识的理解。教师对讨论环节要及时引导和控制,最后总结点评要起到画龙点睛的作用,既让学生有学习的成就感,也让学生体验到合作学习的乐趣。课后,教师利用线上平台进行在线或者离线答疑、学生看回放复习巩固、大作业和综合性设计等环节让学生深化所学知识,最终起到开阔视野、提高综合素质能力的作用。

2.构建网络教学资源

“OMO”教学模式的实施离不开网络教学资源。机械设计精品共享课程已有一些在线测试、案例视频、习题和辅导资料及创新案例等学习资源和拓展资源,但远远满足不了新的教学模式的要求。课题组拟从慕课建设、微课建设和3D 教材等方面充实课程教学资源,满足学生自主学习的需求。在进行课程资源建设时,须遵循的基本原则是:在线课程的学习视频要短而精,一般控制在10 分钟之内;在线资源要广而新,既有包含基本内容的片段式资源,又有互动式资源和情境化资源,以激发学生的学习兴趣。同时,为了拓展学生的视野,要引导学生关注课程基本知识体系以外的前沿信息,比如最新的设计理论在工程实际中的应用,高端装备零部件——风电轴承,航空发动机叶片、齿轮等的材料。可把有关材料提供给学生,让学生在课后随时进行延伸阅读,提高学生的综合素质。目前,课题组对已有的授课视频进行了改进完善,完成了最后的视频制作。

3.创设情境教学方法

机械设计课程是一门介绍机械系统设计的基础知识、讲述一般尺寸和参数的通用零件设计方法的课程;是高等学校机械类专业开设的研究机械共性问题的专业技术基础课;也是学生最先接触到的理论与实践紧密结合的核心课程之一。其类型多、方法多、联系多,学生学习时感到这门课程系统性不强、其经典力学理论模型枯燥乏味。因此,教师应充分利用网络教学资源和多媒体信息技术,以丰富的课程资源为基础,巧设情境,进行体验式教学,以启迪学生的思维,开发学生的想象力。比如在进行疲劳强度设计方法教学时,可创设多种情境(如蝴蝶效应、美国F111 飞机失事等),将课程知识点(如机械零部件设计的重要性及疲劳断裂的危害)巧妙地融入各种情境中,使学生自觉地参与到学习活动中。这样就增强了学习的趣味性和挑战性,能更好地引导学生理解设计的重要性。

4.优化更新教学内容

机械设计课程的教学内容分为两部分:一是机械设计的共性知识,包括机械零件的设计准则,机械零件的强度、摩擦、磨损和润滑的分析,机械常用材料和制造工艺的选用等;二是通用零件的设计方法,包括连接件设计、传动零件设计、轴系零部件设计、轴系结构及零件设计,以及其他通用零件设计等。教师对机械的结构、材料以及失效和设计方法一般都是基于通用设备的零部件进行介绍的。然而,随着我国高端装备制造业的发展,出现了一些特殊尺寸、特殊环境下工作的零部件,它们的材料、结构、失效形式和设计方法可能就与通用设备有所不同。因此,在网络资源和课堂教学中应增加学科前沿性的内容和先进设计方法。比如在齿轮、螺栓、轴承和密封润滑等教学内容中可以增设与高端装备制造业及前沿技术紧密结合的内容;在课堂点拨与讨论中除了解决书本上的一些疑难问题(如疲劳断裂机理),还可以增加理论界的一些热点问题和工程实际中的一些亟待解决的问题(如如何检测裂纹、预测与控制疲劳失效),以增加课程学习的高阶性和挑战性,提高学生的综合素质能力和解决工程实际问题的能力。

5.挖掘课程思政元素

机械设计课程蕴含着丰富的思想政治教育元素,因此应在教学改革中将价值导向与知识传授相融合,把思政元素贯穿到课程大纲制定、教学设计和教学评价等教育教学全过程,培养学生在设计中具有注重细节、考虑周全、追求卓越的工作作风,具有终身学习和系统设计的能力。例如在绪论教学中加入具有自主知识产权的核心装备(C919、蓝鲸二号和长征五号)等内容,教育学生只争朝夕、不负韶华、砥砺前行;在疲劳强度教学中加入蝴蝶效应及飞机故障实例,教育学生在设计中要考虑周全、注重细节,因为一个小小的设计缺陷也会造成灾难性的事故。在教学评价中加入分析思考题,可以让学生深刻理解设计周全性及系统设计的重要性。

6.完善课程考核方式

课程考核既是对学生学习的监督,也是反映教学效果比较重要的环节,对教学改革起着非常重要的作用。目前我校机械设计课程仍然实行期末“一考定成绩”的评价方式,不能客观全面地评价学生的综合素质,更不适用于线上线下相融合的“OMO”教学模式。为了促进学生主动学习,全方位全过程地评价学生的综合素质,课题组采用线上学习评价、课堂参与评价与期末测评相结合的方法,构建多元化的考核评价体系(见图2)。线上学习评价包含在线学习实践、在线测评、在线讨论等;课堂参与评价包含到课率、参与讨论的积极性、分组讨论中成员的贡献率等。线上学习评价和课堂参与评价合起来一般占总成绩的30%~50%,期末成绩一般占总成绩的50%~70%,最后综合给出最终评价结果。在课程考核评价体系中要注重学生的高阶性成果,如发表与课程相关的论文或者在机械创新设计大赛中获得省级奖励等,线上学习评价和课堂参与评价可以给满分。

三、实施效果

目前,我校正在探索适合本校学生特点和培养需求的线上线下混合的“OMO”教学模式,并已经开始在机械工程类专业的学生中运行实施,每年受益的学生近600余人。

(一)激发了学生的学习兴趣

“OMO”教学模式采用线上和线下、慕课、微课等与传统课堂教学相结合的方式,突破了传统教学手段的时空局限性。微课和慕课等视频资源可以吸引学生眼球,激发学生自主学习的兴趣;同时,视频可以让学生多次回放学习,增强学生自主学习的信心。通过视频资源的学习,学生在课堂上的参与度明显提高了,师生互动也明显增强了。

(二)提升了课程的教学效果

“OMO”教学模式已经在我校运行一期。与传统教学模式相比,新的教学模式的教学效果比较明显,学生的平均成绩比原来传统教学模式下的平均成绩提高了10%,且分析问题和解决复杂工程问题的能力明显提高。

(三)培养了学生的核心素养

“OMO”教学模式通过慕课、微课及线上线下教学等加强了学生素养的培养,将知识、能力和素质培养融为一体;在学生进行课程设计和后续综合设计的过程中可以看出,学生不仅能够进行单个零部件的设计,还具有系统设计和创新的能力,综合素质明显提高。

线上线下混合的“OMO”教学模式将现代化信息技术手段与传统课堂教学有机结合,对深化课程改革、提高教学质量起到重要的作用。我校通过探索实施机械设计课程“OMO”教学模式,构建了情境、互动、体验、质疑为一体的时空学习环境,增强了学生的自主学习意识,培养了学生的创新精神,提高了学生系统设计和工程实践的能力,促进了学生知识、能力和素质的全面提高。

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