交互式和案例式教學法的研究與應用
——以機械設計基礎課程為例

史 勇，李雪蓮，郭俊先，高澤斌，王曉暄，郭 剛

（新疆農業大學機電工程學院，新疆 烏魯木齊 830052）

0 引言

“機械設計基礎”課程是本科機械類及近機械類專業的一門核心課，是提高學生工程實踐能力、促進學生全面發展和提高學生綜合素質的主干課程[1-2]。新疆農業大學機電工程學院的“機械設計基礎”課程共64學時，授課形式還是“以教師為中心”的傳統“滿堂灌”式的教學方法，學生被動地接受知識，思維受到限制，學習的積極性和創造性沒有被激發出來[3]。為了適應機械類相關企業對本科生專業能力的要求，同時加強對創新性人才的培養，需對“機械設計基礎”課程的授課形式進行改革探索和研究。

交互式教學法主要以學生為中心，要求師生共同參與教學活動，相互承認、尊重與溝通，促進學生知識和實踐技能的全面和諧發展[4]。案例式教學法通過模擬或者重現現實工作中的相關場景，讓學生置身其中并運用所學知識來解決場景中出現的問題。新疆農業大學2020～2021學年的“機械設計基礎”課程的教學與課程設計環節，依托新疆農業大學機電工程學院機械設計制造及自動化國家一流本科專業建設點、自治區級農業工程重點學科建設點、教育部第二批新工科研究與實踐項目“新工科教育體系下農業工程類專業人才培養質量提升路徑探索與實踐（課題編號：E-SPNL20202326，地方高校組）”等課題，采用交互式結合案例式的教學法，結合釘釘、騰訊會議及雨課堂等軟件開展師生互動教學，輔以線上及線下指導答疑的方式，對“機械設計基礎”課程開展交互式和案例式教學。本文對該教學法的具體實施過程進行詳細介紹。

1 實施過程

針對學習對象的特征精心設計授課方式和組織課堂教學內容，對多媒體課件進行全面更新，更加注重課堂的提問和互動，提高學生參與能力[5]。加強案例的搜集和總結，結合我校的機械制造認識實習和機械制造生產實習歸納典型機械零件和部件的設計案例，幫助學生分析和解決實際問題。精心設計各類機械設計相關的思考題，加強課后與學生的交流和討論[6]。利用現代化教學手段促進交互式和案例式教學方法的實施，建立網絡資源庫和案例庫，豐富學生的學習資源。

1.1 分析教學現狀，尋找改革突破點

首先分析學生知識結構。機械設計基礎課程安排在學生大三的第一學期，學生此時已經掌握了有關機械制圖和工程力學的相關知識，也能看懂相應的工程圖紙，學生欠缺的就是實踐經驗以及對知識的歸納總結能力。機械設計基礎是一門實踐性很強的課程，因此在授課環節中應加強理論與實踐的結合，讓學生更多地接觸典型零件的設計加工環節，增強動腦動手能力。

其次分析現有的教學法。大部分學生在學習機械設計相關課程時較為被動，將學習當作一種任務，沒有自我學習和總結的主動性，缺乏學習興趣。部分學生對本課程基礎知識掌握不牢固，影響后續綜合知識的學習、掌握和運用，使學習難度加大，失去對課程學習的興趣和自信。

針對“機械設計基礎”課程的授課學時、授課時間以及學生的專業和特征，對學生的知識結構和知識能力進行分析，尋找學生的薄弱點并針對學生的薄弱點進行教學上的革新，注重教學與實踐的聯系，加強學生動手能力。

1.2 精心設計授課方式

采用交互式和案例式教學法要對“機械設計基礎”課程的授課方式進行精心設計并組織實施。充分利用雨課堂、釘釘及騰訊會議軟件，授課前兩天利用線上授課軟件發布相關預習題，要求學生以組為單位進行討論，并設置預習題完成截止時限，學生可在宿舍及自習室進行討論，并搜集相關資料，完成答題。根據學生預習題的完成情況，教師在線上直播，由每組學生代表匯報預習題的完成情況及搜集資料的分享，師生可以觀看匯報人的共享屏幕，并對匯報人的預習題完成情況及創新點進行線上互動點評。

在線下課堂授課環節中，教師需對“機械設計基礎”多媒體課件重新設計和完善，增加更多師生互動環節，吸引學生參與對話，組織學生對機械設計相關知識點及典型機械設計案例進行分析、歸納和總結，讓學生利用現有知識并結合工程實際來分析和解決相關問題[7]。

1.3 建立“機械設計基礎”課程的案例庫

通過總結各類相關機械設計資料以及歸納整理各類實訓環節所接觸的典型零部件作品，教師與學生共同探討，建立“機械設計基礎”課程的案例庫。鼓勵學生通過企業實習實訓以及各類網絡資源搜集各類典型零件設計和加工的案例[8]。

無論在“線上”還是“線下”的教學環節中，都要求學生主動展示自己搜集的案例，并通過課堂討論、相互提問的方式分析案例的典型性和實用性，并討論決定是否納入課程的案例庫。這樣可以讓學生運用已學到的知識經驗來分析、判斷并解決現實工作情境中的問題。案例主要采用視頻和動畫播放的模式，學生撰寫案例的詳細介紹，并納入課程案例庫中，同時共享給全班學生。通過這種模式激發了學生的學習興趣以及歸納總結的能力，也會讓學生更容易理解機械設計基礎課程的重要作用與意義。

1.4 加強課下與學生的交流互動

通過課程案例庫的建設，開發各類形式多樣、靈活有趣的課后思考題。思考題應涵蓋各類知識點，同時注重與工程實踐的結合，題目還應具有創新性。對于學生不易回答和完成的課后題，教師要及時開展線上的指導和答疑，幫助學生理清思路，促進師生互動。

在學生交互階段，通過主動搜集各類機械設計有關的資料，自行設計多層次、高水平問題，在課間和課下相互提問和回答。學生們通過多種思維策略設計問題及搜集案例，培養創新思維能力。教師利用課下時間與學生共同探討，促進學生課后的交流和互動，推動學生學習的主動參與性，促進知識內容的理解與掌握。

2 交互式和案例式教學法在課程設計環節中的應用

“機械設計基礎”課程設計環節共安排3周，內容是設計帶式輸送機或離心拋灑機的減速器（一級或二級）。以往我校“機械設計基礎”的課程設計環節，學生在教室里，手工完成二維工程圖的繪制和設計說明書的撰寫。為了提升課程設計環節的授課質量，提高學生創造力，結合前期的課程教學法，從以下幾個方面對課程設計環節進行改進。

2.1 對課程設計指導方式進行改進

“機械設計基礎”課程設計環節要求每個學生必須獨立完成課程設計任務。課程設計題目常為一般用途的機械傳動裝置或簡單機械的兩極圓柱齒輪減速器的設計，每個學生應完成總裝圖和零件圖的繪制及設計說明書的撰寫[9]。教師通過線上等軟件，給學生分享各類減速器設計的相關資源，并結合網絡視頻和案例庫中的經典案例，讓學生了解設計思路，掌握減速器的內部結構和工作原理。學生可以通過交流互動，共享自己的屏幕及資源，并分享設計心得，使師生的思路保持一致性，提高課程設計的效率。

2.2 借助繪圖軟件完成產品預設計

我校往年的“機械設計基礎”課程設計環節圖紙的繪制需要學生手工完成，由于學生人數較多，教師指導學生的精力有限，常出現學生繪制圖紙不規范，設計錯誤等問題，一旦發現此類問題，需要對圖紙進行手工擦拭修改，甚至重新進行設計和繪制，嚴重影響到課程設計的效率和進度。為了提升課程設計效果，增強設計產品的直觀性，減少設計失誤，可借助計算機輔助設計軟件，繪制圖紙[10]。在設計過程中，任課教師隨時采用線上和線下的輔導方式對學生圖紙中出現的問題進行及時點評和糾正，當學生的圖紙滿足設計要求時，再對照所設計的CAD圖紙完成手工繪圖。

2.3 加強指導，規范圖紙設計

教師采用交互式的指導方法，通過討論、任務驅動和網上輔導等方式對學生圖紙上的尺寸標注、設計說明書中的元件選型和計算內容進行輔導，幫助學生完善課程設計內容。學生之間也可進行相互討論，相互指點，共同協作完成課程設計。同時，在指導過程中，邀請相關專家和企業的技術人員給學生開展線上輔導和講座，由于我校前期開展過“基于‘線上+線下’的交互式和案例式教學法在《機械制造工藝學》實踐環節的研究和應用”等項目，積累了一定的視頻資源庫和專家講座錄像[11]，可在課程設計過程中穿插播放給學生，讓學生從機械制造工藝的角度更加合理地完成產品的設計。

3 課程改革效果分析

3.1 課程考核方式的改革

我院以往“機械設計基礎”課程學生的成績評定標準中考試成績所占比例為70%，這導致學生忽略了平時的自主學習和實踐探索，只看重考試環節。因此，可將考試成績比例改為50%，實驗環節占20%，創新實踐環節占15%（包括案例的搜集共享、案例庫建設、討論題的設計等），考勤占5%，課堂討論表現占10%。考核方式更多地注重學生在實踐環節、師生互動和生生互動中的表現，對學生的理論知識和實踐能力都進行了培養和考察[12]。

對課程設計的評分標準也進行了改革，注重過程的考察，將學生與教師的互動情況、學生對設計案例的搜集情況、不同設計階段的任務完成情況等都作為考核的重要指標。另外，部分學生與教師的互動次數較多，可安排這些學生將教師輔導的要點知識和注意事項分享給其他同學，協助教師指導其他同學，這類學生可獲得更高的成績。課程設計的最終環節采取答辯的方式，并結合過程表現，公平、公正地對學生進行綜合評分。最終的課程設計評分標準如下：總裝圖成績占30%，零件圖占20%，設計說明書撰寫情況占30%，與教師的互動表現占10%，答辯情況占10%。

3.2 課程改革效果分析

從2019年開始，“機械設計基礎”課程開始逐步實施內容和考核上的試點改革，從“翻轉課堂”到“基于O2O模式的交互式和案例式教學法”的應用，學生的學習效果有了一定的改善，特別是課程設計環節的成績有了明顯的提高。對試點班在2020年采用了交互式和案例式授課法，該班級學生在課堂表現方面較為活躍，在課程設計環節更是相比以往學生有了較為明顯的進步，課程設計的優秀率和良好率達到60%，中等率達到40%，說明該教學法為班級的實踐環節和課程設計環節帶來了較好的效果。學生在后續課程“機械制造工藝學課程設計”和“數控加工編程與實訓”環節表現都較為突出，成績較好。因此，本課程的授課模式可為機械類本科其它課程的教學改革、課程建設以及實踐環節的改進提供一定的參考。

4 結束語

對“機械設計基礎”課程教學環節和課程設計環節進行教學模式改革，采用交互式和案例式授課模式，以學生為主體，加強師生互動和生生互動，學生的課程學習和課程設計環節的教學效果有了一定的提升。今后，結合各類教研項目和大學生創新實踐項目，依托我院國家級一流專業—“機械設計制造及其自動化”的專業建設，繼續對我院各類課程教學和實踐環節進行改進和創新，從根本上提高教學質量，造就高素質、高質量的應用型本科人才。