機械設計基礎課程混合式教學模式探索與實踐*

楊福芹 徐俊 張則榮 邵康

摘? 要? 針對機械設計基礎課程知識點零散、重點及難點多，以及傳統(tǒng)的灌輸式教學學生學習被動、師生互動困難的弊端，在教學中引入雨課堂智慧教學工具和思維導圖可視化思維工具，從課前準備、課堂互動、課后總結和成績評定等方面對機械設計基礎混合式教學模式進行探索和實踐，為機械設計類課程教學改革提供新思路。

關鍵詞? 機械設計基礎；雨課堂；思維導圖；混合式教學

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）17-0104-04

0? 引言

機械設計基礎是我國應用型本科工學專業(yè)與具體工程實踐結合最緊密的課程之一，課程教學內(nèi)容較多并具有很強的理論性和實踐性，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和具體工程實踐能力，傳統(tǒng)教學中往往存在教學資源陳舊、教學模式單一、缺少師生溝通平臺、師生交流少等問題。

在信息化技術高速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的以教師為主體、以講授為中心的灌輸式課堂教學已無法滿足新工科背景下培養(yǎng)應用型人才的要求。線上教育教學平臺為教學改革提供了新思路，雨課堂作為一種智慧教學工具，可以與PowerPoint、微信、慕課等結合，使課前預習、課上互動、課后鞏固三個階段相互銜接并賦予其全新的體驗[1]，有效解決教學過程中學生參與度不高、師生之間互動困難等問題。思維導圖作為可視化思維工具[2]，能夠通過樹狀結構圖完整呈現(xiàn)知識脈絡，揭示知識的內(nèi)在聯(lián)系，形成符合學習者認知習慣和思維形成過程的知識鏈[3]。

本文將雨課堂、思維導圖和傳統(tǒng)的課堂教學相結合，對機械設計基礎課程的混合式教學模式進行探索和實踐。

1? 利用思維導圖合理組織與歸納教學內(nèi)容

機械設計基礎課程內(nèi)容為機械原理課程和機械設計課程的整合，教學內(nèi)容豐富且各章自成體系[4]，如圖1所示，理論與實踐結合度大。與課程相關的概念、名詞、公式、圖表繁多，同時還存在許多數(shù)據(jù)標準、國家規(guī)范等，學生學習時往往摸不著頭緒，感覺枯燥難學。因此，首先從教學內(nèi)容上對機械設計基礎課程進行教學改革，利用思維導圖從實踐性和應用性兩個角度對教材內(nèi)容進行整合，借助信息化教學手段，實現(xiàn)線下精講課程的重點、難點內(nèi)容與線上自學基礎課程內(nèi)容的有機融合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，提高他們的創(chuàng)造能力。

課前備課中，教師通過思維導圖對每章的內(nèi)容進行梳理，以厘清教學思路，并以點代章組織教學內(nèi)容，實現(xiàn)知識點的整合串聯(lián)和融會貫通[5]。在保證教學知識完整和準確的基礎上，適當精簡專業(yè)性過強或理論發(fā)展已相當成熟的內(nèi)容[6]，以及與教學重點聯(lián)系不緊密、工程應用較少的知識點，提高備課效率。對于課程中內(nèi)容較簡單的部分，如鍵聯(lián)接、螺紋聯(lián)接、聯(lián)軸器等，以學生線上自學為主，教師課上重點講解其實際應用；對于課程的重點、難點內(nèi)容，如帶傳動、齒輪傳動、軸系等，在課上精講，實現(xiàn)線上線下教學的有機協(xié)調(diào)。

課后讓學生自己歸納總結所學內(nèi)容是非常有效的學習方式，能夠及時對知識點進行鞏固，以免前學后忘。對學生而言，思維導圖是一種方便易懂的學習工具，可以用XMind等軟件繪制。開課前，教師將XMind等作圖工具的操作要領以微課形式由雨課堂推送給學生，要求學生自學，并在課上通過繪制第一次課內(nèi)容的思維導圖對學生進行舉例講解。此后要求學生課后復習中以思維導圖形式通過不同色彩、圖形、主題詞等歸納總結本節(jié)課或本章節(jié)的主要內(nèi)容，既有利于學生掌握知識點，深刻理解其含義和用法[5]，也能幫助學生串聯(lián)起所學的零碎知識點，使知識系統(tǒng)化。由此可見，繪制思維導圖對提高學生的學習興趣和學習效率具有重要作用，可培養(yǎng)學生的自主學習能力，增強其邏輯思維。

2? 教學中引入雨課堂

2.1? 利用雨課堂構建預習新模式

機械設計基礎課程教學內(nèi)容包括機構組成、機構運動、機械傳動、軸系零部件、機械聯(lián)接等多方面的知識，每章知識點密集度高。在傳統(tǒng)教學中，學生一般以看教材為主進行預習，但教材缺乏直觀性，很難達到理想的預習效果。借助雨課堂，教師可以根據(jù)不同專業(yè)的學情，將帶有慕課（MOOC）視頻、習題、語音、案例、外部鏈接的課前預習課件提前兩天推送給學生，啟發(fā)引導其完成課程基礎知識的預習，目的是讓學生通過預習，在課前大致了解授課內(nèi)容，明確本次課的學習目標、重點、難點。對于問題比較集中或者突出的知識點，比如齒輪傳動的受力分析、單個螺栓的強度計算、軸的結構設計、滾動軸承的壽命計算等，教師也可利用動畫、視頻、彈題制成微課。動畫使機構“動起來”，將知識“活化”，有助于學生理解抽象的課程內(nèi)容；視頻和典型案例有利于學生拓寬知識面，補充信息量，極大地調(diào)動學生學習的積極性。通過布置預習資料中的習題或例題，增強學生的預習效果，極大地提高學生的參與度。

2.2? 利用雨課堂促進師生互動

傳統(tǒng)課堂教學多以教師為中心，單向灌輸知識，學生則被動接受知識，參與度較低、主動性較差[7]。雨課堂簡單易學、操作方便，且與PowerPoint、微信相融合，具有在線答題、投稿、彈幕、群發(fā)公告等多項功能，可以實現(xiàn)良好的師生互動、生生互動。教學中引入雨課堂，對提高學生的自主學習意識和自主學習能力有顯著的效果，從而建立起以學生為主、教師為輔的新型教學模式。

以螺紋聯(lián)接教學為例，通過課前預習，學生對螺紋、螺栓、螺母、螺紋副等有所了解，但對螺紋聯(lián)接的正確應用學習比較吃力。根據(jù)預習情況，教師在課堂上把螺紋聯(lián)接的基本類型、螺紋聯(lián)接的預緊和防松確定為講授的重點，把螺紋副的受力分析、自鎖和效率確定為難點。課堂上基于PPT和雨課堂，通過提問、小組討論等方式進行啟發(fā)式教學，引導學生思考，并采用案例分析法對重點知識進行鞏固。該次課具體教學設計如表1所示。通過課堂上的師生互動，讓學生掌握螺紋聯(lián)接的基礎知識和具體應用，抓住重點，形成清晰的知識體系；培養(yǎng)學生的學習興趣，幫助學生形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，提高觀察、思考和分析問題的能力；使學生能夠根據(jù)實際需要選擇正確的螺紋聯(lián)接形式，對于重要的螺紋聯(lián)接能夠采取合理的控制預緊力方法和防松措施。

2.3? 利用雨課堂構建多元化考核方式

機械設計基礎課程傳統(tǒng)教學中往往僅把期末考試作為考核形式，這種單一的終結性評價對于涉及知識面廣泛的專業(yè)基礎課而言，顯然不夠科學、合理，不利于激發(fā)學生的學習積極性。與終結性評價不同的是，形成性評價更強調(diào)培育學生的過程性學習，引導學生積極參加學習過程，以增強學生的獨立思考與自主學習能力。這樣教師就可以通過過程性評價結果動態(tài)掌握學生的學習情況，以便及時調(diào)整教學方案，比如對學習好、學得快的學生適度拔高，對后進的學生采取多鼓勵、多關注等措施，全面增強教學效果。雨課堂智慧教學工具具有自動批閱客觀題、自動統(tǒng)計成績功能，能在測驗結束后立即給出測試結果，其中包括完成情況、測試成績分布和每道試題具體答題情況。雨課堂的上述優(yōu)點可以大大推動形成性評價在各學科中的應用。

綜合該課程特點，將機械設計基礎課程學生總評成績分為形成性評價和終結性評價兩部分。其中形成性評價占總成績的30%，并設置多元考核形式，主要包括課前預習測試（5%）、大作業(yè)（5%）、章節(jié)小測驗（10%）、期中測試（10%）四個模塊。在教學過程中，充分利用雨課堂實施評價。

2.3.1? 課前預習測試

在傳統(tǒng)教學中，學生對預習環(huán)節(jié)不夠重視，預習效果不佳。把課前預習結果納入形成性評價項目，可以大大提高學生線上學習的熱情和緊迫感。在進入課程知識點學習之前，對學生的預習情況進行摸底，即前測。前測依托雨課堂教學工具，主要以選擇題、填空題和判斷題的形式開展。學生通過雨課堂獨立完成預習知識的測驗，教師通過雨課堂統(tǒng)計結果，同步了解學生知識的薄弱環(huán)節(jié)，及時對課程教學內(nèi)容進行調(diào)整，方便課上詳略得當、有的放矢地精講。

2.3.2? 大作業(yè)

機械設計基礎課程的課后作業(yè)涉及一些設計性題目，如平面連桿機構的設計、凸輪機構的設計、帶傳動的設計、齒輪傳動的設計、軸系的結構設計等，這些設計性題目往往答案不唯一，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計意識，提高工程設計能力和現(xiàn)代設計技術運用能力。為了更好地體現(xiàn)設計性作業(yè)的特色，要求學生正確查閱圖表、設計步驟完整、保留作圖痕跡，并把作業(yè)要求以PPT或試卷形式通過雨課堂推送給學生，學生完成后拍照上傳。教師批改后及時反饋給學生，學生則能按照教師的批注了解自己對相應知識點的學習情況，查漏補缺。

2.3.3? 章節(jié)小測驗與期中考試

由圖1可以看出，機械設計基礎各章知識點聯(lián)系不緊密，內(nèi)在邏輯性不強，學生在學習過程中需要及時復習和總結，否則很容易前學后忘。一章內(nèi)容學完后，教師按授課內(nèi)容設置測驗題目并上傳雨課堂，學生在規(guī)定時間內(nèi)完成。教師合理安排測驗題量，控制題型分布和難易程度，以便客觀、真實地反映學生的學習效果。章節(jié)小測驗和期中考試有利于督促學生主動學習、及時復習，避免出現(xiàn)期末考試臨時突擊的情況，也是檢查學生階段性學習情況的有效手段，可以加強師生互動，更好地實現(xiàn)教學相長。

3? 結束語

思維導圖與雨課堂相結合用于機械設計基礎教學，構建課前教師備課、學生線上預習—課上教師精講重點、與學生討論難點—課后學生鞏固復習、教師檢測并反饋的混合式教學模式，可以明顯增強教學效果。

1）能夠在師生之間高效傳遞知識和信息，使教學內(nèi)容的呈現(xiàn)形式與思維形成過程相一致，便于教師講解和學生接受，可有效解決機械設計基礎教學學時少、內(nèi)容多的問題。

2）有利于實現(xiàn)趣味性和個性化教學，讓學生成為課堂學習的主人，既發(fā)揮教師在教學過程的主導作用，又充分調(diào)動學生作為教學主體的主動性和積極性，有效解決學生自主學習能力差的問題。

3）探索多元化考核方式，建立過程性評價與終結性評價相結合的考核評價體系，客觀公正地評價和檢驗學生的學習質(zhì)量，使得課程考核在培養(yǎng)學生良好的學習習慣、促進教學目標達成的過程中發(fā)揮積極作用。

參考文獻

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[2] 楊亮，彭朋，王麗，等.醫(yī)學影像學教學改革探討：雨課堂結合思維導圖的融合式教學[J].繼續(xù)醫(yī)學教育，2021，35（8）：6-8.

[3] 馬偉麗，吳磊.基于思維導圖的機械專業(yè)理論與實踐課程聯(lián)動研究[J].裝備制造技術，2021（2）：142-144.

[4] 樊智敏，孟兆明.機械設計基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[5] 薛倩，馬敏.基于“雨課堂”和思維導圖的《電路》課堂教學研究[J].電子世界，2018（23）：27-28.

[6] 楊福芹，劉峰.基于多媒體技術的機械原理教學探討[J].大學教育，2014（13）：155-156.

[7] 阮迪女，陳海強.互動式“雨課堂”在成人教育教學中的實踐探索[J].繼續(xù)教育研究，2021（5）：44-47.

*項目來源：青島科技大學2020年度教學改革研究項目“基于移動云平臺的機械設計類課程信息化教學模式研究與實踐”；青島科技大學2020年度教學改革研究專項項目“數(shù)據(jù)驅(qū)動下的《機械設計基礎》線上線下混合式一流課程建設探索與實踐”。

作者：楊福芹、張則榮，青島科技大學機電工程學院，副教授，研究方向為機械設計及理論；徐俊，青島科技大學機電工程學院，講師，研究方向為機械設計及理論；邵康，青島科技大學機電工程學院，講師，研究方向為軸承摩擦、磨損與潤滑，內(nèi)燃機軸系動力學（266061）。