基于MOOC與SPOC的機械設計課程設計教學研究

申 燚，方海峰，吳群彪，袁明新

（江蘇科技大學蘇州理工學院，江蘇 張家港215600）

機械設計是機械類學生的核心課程，而在機械設計結束后進行的課程設計是一項重要的實踐環節，機械設計課程設計是一門與工程實際聯系緊密、應用性很強的課程，但學生往往缺乏工程應用背景。傳統教學更多體現在記憶層面上，學生感覺較吃力，更無從談起工程應用能力的培養。采用MOOC的教學模式則顛覆傳統的課堂教學架構，學生可以通過課程網絡平臺，利用網絡資源，如工程案例、教學錄像、習題等來完成相關知識點的學習，變被動學習為主動學習，增強學生自主學習能力，提高教學效果。同時MOOC提供了一種全新的知識傳播模式和學習方式，學生的學習興趣雖然會被調動起來，但需要很強的自主性，這對于地方性高校學生，尤其是民辦高校學生是一個挑戰，因此，在進行MOOC線上學習的同時，也需要線下的面對面指導和激發，即使是優秀學生，也有必要與教師進行深度溝通。SPOC教學是一種翻轉課堂教學，能形成對MOOC教學的有益補充，該線下教學模式對激發課堂教學活力，提升教學質量能進一步發揮積極作用。

1 基于MOOC與SPOC的機械設計課程設計教學模式研究

由于機械設計課程設計的時間一般安排在機械設計課程結束后，也就是期末。而每年的期末考試和大學英語四、六級考試正好與機械設計課程設計時間相撞，導致學生課程設計時間的嚴重不足，總是利用課程設計時間學習其它課程內容。另外課程設計時間只有2周或3周，時間緊迫，學生根本沒有仔細考慮和探究的時間，只能是依葫蘆畫瓢，導致課程設計質量不佳。為了解決這個問題，課題組采用MOOC與SPOC有機融合的混合式教學模式[1-2]，設計題目一般在學期初就發布在網絡教學平臺上。首先，學生可以根據教師指定的學習內容進行在線課前預習，主要觀看MOOC上相關的教學視頻或PPT課件；然后，學生參加教師設定的預習測試，則教師根據學生的預習測試結果和學生網上反饋信息進行匯總和梳理，在課堂上進行有針對性地教學活動：比如針對重點、難點進行解析和小組討論，小組討論可以是師生之間或學生之間，但學生占主導地位，教師參與指導；最后，學生根據自己前面階段的學習情況，有針對性地再次觀看MOOC上視頻、PPT課件和測試題等學習資料，也可以在線方式與教師或同學之間進行交流互動，進一步鞏固學習效果。這樣一方面有助于學生有足夠的時間去消化所學的知識；另一方面能激發學生學習興趣，變被動學習為主動學習。

目前，多數院校的課程設計題目是圍繞齒輪減速器展開的輸送裝置設計，并且大都采用的是二維CAD軟件進行設計和繪圖[3]。由于學生缺乏機械設計實戰經驗，需要對設計過程進行反復地校核和修正，這勢必會使得學生感到枯燥乏味，且困難重重，甚至對課程設計失去了信心和興趣，最后導致了隨便做做或一人設計全班抄襲的現象，完全違背了實踐課程的教學目的。鑒于此，在設計[4]中，引入了Solidworks三維參數化設計軟件，可實現零件的動態設計與校核以及裝配體的動態干涉檢查。由于Solidworks軟件具有界面友好、操作靈活、功能強大、模態分析計算等各方面都具備良好的性能，是二維CAD繪圖軟件難以實現的。這樣，不僅大大降低了學生進行反復修改設計參數和校核零件的工作量，提高了設計效率，也激發了學生的學習興趣。同時增強了學生利用現代化手段進行機械創新設計的能力。

2 基于MOOC與SPOC的機械設計課程設計考核方式的改革

作為考核學生[5-6]學習水平和學習能力的教學手段，課程設計考核辦法改革，既是課程綜合改革的重要組成和關鍵環節，也是教學方法改革的重要支撐和保證。為了營造良好的學習氛圍，首先指導教師應提高認識，把課程設計的課堂教學管理作為比理論教學更為重要的任務，考慮到課程設計教學的靈活性，實際上課程設計的教學管理要比理論課堂管理難度更大。以往的課程設計課堂管理方法相對松散，一般指導教師只會在正常上班時間抽空對學生進行指導，這樣就會出現學生遇到難題時找不到指導教師的現象，因此學生的學習積極性就會大大降低。為了解決該問題我院要求指導教師全程跟蹤，基于MOOC與SPOC隨時解決學生遇到的難點和疑點，但指導教師在學生遇到難點和疑點時，不會急于給出答案，而是鼓勵學生間的交流與合作，通過同學之間的討論，找出解決問題的辦法，這樣不僅鍛煉了學生解決問題的能力，同時也提高了學生的團隊協作精神。為了保證課程設計任務按時完成和避免學生抄襲，要求指導教師一到兩天檢查學生完成情況并公布進度。因此改革后機械設計課程設計在平時成績中除了包括平時表現，如出勤率和課程設計過程中的學習態度外，還增加了網上互動環節。因此其考核標準也發生了改變，在平時表現、設計說明書、二維CAD裝配圖和零件圖以及答辯的基礎上增加了網上互動和三維建模環節，各環節所占百分比如表1所示。

表1 改革前后機械設計課程設計考核標準對比

3 傳統教學與基于MOOC與SPOC混合式教學的結果分析

3.1 學生作品

Solidworks是我院機械類學生的一門必修課程，通過Solidworks課程的學習，學生基本上能夠熟練使用Solidworks進行機械零件的三維造型設計，虛擬裝配及運動仿真。利用三維設計軟件Solidworks，進行三維零件的造型設計，可以非常直觀地表現設計者的設計意圖，而且在設計過程中，可以很容易地對設計任務進行修改，也可在較復雜的大型設計項目中，實現團隊合作，分工設計。

作為傳統的機械設計課程設計題目，減速器涵蓋了機械設計中基本典型零件的設計。如圖1所示為其中1個學生所設計的減速器中的主要零件有：齒輪、傳動軸、箱體。為了檢查各零件設計是否合理，需要將各零件進行虛擬裝配，如圖2所示為該學生完成的減速器裝配圖及爆炸圖。如在裝配過程中存在干涉或不合理現象，則根據需要修改相應零件的三維模型。

圖1 齒輪、軸、箱體零件圖

圖2 減速器三維裝配圖和爆炸圖

3.2 機械設計課程設計成績比較

以我院2015級機械電子工程專業60名學生和2016級該專業的60名學生為例，2015級采用的是傳統的教學模式，2016級采用的是基于MOOC與SPOC混合式教學模式。表2是不同教學模式下學生《機械設計課程設計》成績分布情況，從表2可以看出，2016級學生《機械設計課程設計》成績優良率為76.67%，2015級學生該課程成績優良率為60.00%，即2016級比2015級優良率高出16.67個百分點。因此采用MOOC與SPOC混合式教學模式的教學效果明顯優于傳統模式的教學效果。更重要的是學生創新思維能力、機械設計能力、解決工程實際問題的能力和自主學習能力都得到了較大的提高。

表2 不同教學模式下學生機械設計課程設計的成績分布

4 結論

本文基于MOOC與SPOC的混合式教學模式，非常注重學生的自主學習能力和創新能力的培養，在課堂上主要是解決學生在學習過程中遇到的問題，這樣變被動學習為主動學習。同時要求學生利用三維軟件進行設計，適應了當今社會對技能型人才的需求，對提高教學質量，激發學生對本門課程的學習興趣，都有較大程度的促進作用。自教學改革三年多以來，課題組指導學生畢業設計獲得江蘇省優秀畢業設計二等獎2項，江蘇省團隊優秀畢業設計2項，多人獲得校優秀畢業設計；指導學生參加第七屆、第八屆全國大學生機械創新設計大賽慧魚組獲得一等獎2項，二等獎5項，三等獎2項；指導學生參加江蘇省第六屆、第七屆機械創新設計大賽獲得二等獎4項，三等獎2項；指導學生參加江蘇省第七屆大學生機器人大賽獲得二等獎2項，三等獎3項；指導學生分別參加江蘇省和全國大學生創新項目順利結題等。取得的一系列成績說明了我院學生的機械設計能力得到了較大的提高，同時也驗證了課題組開展教學改革的有效性。