機械設計課程“OMO”教學模式研究與實踐

李秀紅 郭 策 李文輝 李 峰 常艷紅

1.太原理工大學機械與運載工程學院，山西 太原 030024

2.太原理工大學航空航天學院，山西 太原 030024

隨著信息技術的發展，微課和慕課等新的教學平臺和資源隨之產生，也促成了傳統教學模式的轉變。2018年教育部發布了“新時代高教40條”，明確提出了要以學生發展為中心，推動課堂教學革命。高校要積極推廣小班化教學、混合式教學、翻轉課堂等，構建“線上線下”混合式教學模式，切實提高課堂教學質量。

機械設計課程是機械工程、車輛工程、材料成型與控制工程、過程控制裝備等專業的一門非常重要的專業技術基礎課，承前啟后，對培養學生的綜合工程設計能力及創新能力起到重要的作用。目前，太原理工大學（以下簡稱我校）的機械設計課程仍然以傳統的填鴨式教學模式為主，存在以下弊端：

一是教學形式固定。傳統的課堂教學過分強調教師的中心地位，以教為主，先教后學，只注重信息的傳遞過程而忽略信息吸收內化的過程，師生互動少，導致學生喪失學習的主動性、自主性和創造性，學習效果不理想。

二是教學內容枯燥。目前機械設計教學內容仍然是以通用零部件的設計理論和方法為主，知識口徑偏窄、拓展與延伸性不強，缺乏反映本學科前沿知識及培養學生分析、思維和研究等能力的內容。

三是考核方式單一。目前機械設計課程仍然延續傳統的以期末“一考定成績”的評價方式，忽視了對實踐創新能力及其他綜合素質的評價。

針對上述現有機械設計教學過程中存在的問題，為迎合時代需求，課題組將信息技術與課堂教學深度融合，以培養學生的自主探究學習能力、較強的綜合工程設計能力和創新能力為目標，探索適合本校學生特點和培養需要的線上線下混合與課內課外充分融合的“OMO”課程教學模式。

一、改革目標

機械設計山西省精品共享課程，已在超星泛雅教學平臺構建了部分教學資源，如重點難點指導、動畫視頻、習題庫、工程案例、學生自主創新案例等基本資源和拓展資源。我校基于超星泛雅教學平臺，積極挖掘和利用微課、慕課等能夠激發學生自主學習興趣的視頻教學資源，構建課程線上教學環境；通過信息技術與課堂教學的深度融合，實施線上線下混合和課內課外充分融合的“OMO”課程教學模式，并在機械類學生中率先推行翻轉課堂學習模式，拓展課程的深度和廣度，培養學生解決復雜問題的綜合能力和系統設計的能力，提高機械設計課程教學質量，促進學生知識、能力和素質的全面提升。

二、改革措施

（一）總體思路

傳統的教學方式分為課堂“信息傳遞”和課后“信息內化”兩個階段，這種模式往往忽視學生的主動性和創造性，抹殺學生對知識獲取的興趣。針對問題，課題組在課前、課中、課后三個教學時段充分發揮現代信息技術的作用，將信息技術與線上線下教學深度融合，優勢互補、各取所長，從教學設計、課程平臺、教學內容、思政教育和評價體系等方面進行課程改革。課題組基于機械設計山西省精品共享課程資源，增設慕課、微課、3D教材等網絡教學平臺，將更適合線上學習的知識點及疑點等放在線上教學，把線下的時間更多地用于體驗反思、實操演練、交流互動等團隊學習，構建情境、互動、體驗、質疑為一體的時空學習環境，探索與學校定位、專業培養目標、學生特點相適應的課程教學模式。總體思路見圖1，具體為：將信息傳遞改在課前進行，通過課前線上預習、經典案例展示、課前測驗、在線輔導等實現學生個性化、自由化的學習；通過課堂點撥與討論、情景式教學、案例探討、師生互動、生生互動、教師點評等教學環節，讓學生在輕松的環境中進行體驗反思和實操演練，完成重點、難點知識的吸收內化，增強學生的工程意識和解決實際問題的能力；課后積極通過線上答疑輔導、回放學習、大作業、綜合性設計等鞏固和深化所學知識，最終達到使學生具有解決復雜工程問題能力的目標。

（二）具體措施

1.精心組織教學設計

教學設計在課程教學中起到非常重要的作用，是體現教師教學能力、提高課堂教學質量的重要途徑。為了取得更好的教學效果，任課教師應明確課程的教學目標；根據教學目標和教學手段提前進行課堂的整體設計，包括課前、課中和課后的教學內容、教學方法和教學手段。課前，應充分利用線上資源讓學生預先學習一些基本的知識點，了解一些工程案例，引導學生發現知識的趣味，激發學生的興趣。課中，主要講授難點和重點，通過案例討論、互動環節，采用集中討論和分組討論相結合的形式加深學生對知識的理解。教師對討論環節要及時引導和控制，最后總結點評要起到畫龍點睛的作用，既讓學生有學習的成就感，也讓學生體驗到合作學習的樂趣。課后，教師利用線上平臺進行在線或者離線答疑、學生看回放復習鞏固、大作業和綜合性設計等環節讓學生深化所學知識，最終起到開闊視野、提高綜合素質能力的作用。

2.構建網絡教學資源

“OMO”教學模式的實施離不開網絡教學資源。機械設計精品共享課程已有一些在線測試、案例視頻、習題和輔導資料及創新案例等學習資源和拓展資源，但遠遠滿足不了新的教學模式的要求。課題組擬從慕課建設、微課建設和3D 教材等方面充實課程教學資源，滿足學生自主學習的需求。在進行課程資源建設時，須遵循的基本原則是：在線課程的學習視頻要短而精，一般控制在10 分鐘之內；在線資源要廣而新，既有包含基本內容的片段式資源，又有互動式資源和情境化資源，以激發學生的學習興趣。同時，為了拓展學生的視野，要引導學生關注課程基本知識體系以外的前沿信息，比如最新的設計理論在工程實際中的應用，高端裝備零部件——風電軸承，航空發動機葉片、齒輪等的材料。可把有關材料提供給學生，讓學生在課后隨時進行延伸閱讀，提高學生的綜合素質。目前，課題組對已有的授課視頻進行了改進完善，完成了最后的視頻制作。

3.創設情境教學方法

機械設計課程是一門介紹機械系統設計的基礎知識、講述一般尺寸和參數的通用零件設計方法的課程；是高等學校機械類專業開設的研究機械共性問題的專業技術基礎課；也是學生最先接觸到的理論與實踐緊密結合的核心課程之一。其類型多、方法多、聯系多，學生學習時感到這門課程系統性不強、其經典力學理論模型枯燥乏味。因此，教師應充分利用網絡教學資源和多媒體信息技術，以豐富的課程資源為基礎，巧設情境，進行體驗式教學，以啟迪學生的思維，開發學生的想象力。比如在進行疲勞強度設計方法教學時，可創設多種情境（如蝴蝶效應、美國F111 飛機失事等），將課程知識點（如機械零部件設計的重要性及疲勞斷裂的危害）巧妙地融入各種情境中，使學生自覺地參與到學習活動中。這樣就增強了學習的趣味性和挑戰性，能更好地引導學生理解設計的重要性。

4.優化更新教學內容

機械設計課程的教學內容分為兩部分：一是機械設計的共性知識，包括機械零件的設計準則，機械零件的強度、摩擦、磨損和潤滑的分析，機械常用材料和制造工藝的選用等；二是通用零件的設計方法，包括連接件設計、傳動零件設計、軸系零部件設計、軸系結構及零件設計，以及其他通用零件設計等。教師對機械的結構、材料以及失效和設計方法一般都是基于通用設備的零部件進行介紹的。然而，隨著我國高端裝備制造業的發展，出現了一些特殊尺寸、特殊環境下工作的零部件，它們的材料、結構、失效形式和設計方法可能就與通用設備有所不同。因此，在網絡資源和課堂教學中應增加學科前沿性的內容和先進設計方法。比如在齒輪、螺栓、軸承和密封潤滑等教學內容中可以增設與高端裝備制造業及前沿技術緊密結合的內容；在課堂點撥與討論中除了解決書本上的一些疑難問題（如疲勞斷裂機理），還可以增加理論界的一些熱點問題和工程實際中的一些亟待解決的問題（如如何檢測裂紋、預測與控制疲勞失效），以增加課程學習的高階性和挑戰性，提高學生的綜合素質能力和解決工程實際問題的能力。

5.挖掘課程思政元素

機械設計課程蘊含著豐富的思想政治教育元素，因此應在教學改革中將價值導向與知識傳授相融合，把思政元素貫穿到課程大綱制定、教學設計和教學評價等教育教學全過程，培養學生在設計中具有注重細節、考慮周全、追求卓越的工作作風，具有終身學習和系統設計的能力。例如在緒論教學中加入具有自主知識產權的核心裝備（C919、藍鯨二號和長征五號）等內容，教育學生只爭朝夕、不負韶華、砥礪前行；在疲勞強度教學中加入蝴蝶效應及飛機故障實例，教育學生在設計中要考慮周全、注重細節，因為一個小小的設計缺陷也會造成災難性的事故。在教學評價中加入分析思考題，可以讓學生深刻理解設計周全性及系統設計的重要性。

6.完善課程考核方式

課程考核既是對學生學習的監督，也是反映教學效果比較重要的環節，對教學改革起著非常重要的作用。目前我校機械設計課程仍然實行期末“一考定成績”的評價方式，不能客觀全面地評價學生的綜合素質，更不適用于線上線下相融合的“OMO”教學模式。為了促進學生主動學習，全方位全過程地評價學生的綜合素質，課題組采用線上學習評價、課堂參與評價與期末測評相結合的方法，構建多元化的考核評價體系（見圖2）。線上學習評價包含在線學習實踐、在線測評、在線討論等；課堂參與評價包含到課率、參與討論的積極性、分組討論中成員的貢獻率等。線上學習評價和課堂參與評價合起來一般占總成績的30%～50%，期末成績一般占總成績的50%～70%，最后綜合給出最終評價結果。在課程考核評價體系中要注重學生的高階性成果，如發表與課程相關的論文或者在機械創新設計大賽中獲得省級獎勵等，線上學習評價和課堂參與評價可以給滿分。

三、實施效果

目前，我校正在探索適合本校學生特點和培養需求的線上線下混合的“OMO”教學模式，并已經開始在機械工程類專業的學生中運行實施，每年受益的學生近600余人。

（一）激發了學生的學習興趣

“OMO”教學模式采用線上和線下、慕課、微課等與傳統課堂教學相結合的方式，突破了傳統教學手段的時空局限性。微課和慕課等視頻資源可以吸引學生眼球，激發學生自主學習的興趣；同時，視頻可以讓學生多次回放學習，增強學生自主學習的信心。通過視頻資源的學習，學生在課堂上的參與度明顯提高了，師生互動也明顯增強了。

（二）提升了課程的教學效果

“OMO”教學模式已經在我校運行一期。與傳統教學模式相比，新的教學模式的教學效果比較明顯，學生的平均成績比原來傳統教學模式下的平均成績提高了10%，且分析問題和解決復雜工程問題的能力明顯提高。

（三）培養了學生的核心素養

“OMO”教學模式通過慕課、微課及線上線下教學等加強了學生素養的培養，將知識、能力和素質培養融為一體；在學生進行課程設計和后續綜合設計的過程中可以看出，學生不僅能夠進行單個零部件的設計，還具有系統設計和創新的能力，綜合素質明顯提高。

線上線下混合的“OMO”教學模式將現代化信息技術手段與傳統課堂教學有機結合，對深化課程改革、提高教學質量起到重要的作用。我校通過探索實施機械設計課程“OMO”教學模式，構建了情境、互動、體驗、質疑為一體的時空學習環境，增強了學生的自主學習意識，培養了學生的創新精神，提高了學生系統設計和工程實踐的能力，促進了學生知識、能力和素質的全面提高。