教育數字化轉型背景下“機械設計基礎”教學改革與實踐

摘 要：“機械設計基礎”課程是高校非機類工科有關專業的一門重要技術基礎課，在培養學生的設計思想、工作態度、大國工匠精神等方面起著重要的作用。隨著教育數字化轉型的深入推進，“機械設計基礎”課程教學改革面臨新的機遇與挑戰。在教育數字化轉型背景下，探討如何有效利用數字技術改革“機械設計基礎”課程的教學內容、方法和評價體系，以提高課程的教學質量和學生的學習效果。實踐證明，通過構建數字化教學資源庫、創新教學方法和手段、完善評價體系等措施的實施，可以提高“機械設計基礎”課程的教學質量和學習效果，并有效做到價值引領、能力培養和知識傳授三位一體。

關鍵詞：教育數字化；機械設計基礎；教學改革

中圖分類號：G642.0" 文獻標識碼：A

1 概述

高等教育作為教育、科技、人才的重要結合點，是人才培養的主體和科技創新的策源地，肩負著重要的責任和使命［1］。數字時代，人工智能等前沿科技將有效驅動高等教育現代化進程，賦能其高質量發展，高等教育數字化改革勢在必行［2］。黨的二十大報告首次將“教育數字化”寫入其中，強調教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，其中包括推進教育數字化［3］。

教育數字化轉型是指利用數字技術推動教育領域的全面變革［4］，它并非簡單地將數字化元素融入傳統教育模式，而是通過信息技術與教育的緊密結合，推動教育理念、教學手段及評估機制的革新，旨在優化教育資源配置，并全方位提升教學質量。在教育數字化轉型的背景下，“機械設計基礎”課程需要與時俱進，進行相應的教學改革［5］。

2 “機械設計基礎”課程教學中存在的問題及數字化教學的必要性

2.1 “機械設計基礎”課程教學存在的問題

“機械設計基礎”是高校非機類工科有關專業的一門重要技術基礎課，重點講述典型機構和主要零部件的結構、工作原理及分析、設計方法，使學生掌握常用傳動機構的類型、特點和通用零部件的基本知識，初步具備應用、分析、設計及計算的能力，并通過一定的基本技能訓練，培養學生形成正確的設計思想和嚴謹的工作態度。同時，培養學生的愛國情懷和大國工匠精神，努力做到價值引領、能力培養和知識傳授三位一體。“機械設計基礎”課程受眾面廣，其教學問題一直是教育工作者的研究熱點，但目前高校“機械設計基礎”課程教學依然存在一些問題。

首先，該課程學習需要具有一定的基礎知識儲備，由于選修該課程的一般是非機類專業學生，對機械專業基礎知識掌握不牢［6］，理解不夠深入，從而影響課程教學效果；其次，為緩解學生的學習壓力等，該課程學時不斷縮減，但為了使學生了解機械學科的新技術成果和發展變化，教學內容在不斷豐富，課程學時的縮減和課程內容繁重之間的矛盾日趨嚴重；再次，目前的教學方法仍然側重于講授和板書，雖然引入多媒體資源，但學生的學習積極性和參與度不高，導致教學效果不佳，且師生之間的溝通往往局限于課堂內的問答和課后作業的反饋，缺乏更深入的交流；最后，“機械設計基礎”課程教學知識點多，有些章節相對獨立，單純依靠期末考試評定學生的學習效果，不能有效考查學生對知識掌握和能力培養的程度，具有一定的局限性。

針對目前“機械設計基礎”課程教學中存在的問題，本文分別從數字化教學改革的必要性、改革的方向及采取的措施等方面進行闡述，以期為教育數字化轉型背景下課程教學改革的實施提供參考，提升課程教學質量和效果，增強學生的專業基礎知識儲備，并有效做到價值引領。

2.2 數字化教學的必要性

在數字時代背景下，人工智能作為新興技術的代表，將發揮核心引領作用，推動高等教育現代化建設，并成為支撐高等教育實現高質量發展的關鍵動力，數字化教學的必要性日益凸顯［7］，主要體現在以下幾個方面。

2.2.1 適應時代發展，提高教學效率

教育領域作為社會的重要組成部分，必須緊跟時代步伐，采用數字化教學手段，以適應信息化社會的需求。可以充分利用多媒體資源，如動畫、視頻、交互式演示文稿等，使教學內容更加形象具體、直觀明了，提升學生的學習熱情和課堂參與度，進而達到提高教學效率的目的。

2.2.2 促進個性化學習，打破時空限制

數字化教學平臺可以根據學生的學習進度、興趣和能力，提供個性化的學習資源和路徑，實現因材施教，并且不受時間和空間的限制。這種靈活性不僅方便了學生，也擴大了教育的覆蓋面，使得更多人能夠享受到優質的教育資源。

2.2.3 促進師生互動，提升教學質量

數字化教學平臺提供了豐富的互動工具，如在線討論、答疑等，使得師生之間、學生之間的交流和合作變得更加便捷和高效。同時，可以借助大數據和人工智能技術，對學生的學習行為、成績等數據進行實時分析和反饋，以便及時調整教學策略，提升教學質量。

3 數字化教學改革的方向

3.1 課程內容數字化

課程內容數字化是教育數字化轉型的重要組成部分，為教育的現代化和個性化提供了有力支持，推動教育領域的創新與發展。根據制定的教學目標，按照一定的教學策略，組織特定課程的教學內容和資源，依托教學平臺對課程內容進行數字化處理，如制作數字化教材、在線課件、視頻教程等，便于學生隨時隨地學習。同時，運用大數據技術來收集學生的學習信息，剖析學生的學習偏好與需求，從而為教學內容的革新與調整提供有力支撐。

3.2 教學方式創新

采用線上線下混合式教學模式，結合傳統課堂教學和在線學習的優勢，提高學生的學習效果。在線上教學過程中，教師可以通過學習平臺分配學習任務、分享教學資源，并引導學生參與在線交流活動；在線下課堂教學中，教師可以進行面授教學、項目實踐等。此外，還可以引入虛擬現實（VR）、增強現實（AR）等先進技術［8］，讓學生在虛擬環境中進行機械設計實踐，提高學生的學習興趣和動手能力。

3.3 學習過程個性化

隨著AI技術的不斷發展，學習過程個性化將成為教育領域的重要趨勢，也更加注重數據驅動的個性化學習路徑設計，同時結合互動體驗，為學生提供更加寬松的學習環境。學習過程個性化的核心在于尊重每個學生的獨特性，通過技術手段實現“因材施教”，使教育更加公平、高效。比如，利用數字化技術對學生的學習過程進行個性化指導，通過學習數據的分析，教師可以了解學生的學習進度、掌握程度和薄弱環節，為學生提供定制化的學習方案。同時，利用智能推薦系統為學生推薦合適的學習資源和課程，滿足不同學生的學習需求。

3.4 評價體系多樣化

評價體系多樣化是教育評價改革的重要方向，它能夠更好地滿足學生個性化發展的需求，促進學生的全面發展［9］。構建多元化的評價體系，從多個角度對學生的知識、能力、素養等進行全面、客觀、公正的評價，包括形成性評價、結果性評價、討論等。利用數字化工具收集學生的學習數據，如作業完成情況、在線測試成績、課堂參與度等，對學生的學習效果進行全面評價。同時，鼓勵學生參與課堂討論，培養學生的主觀能動性和團隊合作精神。

4 “機械設計基礎”課程教學改革實踐

4.1 構建數字化教學資源庫

首先，針對非機類專業學生特點，教研室課程組重建課程結構，主編《機械設計基礎》教材［10］，使課程內容更加貼近實際應用和專業需求，并在課程思政示范課課題研究成果的基礎上，積極展開本門課程的思政元素融入，編入教學大綱，列為教學基本要求，同時開發和專業背景相關的微視頻，拓寬學生視野。

其次，建立“機械設計基礎”課程數字化教學資源庫，本課程內容已經完成了大規模在線開放課程（MOOC）示范項目的建設，并于2019年10月在網絡課程學習中心平臺上線，截至目前已開設11個教學周期的課程，累計選課人次超4500人次，累計訪問量超32萬次，有效促進教育數字化轉型的深入實施，為師生提供豐富的教學資源。

最后，“機械設計基礎”本身是一門實踐性和綜合性很強的專業技術基礎課程，主要研究機械中常用傳動機構和通用零部件的基本理論、設計和計算方法等，通過制作常用機構工作原理、特性分析動畫，如連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、帶傳動、齒輪嚙合特性等演示視頻，使學生能夠更好地理解和掌握“機械設計基礎”知識。

4.2 創新教學方法和手段

教研室課程組教師經過多年的探索與實踐，成功地把探索式、互動式和案例式等啟發式教學方法引入課程。“機械設計基礎”課程一直實施多媒體教學，目前發展成為現代多媒體課件、雨課堂等與傳統的教具模型、板書相結合的“綜合（交互式）多媒體教學”。特別是雨課堂的應用，可以全方位管理班級學生的學習情況，如考勤、隨堂測試、重點難點標識、隨機互動、考試等，可以有效提高學生的學習興趣和參與度。

同時，結合“機械設計基礎”課程，采用項目式學習方法，通過實踐項目的設計與實施環節，讓學生參與實際的機械設計課題，提高實踐能力和創新能力，激發學生的學習興趣和主動性，提高教學效果。

教學活動與學習指導方面，一直采用線上和線下輔導相結合的方式，在前期建立的課程群基礎上，結合網絡教學平臺，加強教師的引導作用，以提高學生自主學習和應用所學知識解決實際工程問題的能力。

4.3 完善評價體系

構建多元化的評價體系，包括形成性評價、過程性評價、結果性評價和討論等。該課程考核采用百分制，課程考核成績采用平時成績與期末考試成績相結合的方式，各占課程考核成績的50%。平時成績考核利用數字化技術收集學生的學習數據，對學生的學習過程進行全面評價，包括考勤、作業、課堂筆記、隨堂練習、階段測試、線上學習與討論等；期末考試成績考核采用閉卷考試的方式。

通過增加課堂測驗、階段測試等方式弱化了期末考試的比重，改變期末臨考總復習的學習策略，并選取2至3個關鍵課程節點分散復習，強化日常教學，改善了學生考前突擊學習的不良習慣，一定程度上鞏固了學習效果。同時，通過課堂測驗，隨時強化學習效果，提升學生的聽課效率，并為教學改進提供依據。

4.4 “機械設計基礎”課程教學改革實施效果

以授課對象2022級某自然班27名學生為研究對象，教學時間為2023—2024學年第二學期。經過一個周期的教學實踐，大部分學生對改革后的教學模式表示了認可，并感受到了教學的參與性和體驗性。教學平臺部分過程性評價數據如表1所示。

從表1可以看出，學生出勤率和課堂互動率較高，說明大部分學生學習態度端正，課堂表現較好，并積極參與課堂互動討論，學習體驗良好。測試結果反映大部分同學能夠及時掌握相關知識點，達到過程性評價效果。本門課程考核成績包括平時成績和期末考試成績，且各占50%。27名學生的綜合考核成績統計結果如表2所示。

從表2可以看出，該班級綜合考核成績整體良好，優良率達48.1%，及格率近96.3%，反映出學生知識點掌握整體較好，教學改革效果明顯，達到預期效果。

結語

教育數字化轉型為“機械設計基礎”課程教學改革提供了有力支持。通過構建數字化教學資源庫，如在重建課程結構、主編教材的基礎上，建設大規模在線開放課程（MOOC），為師生提供豐富的教學資源；創新教學方法和手段，如利用現代多媒體課件、雨課堂等與傳統的教具模型、板書相結合的“綜合（交互式）多媒體教學”，根據課程特點采用項目式教學方法，提高學生的實踐和創新能力；完善評價體系，如構建多元化的評價體系，包括形成性評價、過程性評價、結果性評價和討論等，利用數字化技術收集學生的學習數據，對學生的學習過程進行全面評價，并為教學改進提供依據。同時，需要加強師資培訓和完善教學支持體系的建設，為教育數字化轉型的深入實施提供有力保障。未來，我們將繼續關注教育數字化轉型的發展趨勢，不斷探索和實踐教學改革的新路徑。

參考文獻：

［1］管培俊，劉偉，王希勤，等.學習貫徹習近平總書記在中共中央政治局第五次集體學習時的重要講話精神（筆談）［J］.中國高教研究，2023（07）：18.

［2］趙福君，代洋磊.高等教育數字化轉型宏觀趨勢、關鍵技術與發展場景：《2024年EDUCAUSE地平線報告（教與學版）》解讀［J］.中國教育信息化，2024，30（12）：4457.

［3］姚冠男.中國式教育現代化之路探討：基于十八大以來教育改革實踐及二十大報告相關論述［J］.內蒙古師范大學學報（教育科學版），2023，36（03）：110.

［4］王福帥.數字化轉型賦能高等教育高質量發展：內涵表征與推進策略［J］.江蘇高教，2024（09）：3236.

［5］梁醫，祖莉，范元勛，等.教育數字化戰略下機械設計基礎混合式教學研究［J］.高教學刊，2022，8（36）：113118.

［6］張晶，高宇博，董維.“機械制圖”課程數字化教學模式探索［J］.科教導刊，2024（02）：114116.

［7］白美云.高校數字化教學環境與開發應用教學資源的必要性：兼論高校圖書館在數字化教學中的作用與功能［J］.內蒙古財經大學學報，2019，17（04）：131134.

［8］盛冬平，徐紅麗，尹飛鴻，等.AR/VR技術在本科院校機械制造專業中的應用及實現方法［J］.中國教育技術裝備，2020（22）：3538.

［9］凌浩.數字化教學環境下大學本科數學類公共課程教學的困境與實踐［J］.科技風，2025（01）：5254.

［10］涂德浴，路曼，田君.機械設計基礎［M］.上海：上海交通大學出版社，2018.

基金項目：安徽省高等學校省級質量工程項目（2020sz sfkc0159）；安徽省高等學校省級質量工程項目（2022jcjs017）

作者簡介：朱慶（1986— ），男，漢族，山東菏澤人，博士研究生，講師，主要從事機器人技術研究。