教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下“機械設(shè)計基礎(chǔ)”教學(xué)改革與實踐

摘 要：“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程是高校非機類工科有關(guān)專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計思想、工作態(tài)度、大國工匠精神等方面起著重要的作用。隨著教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入推進，“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革面臨新的機遇與挑戰(zhàn)。在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，探討如何有效利用數(shù)字技術(shù)改革“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程的教學(xué)內(nèi)容、方法和評價體系，以提高課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。實踐證明，通過構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)資源庫、創(chuàng)新教學(xué)方法和手段、完善評價體系等措施的實施，可以提高“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，并有效做到價值引領(lǐng)、能力培養(yǎng)和知識傳授三位一體。

關(guān)鍵詞：教育數(shù)字化；機械設(shè)計基礎(chǔ)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0" 文獻標(biāo)識碼：A

1 概述

高等教育作為教育、科技、人才的重要結(jié)合點，是人才培養(yǎng)的主體和科技創(chuàng)新的策源地，肩負(fù)著重要的責(zé)任和使命［1］。數(shù)字時代，人工智能等前沿科技將有效驅(qū)動高等教育現(xiàn)代化進程，賦能其高質(zhì)量發(fā)展，高等教育數(shù)字化改革勢在必行［2］。黨的二十大報告首次將“教育數(shù)字化”寫入其中，強調(diào)教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，其中包括推進教育數(shù)字化［3］。

教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是指利用數(shù)字技術(shù)推動教育領(lǐng)域的全面變革［4］，它并非簡單地將數(shù)字化元素融入傳統(tǒng)教育模式，而是通過信息技術(shù)與教育的緊密結(jié)合，推動教育理念、教學(xué)手段及評估機制的革新，旨在優(yōu)化教育資源配置，并全方位提升教學(xué)質(zhì)量。在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景下，“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程需要與時俱進，進行相應(yīng)的教學(xué)改革［5］。

2 “機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)中存在的問題及數(shù)字化教學(xué)的必要性

2.1 “機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)存在的問題

“機械設(shè)計基礎(chǔ)”是高校非機類工科有關(guān)專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，重點講述典型機構(gòu)和主要零部件的結(jié)構(gòu)、工作原理及分析、設(shè)計方法，使學(xué)生掌握常用傳動機構(gòu)的類型、特點和通用零部件的基本知識，初步具備應(yīng)用、分析、設(shè)計及計算的能力，并通過一定的基本技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生形成正確的設(shè)計思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。同時，培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷和大國工匠精神，努力做到價值引領(lǐng)、能力培養(yǎng)和知識傳授三位一體?！皺C械設(shè)計基礎(chǔ)”課程受眾面廣，其教學(xué)問題一直是教育工作者的研究熱點，但目前高校“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)依然存在一些問題。

首先，該課程學(xué)習(xí)需要具有一定的基礎(chǔ)知識儲備，由于選修該課程的一般是非機類專業(yè)學(xué)生，對機械專業(yè)基礎(chǔ)知識掌握不牢［6］，理解不夠深入，從而影響課程教學(xué)效果；其次，為緩解學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力等，該課程學(xué)時不斷縮減，但為了使學(xué)生了解機械學(xué)科的新技術(shù)成果和發(fā)展變化，教學(xué)內(nèi)容在不斷豐富，課程學(xué)時的縮減和課程內(nèi)容繁重之間的矛盾日趨嚴(yán)重；再次，目前的教學(xué)方法仍然側(cè)重于講授和板書，雖然引入多媒體資源，但學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與度不高，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳，且?guī)熒g的溝通往往局限于課堂內(nèi)的問答和課后作業(yè)的反饋，缺乏更深入的交流；最后，“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)知識點多，有些章節(jié)相對獨立，單純依靠期末考試評定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，不能有效考查學(xué)生對知識掌握和能力培養(yǎng)的程度，具有一定的局限性。

針對目前“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)中存在的問題，本文分別從數(shù)字化教學(xué)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(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下課程教學(xué)改革的實施提供參考，提升課程教學(xué)質(zhì)量和效果，增強學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識儲備，并有效做到價值引領(lǐng)。

2.2 數(shù)字化教學(xué)的必要性

在數(shù)字時代背景下，人工智能作為新興技術(shù)的代表，將發(fā)揮核心引領(lǐng)作用，推動高等教育現(xiàn)代化建設(shè)，并成為支撐高等教育實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵動力，數(shù)字化教學(xué)的必要性日益凸顯［7］，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.2.1 適應(yīng)時代發(fā)展，提高教學(xué)效率

教育領(lǐng)域作為社會的重要組成部分，必須緊跟時代步伐，采用數(shù)字化教學(xué)手段，以適應(yīng)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(xué)內(nèi)容更加形象具體、直觀明了，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和課堂參與度，進而達到提高教學(xué)效率的目的。

2.2.2 促進個性化學(xué)習(xí)，打破時空限制

數(shù)字化教學(xué)平臺可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進度、興趣和能力，提供個性化的學(xué)習(xí)資源和路徑，實現(xiàn)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(xué)生，也擴大了教育的覆蓋面，使得更多人能夠享受到優(yōu)質(zhì)的教育資源。

2.2.3 促進師生互動，提升教學(xué)質(zhì)量

數(shù)字化教學(xué)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(xué)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(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、成績等數(shù)據(jù)進行實時分析和反饋，以便及時調(diào)整教學(xué)策略，提升教學(xué)質(zhì)量。

3 數(shù)字化教學(xué)改革的方向

3.1 課程內(nèi)容數(shù)字化

課程內(nèi)容數(shù)字化是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要組成部分，為教育的現(xiàn)代化和個性化提供了有力支持，推動教育領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展。根據(jù)制定的教學(xué)目標(biāo)，按照一定的教學(xué)策略，組織特定課程的教學(xué)內(nèi)容和資源，依托教學(xué)平臺對課程內(nèi)容進行數(shù)字化處理，如制作數(shù)字化教材、在線課件、視頻教程等，便于學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)。同時，運用大數(shù)據(jù)技術(shù)來收集學(xué)生的學(xué)習(xí)信息，剖析學(xué)生的學(xué)習(xí)偏好與需求，從而為教學(xué)內(nèi)容的革新與調(diào)整提供有力支撐。

3.2 教學(xué)方式創(chuàng)新

采用線上線下混合式教學(xué)模式，結(jié)合傳統(tǒng)課堂教學(xué)和在線學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在線上教學(xué)過程中，教師可以通過學(xué)習(xí)平臺分配學(xué)習(xí)任務(wù)、分享教學(xué)資源，并引導(dǎo)學(xué)生參與在線交流活動；在線下課堂教學(xué)中，教師可以進行面授教學(xué)、項目實踐等。此外，還可以引入虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）等先進技術(shù)［8］，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進行機械設(shè)計實踐，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手能力。

3.3 學(xué)習(xí)過程個性化

隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)習(xí)過程個性化將成為教育領(lǐng)域的重要趨勢，也更加注重數(shù)據(jù)驅(qū)動的個性化學(xué)習(xí)路徑設(shè)計，同時結(jié)合互動體驗，為學(xué)生提供更加寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)習(xí)過程個性化的核心在于尊重每個學(xué)生的獨特性，通過技術(shù)手段實現(xiàn)“因材施教”，使教育更加公平、高效。比如，利用數(shù)字化技術(shù)對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行個性化指導(dǎo)，通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的分析，教師可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進度、掌握程度和薄弱環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供定制化的學(xué)習(xí)方案。同時，利用智能推薦系統(tǒng)為學(xué)生推薦合適的學(xué)習(xí)資源和課程，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)生個性化發(fā)展的需求，促進學(xué)生的全面發(fā)展［9］。構(gòu)建多元化的評價體系，從多個角度對學(xué)生的知識、能力、素養(yǎng)等進行全面、客觀、公正的評價，包括形成性評價、結(jié)果性評價、討論等。利用數(shù)字化工具收集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，如作業(yè)完成情況、在線測試成績、課堂參與度等，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行全面評價。同時，鼓勵學(xué)生參與課堂討論，培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動性和團隊合作精神。

4 “機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革實踐

4.1 構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)資源庫

首先，針對非機類專業(yè)學(xué)生特點，教研室課程組重建課程結(jié)構(gòu)，主編《機械設(shè)計基礎(chǔ)》教材［10］，使課程內(nèi)容更加貼近實際應(yīng)用和專業(yè)需求，并在課程思政示范課課題研究成果的基礎(chǔ)上，積極展開本門課程的思政元素融入，編入教學(xué)大綱，列為教學(xué)基本要求，同時開發(fā)和專業(yè)背景相關(guān)的微視頻，拓寬學(xué)生視野。

其次，建立“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程數(shù)字化教學(xué)資源庫，本課程內(nèi)容已經(jīng)完成了大規(guī)模在線開放課程（MOOC）示范項目的建設(shè)，并于2019年10月在網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)中心平臺上線，截至目前已開設(shè)11個教學(xué)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(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入實施，為師生提供豐富的教學(xué)資源。

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

4.2 創(chuàng)新教學(xué)方法和手段

教研室課程組教師經(jīng)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(fā)式教學(xué)方法引入課程?！皺C械設(shè)計基礎(chǔ)”課程一直實施多媒體教學(xué)，目前發(fā)展成為現(xiàn)代多媒體課件、雨課堂等與傳統(tǒng)的教具模型、板書相結(jié)合的“綜合（交互式）多媒體教學(xué)”。特別是雨課堂的應(yīng)用，可以全方位管理班級學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，如考勤、隨堂測試、重點難點標(biāo)識、隨機互動、考試等，可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。

同時，結(jié)合“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程，采用項目式學(xué)習(xí)方法，通過實踐項目的設(shè)計與實施環(huán)節(jié)，讓學(xué)生參與實際的機械設(shè)計課題，提高實踐能力和創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，提高教學(xué)效果。

教學(xué)活動與學(xué)習(xí)指導(dǎo)方面，一直采用線上和線下輔導(dǎo)相結(jié)合的方式，在前期建立的課程群基礎(chǔ)上，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，加強教師的引導(dǎo)作用，以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和應(yīng)用所學(xué)知識解決實際工程問題的能力。

4.3 完善評價體系

構(gòu)建多元化的評價體系，包括形成性評價、過程性評價、結(jié)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(jié)合的方式，各占課程考核成績的50%。平時成績考核利用數(shù)字化技術(shù)收集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行全面評價，包括考勤、作業(yè)、課堂筆記、隨堂練習(xí)、階段測試、線上學(xué)習(xí)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(fù)習(xí)的學(xué)習(xí)策略，并選取2至3個關(guān)鍵課程節(jié)點分散復(fù)習(xí)，強化日常教學(xué)，改善了學(xué)生考前突擊學(xué)習(xí)的不良習(xí)慣，一定程度上鞏固了學(xué)習(xí)效果。同時，通過課堂測驗，隨時強化學(xué)習(xí)效果，提升學(xué)生的聽課效率，并為教學(xué)改進提供依據(jù)。

4.4 “機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革實施效果

以授課對象2022級某自然班27名學(xué)生為研究對象，教學(xué)時間為2023—2024學(xué)年第二學(xué)期。經(jīng)過一個周期的教學(xué)實踐，大部分學(xué)生對改革后的教學(xué)模式表示了認(rèn)可，并感受到了教學(xué)的參與性和體驗性。教學(xué)平臺部分過程性評價數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1可以看出，學(xué)生出勤率和課堂互動率較高，說明大部分學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度端正，課堂表現(xiàn)較好，并積極參與課堂互動討論，學(xué)習(xí)體驗良好。測試結(jié)果反映大部分同學(xué)能夠及時掌握相關(guān)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(xué)生的綜合考核成績統(tǒng)計結(jié)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(yōu)良率達48.1%，及格率近96.3%，反映出學(xué)生知識點掌握整體較好，教學(xué)改革效果明顯，達到預(yù)期效果。

結(jié)語

教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型為“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革提供了有力支持。通過構(gòu)建數(shù)字化教學(xué)資源庫，如在重建課程結(jié)構(gòu)、主編教材的基礎(chǔ)上，建設(shè)大規(guī)模在線開放課程（MOOC），為師生提供豐富的教學(xué)資源；創(chuàng)新教學(xué)方法和手段，如利用現(xiàn)代多媒體課件、雨課堂等與傳統(tǒng)的教具模型、板書相結(jié)合的“綜合（交互式）多媒體教學(xué)”，根據(jù)課程特點采用項目式教學(xué)方法，提高學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力；完善評價體系，如構(gòu)建多元化的評價體系，包括形成性評價、過程性評價、結(jié)果性評價和討論等，利用數(shù)字化技術(shù)收集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行全面評價，并為教學(xué)改進提供依據(jù)。同時，需要加強師資培訓(xùn)和完善教學(xué)支持體系的建設(shè)，為教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入實施提供有力保障。未來，我們將繼續(xù)關(guān)注教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的發(fā)展趨勢，不斷探索和實踐教學(xué)改革的新路徑。

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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(shù)研究。