教育信息化2.0時代《機械設計基礎》課程改革研究

肖湘

摘要：《機械設計基礎》是一門機械類專業的專業基礎課程，內容枯燥難懂，筆者借課程改革之機，以“軸的設計”為例，從教學分析、教學實施、教學設計和教學反思四個方面，詳細敘述信息化教學手段在課程教學中的應用。《機械設計基礎》課程進行信息化教學改革與實踐，改進了傳統教學的不足之處，激發了學生的學習積極性和興趣，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：機械設計基礎;信息化教學;軸的設計;教學改革

中圖分類號：TH12-4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0222-02

0? 引言

黨的十九大開啟了教育現代化、建設教育強國的新征程。教育信息化2.0行動計劃是在歷史成就基礎上實踐新跨越的內在需求。隨著互聯網+的飛速發展，信息技術和教育教學之間的深度融合，正在改變高職教育教學體系，高職課程教學改革和實踐工作勢在必行。

1? 高職《機械設計基礎》信息化教學改革的必要性

①在教育信息化2.0背景下，利用互聯網+教育的平臺，合理運用信息化教學手段，對高職課程《機械設計基礎》進行教學改革與實踐，努力構建信息化時代人才培養新模式，提升教學質量，只有這樣才能完成高職人才培養目標和教學改革要求;

②《機械設計基礎》是機械類專業的專業基礎課程，課程內容枯燥難懂，傳統教學手段單一，教學設計過程還需要套用公式計算，這些授課方式顯然不適合高職院校學生，只會打消學生學習的積極性，教學效果不好，教學方式與教育信息化要求相差甚遠;

③通過引入信息化教學手段，使用教學平臺藍墨云，將課程教學貫穿課前課中課后;微課、教學視頻等豐富的教學資源激發學生的學習興趣和積極性;使用專業軟件代替傳統的復雜枯燥的計算公式，突破了教學難點，提高了教學效果。

實踐證明：《機械設計基礎》信息化教學改革滿足現代高職教育的需要，通過合理和目標明確的教學設計，結合信息化教學手段， 提升教學質量，激發學生學習積極性。現我以“軸的設計”教學內容為例，詳細闡述教學改革的過程，總結實踐經驗與不足，為以后的教學改革提供參考。

2? “軸的設計”信息化教學改革

2.1 教學分析

本教學內容選自十三五規劃教材《機械設計基礎》，這門課是機械設計與制造專業的核心基礎課程，在整個專業的學習過程中起到了承上啟下的作用。前期學生已經學習了機械制圖、工程力學、有限元等前導課程，雖有一定理論基礎但無實際設計能力。因此，根據人才培養方案及課程標準并結合學生實際情況確定了知識、能力、素質三大目標。綜合培養目標及以往教學經驗確定本次教學重點為：軸的結構設計、尺寸設計及工藝分析，教學難點為軸的結構設計及尺寸設計。

2.2 教學設計

此次教學設計包括教學環節設計、信息化教學資源設計、教學方法設計三方面內容。將教學過程分為三大環節，課前任務驅動，自主學習并完成初步設計;將課中實施環節細化為五個子環節，結構-尺寸-工藝環環相扣，解決教學重難點;課后拓展環節旨在提升學生專業技能及綜合能力素養（見圖1）。整個教學過程以軸的設計為核心，將三維建模及動態仿真、微課、微信群等信息化資源融入到各個教學環節，以翻轉課堂為主導，綜合做中學、學中做的教學理念，以校企交流為輔助開展現代化教學。

2.3 教學過程

課前教師利用藍墨云學習平臺下發任務書及課件等相關學習資源，并組織學生拆裝一級減速器主動軸配件;學生登錄平臺下載學習資料自主學習，并完成課前預習任務——主動軸三維建模和從動軸設計。

針對教學重難點將課堂實施環節細分為五個子環節：

子環節一 視頻引入 通過汽車一級減速器三維動態爆炸視頻激發學生學習興趣同時引出此次課題，并引導學生分析出結構設計的關鍵因素——軸上裝配件的軸向及周向定位。

子環節二 結構設計 首先組織學生觀看微課，學習軸上裝配件與軸結構設計之間的關系，然后教師總結分析軸上主要裝配件的常用定位方式，最后學生針對課前設計進行結構修改，完善軸件結構。在此過程中，教師線下實時輔導答疑，并組建包含學生、教師、校企合作公司結構工程師的結構設計微信群，學生通過微信與結構工程師在線互動、交流學習，讓學生學中做，做中學，改進軸件結構，通過三維建模與裝配的方式，改善了以往傳統教學的弊端，使理論知識實體化，解決教學難點一。

子環節三 尺寸定形 修改結構后的軸件是否就已經滿足實際工作要求呢？引出尺寸選型的關鍵——軸的強度及剛度校核。傳統教學中都是通過大量計算來驗證強度剛度是否達到要求，計算公式多且復雜，計算量大，難度大;此次教學我們采用有限元仿真模擬的方法，可操作性強，設計過程形象簡單（見圖2）。

首先教師利用三維仿真軟件，操作并講解有限元仿真及優化設計的全過程：模擬真實工作環境下軸件受載情況，將理論受力圖解轉換成仿真軟件受力加載，利用軟件的計算能力計算出各部分位移、應力及應變情況，進而判定軸件的強度及剛度是否達到要求。如果強度及剛度不達標，則進入軟件的優化設計模塊，自動優化軸件的尺寸，直到滿足承載要求。接下來學生通過仿真軟件，針對自己設計的軸件進行有限元模擬并進行優化設計，教師同步跟蹤指導，同時借助微信群，校企合作公司有限元開發工程師在線交流輔導。通過線上線下互動答疑，做學結合，理論聯系實際，改善了以往純理論教學的弊端，突破教學難點二。

子環節四 工藝分析 那么經過結構及尺寸修改后的軸件是否就已經滿足設計要求？針對工藝知識模塊的特點，采用經驗教學法，通過播放一組工藝經驗分享案例視頻，啟發學生對設計的軸件進行工藝改進。改進過程中教師同步指導，工藝交流群校企合作工藝工程師在線答疑。最后教師對學生提交的軸設計圖紙，進行點評，總結歸納本次課程的知識點。

子環節五 趣味游戲 通過開展“大家來找茬”的趣味游戲，鞏固教學內容。教師提供一個“問題軸”圖紙，讓學生從結構、尺寸、工藝等方面找出圖紙中的問題，通過搶答得分的形式完成游戲環節。最終達到檢驗學習效果，鞏固知識要點的目的。

課后拓展環節，學生將設計的軸在學校實訓基地加工出成品，加深學生對設計工藝問題的理解，提高學習成就感;同時每人錄制一個“我的設計初體驗”視頻，重現設計的整個過程，總結發現問題解決問題的辦法，梳理軸設計過程中涵蓋的知識點，積累設計經驗，增強綜合素養。將學生視頻上傳至微信公眾號，投票選出優秀作品，教師將評選出的優秀軸設計視頻發給校企合作企業工程部，拓寬學生就業渠道。

教學評價，綜合課前任務完成情況，課中階段任務完成情況，課后拓展執行情況進行階段性全過程考核評價，并綜合教師點評、企業評估、學生互評三方綜合評價機制。

3? 教學特色和反思

轉換了主體的教學設計提升了學生的自主學習能力及學習積極性;三維建模、爆炸動畫、微信微課視頻等信息化資源的利用將理論知識動態化，降低了學習難度;有限元分析手段的利用使教學更簡單高效;綜合了各種信息化資源的遞進式教學過程，突破了教學重點，解決了教學難點，圓滿達成了教學目標。

層次化教學任務、遞進式教學過程、數字化教學資源、引導式教學方法、校企結合式教學輔導，創新了教學模式。

筆者深知課程改革不是一勞永逸的事情，通過對《機械設計基礎》信息化教學改革的總結，結合目前課程思政的教育目標，在今后的教學過程中，我們還會從課程內容中提煉思政元素，結合信息化教學改革成果，繼續做好課程改革工作。

參考文獻：

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[3]韓麗杰.機械設計基礎課程教學改革研究與實踐[J].黑龍江科學，2020（05）.