“机械设计基础”课程混合式教学改革与实践*

侯建明 ， 蔡伟通 ， 何秋梅

（1.广东水利电力职业技术学院智能制造学院，广东 广州 510925；2.广东工业大学材料与能源学院，广东 广州 510006）

近年来，随着互联网和信息化技术的发展，利用信息化技术进行教学改革已成为高等院校教学改革的大趋势。信息化技术因其便捷和高效的特点在各类不同课程的教学中得到了广泛的使用。尤其是2018 年4 月教育部印发《教育信息化2.0 行动计划》等相关文件以来，信息化教学已成为我国高校教学改革的有力抓手。其中，“线上+线下”混合式教学备受职业院校关注。2020 年新冠肺炎疫情暴发，“线上+线下”混合式教学为各大高校“停课不停学”作出了重大贡献。在此背景下，如何利用信息化技术手段，通过在线平台打造线上教学资源，科学设计卓有成效的教学方案，掀起课堂革命，有力推动“三教”改革，是每个课程建设者面临的重大课题。课题组针对“机械设计基础”课程的特点和目前教学存在的问题，以智慧职教-职教云平台为载体，精选教学内容，选取合适案例和知识点制作微课资源，充分采用信息化教学手段，科学地设计“线上+线下”混合式教学实施方案，以成果为导向，兼顾个体差异[1]，进行行之有效的“机械设计基础”课程混合式教学改革。

1 “机械设计基础”课程现状及改革的必要性

“机械设计基础”是以机械原理、机械传动和机械零部件为研究对象的一门课程[2]，是高等院校机械类专业开设的专业基础课，在整个机械类专业课程体系中具有重要的基础性地位。该课程注重对学生理论知识和创新实践能力的培养，旨在培养具有工匠精神的高素质技术技能型人才，尤其是对机械产品和零部件设计能力的培养。因此，该课程对理论性和实践性的综合运用能力要求较高，教学内容多[3]，具有一定的学习难度。该课程工程概念多、公式多、符号多、图表和标准多，知识点多且分散，每个章节之间的内容逻辑关联度相对其他学科较低，整体缺乏系统性，以至于不少学生在学习过程中不能进行循序渐进的有效学习，基础较差的学生容易对该课程失去学习兴趣。在传统的“机械设计基础”课堂教学中，教学方法比较单一[4]，教师多采用讲授法，即教师在讲台上讲授理论知识，学生在讲台下被动地接受知识，这种以教师为主导的教学模式不利于发挥学生的主观能动性。而纯线上授课也存在一些弊端，如师生之间的互动不如在教室里面直接有效，在线上授课时，由于技术条件的限制，教师对学生的状态难以实时监督。因此，教师应该合理利用信息化技术手段，采取“线上+线下”混合式教学模式，将抽象的理论形象化，将概念实物化，加深学生的形象记忆[5]，给学生打造一个开放性和个性化的学习平台，注重以交互性为特征的教学设计，达到学习资源的优化配置，营造良好的学习环境，让学生在获得知识技能的同时增加丰富的情感体验，从而实现从“教师讲授为主导，学生被动学习”到“教师引导，学生主动学习”的转变，提升课堂教学质量。

2 “机械设计基础”课程混合式教学设计

2.1 搭建线上教学资源库平台

“机械设计基础”课程采用智慧职教-职教云平台作为线上教学的载体。智慧职教-职教云平台是一个集合了移动端、教师端和管理端、能进行高效互动的平台，教师可在智慧职教-职教云平台搭建课程在线资源库，智慧职教-职教云为教师提供了一个可以搭建个性化课程的平台。教师可以把教学资源如课件、微课、录制的教学视频等上传到平台，这里教师并不是简单机械地上传和推送教学资源，而是精心选取教学内容，教学内容必须考虑机械行业的发展需要，注重对学生工程应用能力的培养，根据职业标准和岗位需求，突出用机械原理去解决实际工程问题的能力[6]。教师根据学情分析，在课前、课中、课后三个环节精心设计教学活动。教师在这个平台可以设计各种教学活动，如课前预习、课中签到、分组课堂讨论、抢答、课堂测验、投票问卷、课后考试、课程评价等教学活动。学生可以在移动端或者电脑端进行自学，随时随地完成教师布置的任务，也可以通过移动端在平台上对课程进行评价并提出意见，实现师生之间的良性互动。该平台打破了传统教学中时间和空间的限制，可以满足学生个性化、碎片化和立体化的学习需求，增加学生良好的学习体验，提升学生的学习兴趣和积极性，并为学生和教师之间提供了有效的立体化的互动平台。

2.2 “机械设计基础”混合式教学设计

基于智慧职教-职教云平台的混合式教学模式，注重老师与学生之间的互动，通过个性化、开放性的教学设计，注重学生的学习体验，充分利用信息化技术手段引导学生自主性学习，提升学生的课堂参与度，通过大量的视频动画充分调动学生多种感官，降低学习难度，提升学生的学习兴趣，提升学生在教学中的主体地位。为了实现课程教学目标，混合式教学设计主要包含课前教学准备、课中教学活动组织、课后拓展提升以及课程评价四方面的内容，如图1所示。

图1 “机械设计基础”混合式教学模式

2.2.1 课前准备

在上课前两周，教师应做好学情分析，选取的教学内容应充分对接职业新标准和国家行业新规范，以企业岗位需求为导向，以培养学生创新实践能力为目标，采用任务式教学方法，精心选取生活中的案例，通过任务引入、创设学习情境等环节设计教学。同时，融入课程思政的元素，培养学生的工匠精神和家国情怀，增强课程育人功能。以“铰链四杆机构的基本特性”2 学时的课程设计为例，在课前，教师将提前制作好的微课资源（如微课“几分钟教会你判断曲柄是否存在”）上传至智慧职教-职教云平台，将相关动画（如颚式破碎机、汽车雨刮器、起重机、牛头刨床、汽车转向机构等）、课件和教学视频上传至平台，并发布预习任务，同时在平台布置相关知识的习题，进行预习后的简单测验。测验可选择一些客观题型，这样系统可以自动批改作业，极大地提高教师的工作效率。发布的课程任务点类型如图2 所示。同时，以汽车转向机构为案例，设计引导式、任务式的提问，创设学习情境，发布学习任务。学生可在移动端完成教师布置的各项预习任务，可以通过碎片化学习的方式，自由选择某个时间段完成教师布置的预习任务，在自主学习的过程中，如果遇到一些疑问，可在平台与同学或教师进行留言互动。通过在开放的信息环境中提供丰富的学习资源，可提升学生的自主性，增加学生良好的学习体验，提升学生的学习兴趣。同时，通过教师布置的学习任务，让学生对课程内容有初步的掌握。通过此阶段，学生完成在课前试做的初阶任务。

图2 课程任务点类型分布

2.2.2 课中组织

教师用智慧职教-职教云平台作为辅助手段，在线下组织教学。根据智慧职教-职教云后台教师端的数据，整理出学生在预习过程中遇到的问题，梳理出教学的重难点，根据反馈情况对教学设计进行调整。以“铰链四杆机构的基本特性”2 学时的课程设计为例，课程实施阶段可分为任务引入、知识讲授、分组强化提高、小组成果展示、学以致用等环节。在任务引入环节，教师借助汽车转向的视频，设置巧妙的提问，引出平面四杆机构的应用，以贴近生活的案例激发学生的学习兴趣。同时，提出学习任务“探索汽车前轮转向机构的运动特点”。在知识讲授环节，教师借助动画和视频讲授铰链四杆机构的特点和应用，利用微课动画演示讲解曲柄摇杆机构的组成和运动特点，并发布在线互动讨论题目，学生通过平台抢答，深入了解曲柄摇杆机构的运动特点及其演化形式。学生带着问题听讲，看动画和数曲柄，讨论曲柄存在的条件，用思维导图总结判断曲柄存在与否的方法。在分组强化提高环节，用flash 动画调整曲柄，分组抢答分析生活中的一些机构，在智慧职教-职教云平台抢答，并统计展示应用成果，教师则听取各小组分享，及时纠正其中存在的问题。在课中组织阶段，学生完成的任务实现由“课前试做的初阶任务”向“课中学做的高阶任务”递进。

2.2.3 课后拓展提升

教师通过智慧职教-职教云平台发布课后作业。以“铰链四杆机构的基本特性”2 学时的课程设计为例，教师在平台发布课后测验内容（曲柄判断方法），对课中、课前的知识加以巩固。同时发布拓展提升任务，让学生用本次课所学内容（平面机构的应用）和所学软件设计公交车车门启闭机构，并发布设计仿真指导视频。学生在课后完成教师布置的任务，并上传至平台展示，教师通过平台对学生作品进行评价，并将学生的优秀案例上传至在线学习库。在课后拓展阶段，学生完成的任务实现由“课中学做的高阶任务”向“课后实做的进阶任务”递进，从而使学生的创新实践能力得到提升。通过课前试做、课中学做、课后实做三层递进的学习实践，培养学生解决机械工程实际问题和机械创新设计实践的能力。同时，拓展内容应融入思政元素，引入“大国重器”“超级工程”和“机械发展史”等拓展内容[7-8]，让学生发现机械之美，培养学生良好的职业素养，增强课程育人功能，培养真正德技并修的高素质技术技能型人才。

3 课程评价方式的改革

传统的“机械设计基础”课程评价是采用“60%期末考试成绩+40%平时成绩”的方式，其中平时成绩包括考勤作业，期末考试是以闭卷方式命题考试。对“机械设计基础”课程进行混合式教学改革后，这种传统的考核方式已无法满足课程的教学需要。为公平公正地测评整个教学过程，采用集教师评价、学生互评、智慧职教-职教云平台评价于一体的多元多维的评价模式，对学生的知识掌握程度、能力素质和个性特征进行全方位的考核，如表1所示。

表1 “机械设计基础”混合式教学考核评价标准

4 “机械设计基础”课程混合式教学改革成效

通过对“机械设计基础”课程的“线上+线下”混合式教学改革，课程教学取得了初步的改革成效，主要总结为以下几点：第一，学生的学习兴趣和自主学习能力得到了提升。通过智慧职教-职教云平台，学生能有效地进行碎片化和个性化学习，在课堂上能有效促进师生之间的互动，极大地提高了学生的课堂参与度，实现了课堂教学从“以教师为主导，学生被动学习”到“以学生为中心，以教师为引导”的转变。第二，学生对机械产品的创新设计实践能力得到了提升。在传统课堂中，学生对课堂教学的参与度相对不高，众多工程概念、图纸、公式复杂难懂，学习主动性不高的学生容易失去信心，教学效果不理想。在“线上+线下”混合式教学改革中，教师精心选取教学案例，充分利用信息化教学手段，对教学重难点进行直观展示，让学生深入理解其中的原理，降低了学习难度。同时，课程设计注重应用型知识传授和实践性技能培养，通过布置三阶递进的学习任务，学生的机械设计能力和动手实践能力有了极大的提升。第三，通过混合式教学改革，提升了学生对课程和教师授课的满意度。问卷调查结果显示，学生对自身的学习能力和机械产品设计创新能力、对课程的学习兴趣以及对教师的授课情况等均有较高的满意度，部分调查结果如表2所示。

表2 “机械设计基础”混合式教学满意度调查情况（部分）

5 结束语

随着互联网和信息化技术的发展，混合式教学已成为我国高等教育教学改革的发展趋势。通过“线上+线下”混合式教学改革，丰富了在线学习资源，拓展了课程深度，为学生提供了一个多维度、个性化和开放式的学习环境，能有效提升和开发学生学习的自主性和兴趣。“机械设计基础”课程主要以培养学生的机械分析设计能力与创新设计能力为主线[9]，以培养具备较强创新能力和实践能力的机械设计人才[10]和具有家国情怀和工匠精神的技术技能型人才为目标。如何将课程的线上学习和线下教学进行有效的深度融合，挖掘思政元素，融入工匠精神，优化教学环节，增强课程育人功能并实现课程育人目标，是广大课程建设者必须思考的问题。