交互式和案例式教學(xué)法的研究與應(yīng)用
——以機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程為例

史 勇，李雪蓮，郭俊先，高澤斌，王曉暄，郭 剛

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

0 引言

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程是本科機(jī)械類及近機(jī)械類專業(yè)的一門核心課，是提高學(xué)生工程實(shí)踐能力、促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展和提高學(xué)生綜合素質(zhì)的主干課程[1-2]。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程共64學(xué)時(shí)，授課形式還是“以教師為中心”的傳統(tǒng)“滿堂灌”式的教學(xué)方法，學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)，思維受到限制，學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性沒有被激發(fā)出來[3]。為了適應(yīng)機(jī)械類相關(guān)企業(yè)對(duì)本科生專業(yè)能力的要求，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)，需對(duì)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的授課形式進(jìn)行改革探索和研究。

交互式教學(xué)法主要以學(xué)生為中心，要求師生共同參與教學(xué)活動(dòng)，相互承認(rèn)、尊重與溝通，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)和實(shí)踐技能的全面和諧發(fā)展[4]。案例式教學(xué)法通過模擬或者重現(xiàn)現(xiàn)實(shí)工作中的相關(guān)場(chǎng)景，讓學(xué)生置身其中并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來解決場(chǎng)景中出現(xiàn)的問題。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)2020～2021學(xué)年的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)與課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，依托新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化國(guó)家一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)、自治區(qū)級(jí)農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)點(diǎn)、教育部第二批新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目“新工科教育體系下農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量提升路徑探索與實(shí)踐（課題編號(hào)：E-SPNL20202326，地方高校組）”等課題，采用交互式結(jié)合案例式的教學(xué)法，結(jié)合釘釘、騰訊會(huì)議及雨課堂等軟件開展師生互動(dòng)教學(xué)，輔以線上及線下指導(dǎo)答疑的方式，對(duì)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程開展交互式和案例式教學(xué)。本文對(duì)該教學(xué)法的具體實(shí)施過程進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 實(shí)施過程

針對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象的特征精心設(shè)計(jì)授課方式和組織課堂教學(xué)內(nèi)容，對(duì)多媒體課件進(jìn)行全面更新，更加注重課堂的提問和互動(dòng)，提高學(xué)生參與能力[5]。加強(qiáng)案例的搜集和總結(jié)，結(jié)合我校的機(jī)械制造認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和機(jī)械制造生產(chǎn)實(shí)習(xí)歸納典型機(jī)械零件和部件的設(shè)計(jì)案例，幫助學(xué)生分析和解決實(shí)際問題。精心設(shè)計(jì)各類機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)的思考題，加強(qiáng)課后與學(xué)生的交流和討論[6]。利用現(xiàn)代化教學(xué)手段促進(jìn)交互式和案例式教學(xué)方法的實(shí)施，建立網(wǎng)絡(luò)資源庫(kù)和案例庫(kù)，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)資源。

1.1 分析教學(xué)現(xiàn)狀，尋找改革突破點(diǎn)

首先分析學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程安排在學(xué)生大三的第一學(xué)期，學(xué)生此時(shí)已經(jīng)掌握了有關(guān)機(jī)械制圖和工程力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，也能看懂相應(yīng)的工程圖紙，學(xué)生欠缺的就是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)知識(shí)的歸納總結(jié)能力。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此在授課環(huán)節(jié)中應(yīng)加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合，讓學(xué)生更多地接觸典型零件的設(shè)計(jì)加工環(huán)節(jié)，增強(qiáng)動(dòng)腦動(dòng)手能力。

其次分析現(xiàn)有的教學(xué)法。大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)課程時(shí)較為被動(dòng)，將學(xué)習(xí)當(dāng)作一種任務(wù)，沒有自我學(xué)習(xí)和總結(jié)的主動(dòng)性，缺乏學(xué)習(xí)興趣。部分學(xué)生對(duì)本課程基礎(chǔ)知識(shí)掌握不牢固，影響后續(xù)綜合知識(shí)的學(xué)習(xí)、掌握和運(yùn)用，使學(xué)習(xí)難度加大，失去對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣和自信。

針對(duì)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的授課學(xué)時(shí)、授課時(shí)間以及學(xué)生的專業(yè)和特征，對(duì)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和知識(shí)能力進(jìn)行分析，尋找學(xué)生的薄弱點(diǎn)并針對(duì)學(xué)生的薄弱點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)上的革新，注重教學(xué)與實(shí)踐的聯(lián)系，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力。

1.2 精心設(shè)計(jì)授課方式

采用交互式和案例式教學(xué)法要對(duì)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的授課方式進(jìn)行精心設(shè)計(jì)并組織實(shí)施。充分利用雨課堂、釘釘及騰訊會(huì)議軟件，授課前兩天利用線上授課軟件發(fā)布相關(guān)預(yù)習(xí)題，要求學(xué)生以組為單位進(jìn)行討論，并設(shè)置預(yù)習(xí)題完成截止時(shí)限，學(xué)生可在宿舍及自習(xí)室進(jìn)行討論，并搜集相關(guān)資料，完成答題。根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)題的完成情況，教師在線上直播，由每組學(xué)生代表匯報(bào)預(yù)習(xí)題的完成情況及搜集資料的分享，師生可以觀看匯報(bào)人的共享屏幕，并對(duì)匯報(bào)人的預(yù)習(xí)題完成情況及創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行線上互動(dòng)點(diǎn)評(píng)。

在線下課堂授課環(huán)節(jié)中，教師需對(duì)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”多媒體課件重新設(shè)計(jì)和完善，增加更多師生互動(dòng)環(huán)節(jié)，吸引學(xué)生參與對(duì)話，組織學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)及典型機(jī)械設(shè)計(jì)案例進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，讓學(xué)生利用現(xiàn)有知識(shí)并結(jié)合工程實(shí)際來分析和解決相關(guān)問題[7]。

1.3 建立“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的案例庫(kù)

通過總結(jié)各類相關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)資料以及歸納整理各類實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)所接觸的典型零部件作品，教師與學(xué)生共同探討，建立“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的案例庫(kù)。鼓勵(lì)學(xué)生通過企業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)以及各類網(wǎng)絡(luò)資源搜集各類典型零件設(shè)計(jì)和加工的案例[8]。

無論在“線上”還是“線下”的教學(xué)環(huán)節(jié)中，都要求學(xué)生主動(dòng)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(shí)用性，并討論決定是否納入課程的案例庫(kù)。這樣可以讓學(xué)生運(yùn)用已學(xué)到的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)來分析、判斷并解決現(xiàn)實(shí)工作情境中的問題。案例主要采用視頻和動(dòng)畫播放的模式，學(xué)生撰寫案例的詳細(xì)介紹，并納入課程案例庫(kù)中，同時(shí)共享給全班學(xué)生。通過這種模式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及歸納總結(jié)的能力，也會(huì)讓學(xué)生更容易理解機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的重要作用與意義。

1.4 加強(qiáng)課下與學(xué)生的交流互動(dòng)

通過課程案例庫(kù)的建設(shè)，開發(fā)各類形式多樣、靈活有趣的課后思考題。思考題應(yīng)涵蓋各類知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)注重與工程實(shí)踐的結(jié)合，題目還應(yīng)具有創(chuàng)新性。對(duì)于學(xué)生不易回答和完成的課后題，教師要及時(shí)開展線上的指導(dǎo)和答疑，幫助學(xué)生理清思路，促進(jìn)師生互動(dòng)。

在學(xué)生交互階段，通過主動(dòng)搜集各類機(jī)械設(shè)計(jì)有關(guān)的資料，自行設(shè)計(jì)多層次、高水平問題，在課間和課下相互提問和回答。學(xué)生們通過多種思維策略設(shè)計(jì)問題及搜集案例，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。教師利用課下時(shí)間與學(xué)生共同探討，促進(jìn)學(xué)生課后的交流和互動(dòng)，推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)參與性，促進(jìn)知識(shí)內(nèi)容的理解與掌握。

2 交互式和案例式教學(xué)法在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)共安排3周，內(nèi)容是設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)或離心拋灑機(jī)的減速器（一級(jí)或二級(jí)）。以往我?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生在教室里，手工完成二維工程圖的繪制和設(shè)計(jì)說明書的撰寫。為了提升課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的授課質(zhì)量，提高學(xué)生創(chuàng)造力，結(jié)合前期的課程教學(xué)法，從以下幾個(gè)方面對(duì)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。

2.1 對(duì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)方式進(jìn)行改進(jìn)

“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要求每個(gè)學(xué)生必須獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。課程設(shè)計(jì)題目常為一般用途的機(jī)械傳動(dòng)裝置或簡(jiǎn)單機(jī)械的兩極圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)，每個(gè)學(xué)生應(yīng)完成總裝圖和零件圖的繪制及設(shè)計(jì)說明書的撰寫[9]。教師通過線上等軟件，給學(xué)生分享各類減速器設(shè)計(jì)的相關(guān)資源，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)視頻和案例庫(kù)中的經(jīng)典案例，讓學(xué)生了解設(shè)計(jì)思路，掌握減速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。學(xué)生可以通過交流互動(dòng)，共享自己的屏幕及資源，并分享設(shè)計(jì)心得，使師生的思路保持一致性，提高課程設(shè)計(jì)的效率。

2.2 借助繪圖軟件完成產(chǎn)品預(yù)設(shè)計(jì)

我校往年的“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)圖紙的繪制需要學(xué)生手工完成，由于學(xué)生人數(shù)較多，教師指導(dǎo)學(xué)生的精力有限，常出現(xiàn)學(xué)生繪制圖紙不規(guī)范，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤等問題，一旦發(fā)現(xiàn)此類問題，需要對(duì)圖紙進(jìn)行手工擦拭修改，甚至重新進(jìn)行設(shè)計(jì)和繪制，嚴(yán)重影響到課程設(shè)計(jì)的效率和進(jìn)度。為了提升課程設(shè)計(jì)效果，增強(qiáng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的直觀性，減少設(shè)計(jì)失誤，可借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，繪制圖紙[10]。在設(shè)計(jì)過程中，任課教師隨時(shí)采用線上和線下的輔導(dǎo)方式對(duì)學(xué)生圖紙中出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)點(diǎn)評(píng)和糾正，當(dāng)學(xué)生的圖紙滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，再對(duì)照所設(shè)計(jì)的CAD圖紙完成手工繪圖。

2.3 加強(qiáng)指導(dǎo)，規(guī)范圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

教師采用交互式的指導(dǎo)方法，通過討論、任務(wù)驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)上輔導(dǎo)等方式對(duì)學(xué)生圖紙上的尺寸標(biāo)注、設(shè)計(jì)說明書中的元件選型和計(jì)算內(nèi)容進(jìn)行輔導(dǎo)，幫助學(xué)生完善課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。學(xué)生之間也可進(jìn)行相互討論，相互指點(diǎn)，共同協(xié)作完成課程設(shè)計(jì)。同時(shí)，在指導(dǎo)過程中，邀請(qǐng)相關(guān)專家和企業(yè)的技術(shù)人員給學(xué)生開展線上輔導(dǎo)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(xué)法在《機(jī)械制造工藝學(xué)》實(shí)踐環(huán)節(jié)的研究和應(yīng)用”等項(xiàng)目，積累了一定的視頻資源庫(kù)和專家講座錄像[11]，可在課程設(shè)計(jì)過程中穿插播放給學(xué)生，讓學(xué)生從機(jī)械制造工藝的角度更加合理地完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

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(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程學(xué)生的成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中考試成績(jī)所占比例為70%，這導(dǎo)致學(xué)生忽略了平時(shí)的自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐探索，只看重考試環(huán)節(jié)。因此，可將考試成績(jī)比例改為50%，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)占20%，創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)占15%（包括案例的搜集共享、案例庫(kù)建設(shè)、討論題的設(shè)計(jì)等），考勤占5%，課堂討論表現(xiàn)占10%。考核方式更多地注重學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)、師生互動(dòng)和生生互動(dòng)中的表現(xiàn)，對(duì)學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)踐能力都進(jìn)行了培養(yǎng)和考察[12]。

對(duì)課程設(shè)計(jì)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)也進(jìn)行了改革，注重過程的考察，將學(xué)生與教師的互動(dòng)情況、學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)案例的搜集情況、不同設(shè)計(jì)階段的任務(wù)完成情況等都作為考核的重要指標(biāo)。另外，部分學(xué)生與教師的互動(dòng)次數(shù)較多，可安排這些學(xué)生將教師輔導(dǎo)的要點(diǎn)知識(shí)和注意事項(xiàng)分享給其他同學(xué)，協(xié)助教師指導(dǎo)其他同學(xué)，這類學(xué)生可獲得更高的成績(jī)。課程設(shè)計(jì)的最終環(huán)節(jié)采取答辯的方式，并結(jié)合過程表現(xiàn)，公平、公正地對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)分。最終的課程設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：總裝圖成績(jī)占30%，零件圖占20%，設(shè)計(jì)說明書撰寫情況占30%，與教師的互動(dòng)表現(xiàn)占10%，答辯情況占10%。

3.2 課程改革效果分析

從2019年開始，“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程開始逐步實(shí)施內(nèi)容和考核上的試點(diǎn)改革，從“翻轉(zhuǎn)課堂”到“基于O2O模式的交互式和案例式教學(xué)法”的應(yīng)用，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果有了一定的改善，特別是課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的成績(jī)有了明顯的提高。對(duì)試點(diǎn)班在2020年采用了交互式和案例式授課法，該班級(jí)學(xué)生在課堂表現(xiàn)方面較為活躍，在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)更是相比以往學(xué)生有了較為明顯的進(jìn)步，課程設(shè)計(jì)的優(yōu)秀率和良好率達(dá)到60%，中等率達(dá)到40%，說明該教學(xué)法為班級(jí)的實(shí)踐環(huán)節(jié)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)帶來了較好的效果。學(xué)生在后續(xù)課程“機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)”和“數(shù)控加工編程與實(shí)訓(xùn)”環(huán)節(jié)表現(xiàn)都較為突出，成績(jī)較好。因此，本課程的授課模式可為機(jī)械類本科其它課程的教學(xué)改革、課程建設(shè)以及實(shí)踐環(huán)節(jié)的改進(jìn)提供一定的參考。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)環(huán)節(jié)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)模式改革，采用交互式和案例式授課模式，以學(xué)生為主體，加強(qiáng)師生互動(dòng)和生生互動(dòng)，學(xué)生的課程學(xué)習(xí)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果有了一定的提升。今后，結(jié)合各類教研項(xiàng)目和大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目，依托我院國(guó)家級(jí)一流專業(yè)—“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化”的專業(yè)建設(shè)，繼續(xù)對(duì)我院各類課程教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，從根本上提高教學(xué)質(zhì)量，造就高素質(zhì)、高質(zhì)量的應(yīng)用型本科人才。