機(jī)械設(shè)計(jì)課程“OMO”教學(xué)模式研究與實(shí)踐

李秀紅 郭 策 李文輝 李 峰 常艷紅

1.太原理工大學(xué)機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院，山西 太原 030024

2.太原理工大學(xué)航空航天學(xué)院，山西 太原 030024

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，微課和慕課等新的教學(xué)平臺(tái)和資源隨之產(chǎn)生，也促成了傳統(tǒng)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。2018年教育部發(fā)布了“新時(shí)代高教40條”，明確提出了要以學(xué)生發(fā)展為中心，推動(dòng)課堂教學(xué)革命。高校要積極推廣小班化教學(xué)、混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等，構(gòu)建“線上線下”混合式教學(xué)模式，切實(shí)提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

機(jī)械設(shè)計(jì)課程是機(jī)械工程、車(chē)輛工程、材料成型與控制工程、過(guò)程控制裝備等專業(yè)的一門(mén)非常重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，承前啟后，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新能力起到重要的作用。目前，太原理工大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱我校）的機(jī)械設(shè)計(jì)課程仍然以傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)模式為主，存在以下弊端：

一是教學(xué)形式固定。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過(guò)分強(qiáng)調(diào)教師的中心地位，以教為主，先教后學(xué)，只注重信息的傳遞過(guò)程而忽略信息吸收內(nèi)化的過(guò)程，師生互動(dòng)少，導(dǎo)致學(xué)生喪失學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、自主性和創(chuàng)造性，學(xué)習(xí)效果不理想。

二是教學(xué)內(nèi)容枯燥。目前機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容仍然是以通用零部件的設(shè)計(jì)理論和方法為主，知識(shí)口徑偏窄、拓展與延伸性不強(qiáng)，缺乏反映本學(xué)科前沿知識(shí)及培養(yǎng)學(xué)生分析、思維和研究等能力的內(nèi)容。

三是考核方式單一。目前機(jī)械設(shè)計(jì)課程仍然延續(xù)傳統(tǒng)的以期末“一考定成績(jī)”的評(píng)價(jià)方式，忽視了對(duì)實(shí)踐創(chuàng)新能力及其他綜合素質(zhì)的評(píng)價(jià)。

針對(duì)上述現(xiàn)有機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，為迎合時(shí)代需求，課題組將信息技術(shù)與課堂教學(xué)深度融合，以培養(yǎng)學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)能力、較強(qiáng)的綜合工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，探索適合本校學(xué)生特點(diǎn)和培養(yǎng)需要的線上線下混合與課內(nèi)課外充分融合的“OMO”課程教學(xué)模式。

一、改革目標(biāo)

機(jī)械設(shè)計(jì)山西省精品共享課程，已在超星泛雅教學(xué)平臺(tái)構(gòu)建了部分教學(xué)資源，如重點(diǎn)難點(diǎn)指導(dǎo)、動(dòng)畫(huà)視頻、習(xí)題庫(kù)、工程案例、學(xué)生自主創(chuàng)新案例等基本資源和拓展資源。我?；诔欠貉沤虒W(xué)平臺(tái)，積極挖掘和利用微課、慕課等能夠激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣的視頻教學(xué)資源，構(gòu)建課程線上教學(xué)環(huán)境；通過(guò)信息技術(shù)與課堂教學(xué)的深度融合，實(shí)施線上線下混合和課內(nèi)課外充分融合的“OMO”課程教學(xué)模式，并在機(jī)械類學(xué)生中率先推行翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)模式，拓展課程的深度和廣度，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力，提高機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的全面提升。

二、改革措施

（一）總體思路

傳統(tǒng)的教學(xué)方式分為課堂“信息傳遞”和課后“信息內(nèi)化”兩個(gè)階段，這種模式往往忽視學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，抹殺學(xué)生對(duì)知識(shí)獲取的興趣。針對(duì)問(wèn)題，課題組在課前、課中、課后三個(gè)教學(xué)時(shí)段充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的作用，將信息技術(shù)與線上線下教學(xué)深度融合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、各取所長(zhǎng)，從教學(xué)設(shè)計(jì)、課程平臺(tái)、教學(xué)內(nèi)容、思政教育和評(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行課程改革。課題組基于機(jī)械設(shè)計(jì)山西省精品共享課程資源，增設(shè)慕課、微課、3D教材等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，將更適合線上學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)及疑點(diǎn)等放在線上教學(xué)，把線下的時(shí)間更多地用于體驗(yàn)反思、實(shí)操演練、交流互動(dòng)等團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)，構(gòu)建情境、互動(dòng)、體驗(yàn)、質(zhì)疑為一體的時(shí)空學(xué)習(xí)環(huán)境，探索與學(xué)校定位、專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)生特點(diǎn)相適應(yīng)的課程教學(xué)模式?？傮w思路見(jiàn)圖1，具體為：將信息傳遞改在課前進(jìn)行，通過(guò)課前線上預(yù)習(xí)、經(jīng)典案例展示、課前測(cè)驗(yàn)、在線輔導(dǎo)等實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)性化、自由化的學(xué)習(xí)；通過(guò)課堂點(diǎn)撥與討論、情景式教學(xué)、案例探討、師生互動(dòng)、生生互動(dòng)、教師點(diǎn)評(píng)等教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在輕松的環(huán)境中進(jìn)行體驗(yàn)反思和實(shí)操演練，完成重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)的吸收內(nèi)化，增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；課后積極通過(guò)線上答疑輔導(dǎo)、回放學(xué)習(xí)、大作業(yè)、綜合性設(shè)計(jì)等鞏固和深化所學(xué)知識(shí)，最終達(dá)到使學(xué)生具有解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的目標(biāo)。

（二）具體措施

1.精心組織教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)在課程教學(xué)中起到非常重要的作用，是體現(xiàn)教師教學(xué)能力、提高課堂教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。為了取得更好的教學(xué)效果，任課教師應(yīng)明確課程的教學(xué)目標(biāo)；根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)手段提前進(jìn)行課堂的整體設(shè)計(jì)，包括課前、課中和課后的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段。課前，應(yīng)充分利用線上資源讓學(xué)生預(yù)先學(xué)習(xí)一些基本的知識(shí)點(diǎn)，了解一些工程案例，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識(shí)的趣味，激發(fā)學(xué)生的興趣。課中，主要講授難點(diǎn)和重點(diǎn)，通過(guò)案例討論、互動(dòng)環(huán)節(jié)，采用集中討論和分組討論相結(jié)合的形式加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。教師對(duì)討論環(huán)節(jié)要及時(shí)引導(dǎo)和控制，最后總結(jié)點(diǎn)評(píng)要起到畫(huà)龍點(diǎn)睛的作用，既讓學(xué)生有學(xué)習(xí)的成就感，也讓學(xué)生體驗(yàn)到合作學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。課后，教師利用線上平臺(tái)進(jìn)行在線或者離線答疑、學(xué)生看回放復(fù)習(xí)鞏固、大作業(yè)和綜合性設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)讓學(xué)生深化所學(xué)知識(shí)，最終起到開(kāi)闊視野、提高綜合素質(zhì)能力的作用。

2.構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源

“OMO”教學(xué)模式的實(shí)施離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。機(jī)械設(shè)計(jì)精品共享課程已有一些在線測(cè)試、案例視頻、習(xí)題和輔導(dǎo)資料及創(chuàng)新案例等學(xué)習(xí)資源和拓展資源，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了新的教學(xué)模式的要求。課題組擬從慕課建設(shè)、微課建設(shè)和3D 教材等方面充實(shí)課程教學(xué)資源，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需求。在進(jìn)行課程資源建設(shè)時(shí)，須遵循的基本原則是：在線課程的學(xué)習(xí)視頻要短而精，一般控制在10 分鐘之內(nèi)；在線資源要廣而新，既有包含基本內(nèi)容的片段式資源，又有互動(dòng)式資源和情境化資源，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，為了拓展學(xué)生的視野，要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注課程基本知識(shí)體系以外的前沿信息，比如最新的設(shè)計(jì)理論在工程實(shí)際中的應(yīng)用，高端裝備零部件——風(fēng)電軸承，航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、齒輪等的材料?？砂延嘘P(guān)材料提供給學(xué)生，讓學(xué)生在課后隨時(shí)進(jìn)行延伸閱讀，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。目前，課題組對(duì)已有的授課視頻進(jìn)行了改進(jìn)完善，完成了最后的視頻制作。

3.創(chuàng)設(shè)情境教學(xué)方法

機(jī)械設(shè)計(jì)課程是一門(mén)介紹機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、講述一般尺寸和參數(shù)的通用零件設(shè)計(jì)方法的課程；是高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)開(kāi)設(shè)的研究機(jī)械共性問(wèn)題的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課；也是學(xué)生最先接觸到的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的核心課程之一。其類型多、方法多、聯(lián)系多，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)感到這門(mén)課程系統(tǒng)性不強(qiáng)、其經(jīng)典力學(xué)理論模型枯燥乏味。因此，教師應(yīng)充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和多媒體信息技術(shù)，以豐富的課程資源為基礎(chǔ)，巧設(shè)情境，進(jìn)行體驗(yàn)式教學(xué)，以啟迪學(xué)生的思維，開(kāi)發(fā)學(xué)生的想象力。比如在進(jìn)行疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法教學(xué)時(shí)，可創(chuàng)設(shè)多種情境（如蝴蝶效應(yīng)、美國(guó)F111 飛機(jī)失事等），將課程知識(shí)點(diǎn)（如機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的重要性及疲勞斷裂的危害）巧妙地融入各種情境中，使學(xué)生自覺(jué)地參與到學(xué)習(xí)活動(dòng)中。這樣就增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的趣味性和挑戰(zhàn)性，能更好地引導(dǎo)學(xué)生理解設(shè)計(jì)的重要性。

4.優(yōu)化更新教學(xué)內(nèi)容

機(jī)械設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容分為兩部分：一是機(jī)械設(shè)計(jì)的共性知識(shí)，包括機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，機(jī)械零件的強(qiáng)度、摩擦、磨損和潤(rùn)滑的分析，機(jī)械常用材料和制造工藝的選用等；二是通用零件的設(shè)計(jì)方法，包括連接件設(shè)計(jì)、傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)、軸系零部件設(shè)計(jì)、軸系結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計(jì)，以及其他通用零件設(shè)計(jì)等。教師對(duì)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、材料以及失效和設(shè)計(jì)方法一般都是基于通用設(shè)備的零部件進(jìn)行介紹的。然而，隨著我國(guó)高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了一些特殊尺寸、特殊環(huán)境下工作的零部件，它們的材料、結(jié)構(gòu)、失效形式和設(shè)計(jì)方法可能就與通用設(shè)備有所不同。因此，在網(wǎng)絡(luò)資源和課堂教學(xué)中應(yīng)增加學(xué)科前沿性的內(nèi)容和先進(jìn)設(shè)計(jì)方法。比如在齒輪、螺栓、軸承和密封潤(rùn)滑等教學(xué)內(nèi)容中可以增設(shè)與高端裝備制造業(yè)及前沿技術(shù)緊密結(jié)合的內(nèi)容；在課堂點(diǎn)撥與討論中除了解決書(shū)本上的一些疑難問(wèn)題（如疲勞斷裂機(jī)理），還可以增加理論界的一些熱點(diǎn)問(wèn)題和工程實(shí)際中的一些亟待解決的問(wèn)題（如如何檢測(cè)裂紋、預(yù)測(cè)與控制疲勞失效），以增加課程學(xué)習(xí)的高階性和挑戰(zhàn)性，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)能力和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

5.挖掘課程思政元素

機(jī)械設(shè)計(jì)課程蘊(yùn)含著豐富的思想政治教育元素，因此應(yīng)在教學(xué)改革中將價(jià)值導(dǎo)向與知識(shí)傳授相融合，把思政元素貫穿到課程大綱制定、教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)評(píng)價(jià)等教育教學(xué)全過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計(jì)中具有注重細(xì)節(jié)、考慮周全、追求卓越的工作作風(fēng)，具有終身學(xué)習(xí)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。例如在緒論教學(xué)中加入具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心裝備（C919、藍(lán)鯨二號(hào)和長(zhǎng)征五號(hào)）等內(nèi)容，教育學(xué)生只爭(zhēng)朝夕、不負(fù)韶華、砥礪前行；在疲勞強(qiáng)度教學(xué)中加入蝴蝶效應(yīng)及飛機(jī)故障實(shí)例，教育學(xué)生在設(shè)計(jì)中要考慮周全、注重細(xì)節(jié)，因?yàn)橐粋€(gè)小小的設(shè)計(jì)缺陷也會(huì)造成災(zāi)難性的事故。在教學(xué)評(píng)價(jià)中加入分析思考題，可以讓學(xué)生深刻理解設(shè)計(jì)周全性及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性。

6.完善課程考核方式

課程考核既是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的監(jiān)督，也是反映教學(xué)效果比較重要的環(huán)節(jié)，對(duì)教學(xué)改革起著非常重要的作用。目前我校機(jī)械設(shè)計(jì)課程仍然實(shí)行期末“一考定成績(jī)”的評(píng)價(jià)方式，不能客觀全面地評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合素質(zhì)，更不適用于線上線下相融合的“OMO”教學(xué)模式。為了促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，全方位全過(guò)程地評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合素質(zhì)，課題組采用線上學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)、課堂參與評(píng)價(jià)與期末測(cè)評(píng)相結(jié)合的方法，構(gòu)建多元化的考核評(píng)價(jià)體系（見(jiàn)圖2）。線上學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)包含在線學(xué)習(xí)實(shí)踐、在線測(cè)評(píng)、在線討論等；課堂參與評(píng)價(jià)包含到課率、參與討論的積極性、分組討論中成員的貢獻(xiàn)率等。線上學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和課堂參與評(píng)價(jià)合起來(lái)一般占總成績(jī)的30%～50%，期末成績(jī)一般占總成績(jī)的50%～70%，最后綜合給出最終評(píng)價(jià)結(jié)果。在課程考核評(píng)價(jià)體系中要注重學(xué)生的高階性成果，如發(fā)表與課程相關(guān)的論文或者在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽中獲得省級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)等，線上學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和課堂參與評(píng)價(jià)可以給滿分。

三、實(shí)施效果

目前，我校正在探索適合本校學(xué)生特點(diǎn)和培養(yǎng)需求的線上線下混合的“OMO”教學(xué)模式，并已經(jīng)開(kāi)始在機(jī)械工程類專業(yè)的學(xué)生中運(yùn)行實(shí)施，每年受益的學(xué)生近600余人。

（一）激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

“OMO”教學(xué)模式采用線上和線下、慕課、微課等與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相結(jié)合的方式，突破了傳統(tǒng)教學(xué)手段的時(shí)空局限性。微課和慕課等視頻資源可以吸引學(xué)生眼球，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣；同時(shí)，視頻可以讓學(xué)生多次回放學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的信心。通過(guò)視頻資源的學(xué)習(xí)，學(xué)生在課堂上的參與度明顯提高了，師生互動(dòng)也明顯增強(qiáng)了。

（二）提升了課程的教學(xué)效果

“OMO”教學(xué)模式已經(jīng)在我校運(yùn)行一期。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，新的教學(xué)模式的教學(xué)效果比較明顯，學(xué)生的平均成績(jī)比原來(lái)傳統(tǒng)教學(xué)模式下的平均成績(jī)提高了10%，且分析問(wèn)題和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力明顯提高。

（三）培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng)

“OMO”教學(xué)模式通過(guò)慕課、微課及線上線下教學(xué)等加強(qiáng)了學(xué)生素養(yǎng)的培養(yǎng)，將知識(shí)、能力和素質(zhì)培養(yǎng)融為一體；在學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)和后續(xù)綜合設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以看出，學(xué)生不僅能夠進(jìn)行單個(gè)零部件的設(shè)計(jì)，還具有系統(tǒng)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的能力，綜合素質(zhì)明顯提高。

線上線下混合的“OMO”教學(xué)模式將現(xiàn)代化信息技術(shù)手段與傳統(tǒng)課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合，對(duì)深化課程改革、提高教學(xué)質(zhì)量起到重要的作用。我校通過(guò)探索實(shí)施機(jī)械設(shè)計(jì)課程“OMO”教學(xué)模式，構(gòu)建了情境、互動(dòng)、體驗(yàn)、質(zhì)疑為一體的時(shí)空學(xué)習(xí)環(huán)境，增強(qiáng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高了學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐的能力，促進(jìn)了學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的全面提高。