立體化教學模式在機械專業課程中的應用

摘要：現代化教學手段和工具的利用實現了立體化教學，使教學內容、教學過程立體化，實現了教學空間、教學時間的立體化、多維化。立體化教學豐富了教學內容，延伸了教學空間，激發了學生學習的興趣，縮短了學生的現場適應時間，提高了學生對專業知識、專業技能的掌握和運用能力，從而提高教學質量。

關鍵詞：立體化教學；教學網站；數字化樣機；多媒體課件

在科學技術快速發展的今天，機械產品日新月異，專業知識更新越來越快。為了滿足機械工業發展對人才的需要，各高校均在增加專業課開設門類，但每門課的學時又在相對減少。如何在相對較少的學時內使學生詳細了解機械結構及其工作原理，牢固掌握相關的知識點，真正具備解決實際問題的能力，成為擺在每位教師面前的首要問題。然而，傳統的教材和知識體系已經無法及時、準確地反映機械產品的發展，“黑板＋教材＋掛圖”的教學手段已無法滿足現代化教學的需要[1]。新的教情、學情要求教師能夠以現代信息技術為工具，集成教學資源，形成理論教學、虛擬現實的多媒體教學、實踐教學、網絡教學的多層次、全方位、立體化的綜合教學模式，從而多手段、多維數地激發學生的學習興趣，高效地培養學生專業知識的掌握能力，切實提高學生對專業知識的運用能力，努力培養學生的科研創新能力，有效提高學生的就業競爭力。

一、專業課立體化教學模式

采用合理、高效的教學方法可以充分利用教學資源，充實、豐富教學內容，活化教學知識點，激發學生的學習興趣，調動學生的求知欲，搭建師生互動的平臺，更好地開展素質與創新教育。機械專業立體化教學模式主要是基于現代教育學理念和現代機械工業對人才培養的要求，充分利用現代信息技術和教學設施，將信息技術、計算機、網絡技術與課程實現整合，使課程的形態、結構發生立體化變革；應用現代計算機技術將枯燥平面的專業知識進行虛擬現實的立體化構建；通過PRO/E、UG等三維軟件研制、開發機械產品三維虛擬樣機，讓晦澀難懂的專業知識活躍、生動、直觀起來；通過日益完備的網絡技術，利用Macromedia Dreamweaver MX建立相關的教學網站，進行網絡教學、輔導、測試和討論，延伸和擴展教學空間；依托校內外實習、實踐基地將理論教學與現場教學、實踐教學有機結合，并依據課程內容設置相關課程設計、畢業設計，增設虛擬工廠、虛擬研究所，構建超仿真設計環境，立體化培養學生的實際動手能力。

傳統教學模式與信息技術的有效結合可以將學生置身于數字化、虛擬化、網絡化、立體化的教學空間中，師生可以通過虛擬現場、虛擬工廠、虛擬網絡課堂進行面對面的無界限、無阻礙的溝通，提高學生的學習興趣，讓學生自主尋求探索式、創新式的學習方式，打破傳統的“填鴨式”被動教學模式，讓學生在立體的教學環境中主動、積極地學習機械知識；實現抽象內容具體化、復雜過程簡單化、教學方式多樣化、教學目標全面化，實現教與學的立體交融。

二、立體化教學過程的構建

現代教學思想認為，教學不僅要重視知識的獲得，還要注重培養學生獲得知識和運用知識的能力[2]。專業課程有別于基礎課，除了要教授學生掌握必要的基礎知識，更要讓學生具有用學到的知識進行設計制造產品的能力，并能夠了解產品加工制造的方法，了解產品使用過程中存在的問題，能夠熟練解決工程中遇到的問題。因此，立體化教學過程的構建將教學過程分為課堂教學、網絡教學、校內實驗教學、現場實踐教學、課程設計、畢業設計等六個階段。

首先，在課堂教學中有針對性地設計實驗教學和現場教學環節。讓學生在學習中接觸真實的機械設備，立體地學習機械設備各零部件結構特點，掌握各零部件間的裝配關系。其次，針對畢業生，在第7學期初，提前公布畢業設計題目，讓學生帶著問題去學習，使學生的學習目的更明確，積極主動地參與課堂互動并不斷思考。在學期末進行的生產實習，讓學生深入機械生產工廠，了解、掌握機械產品設計、生產的流程和方法；讓學生走進機械使用企業，了解機械產品的使用環境和工作參數，掌握機械實際生產工作中存在的問題、易出現的故障、現階段的解決辦法，知曉相關機械的發展需求和方向，培養學生創新意識和綜合素質。最后，依據學生一學期學到的知識和在現場了解到的資料進行簡單的機械產品設計，熟悉產品設計、計算過程，掌握相關的設計方法，牢記圖紙繪制規范和技巧。

三、立體化教學資源的構建

教學資源是指為教師、學生提供的教學內容、信息、教學輔助工具及相關參考資料，是輔助個人有效學習和操作、影響和改變學生認知結構的外部條件[3]。立體化教學資源是以課程體系為中心，在傳統的紙質教材和簡單固定不動的模型教具基礎上，應用現代化的教育教學理念，依托現代化的計算機和網絡技術，構建三維機械產品數字模型庫、三維機械產品的仿真動畫庫、教學錄像庫、CAI課件庫、專業網絡教學平臺、BBS論壇、虛擬設計工作室，以及校內實習實踐基地、校外實習、實踐基地和研發中心。

1．三維數字化機械產品庫的制作

PRO/E、UG和SOLIDWORKS是當前機械行業進行三維模型構建與設計的主流軟件，通過這些設計軟件進行機械產品的數字化樣機制作。教學過程中依據教學內容的設置，利用電腦動態進行機械結構的剖分、各零部件虛擬裝配和運動學仿真。利用三維數字模型，將平面的機械結構知識立體化、形象化。授課的過程中可以虛擬工廠現場的機械設計過程，拆分機械結構，給出各零部件的二維工程圖紙，現場講解虛擬機械加工和設計過程。讓學生明晰機械結構及零部件的裝配關系，學習到實際的生產加工工藝。通過立體化的教學讓學生擁有身臨其境的感覺，提高學習興趣，積極參與到教學中來，主動提問題，積極地思考，從而降低知識點的難度，提高教學質量。

2．立體化多媒體課件的制作

多媒體課件可以將教學內容與教學資源進行無縫鏈接，靈活地進行內容講解和動畫演示[4]~[6]。利用Powerpoint、Authoware等軟件制作電子課件，并利用Flash和3Dmax等制作了機械產品的可控動畫，以控件的形式插入課件，授課時直接依據教學內容控制機械產品的動作，真實地反映機械的實際運轉情況，透徹展示機械產品內部抽象的工作原理，很好地實現了對三維虛擬樣機的補充，使學生能夠看到虛擬現實的機械產品加工、制作、生產和使用情況，了解產品在加工、使用中容易遇到的問題、操作規程和注意事項，讓枯燥的知識立體化、趣味化。

3．機械產品教學錄像的制作

為了真實地營造機械產品生產使用工況，我們系統地錄制了機械產品的加工和使用情況錄像，并聘請電視臺專業技術人員進行錄像的后期制作，還原機械產品加工使用現場情況，建立機械產品加工使用情況錄像庫，教學中依據知識點的設置在課堂上播放，構建虛擬現場的立體工況環境，讓學生有身臨其境的學習氛圍，從而提高教學質量。

4．高水平教學網站的建設

以Macromedia Dreamweaver MX為主要開發軟件，結合Firework MX，Flash MX及Java，asp等腳本語言，開發相關的教學網站，網站后臺利用微軟的中小型數據庫Access實現網頁的靜態及動態設計與管理工作。

網站設置課程簡介、教學內容、教學指導、網絡課堂、實踐教學、測試天地、課程組信息、設計方法、創新園地、實驗預定、機械論壇等模塊，包含教學計劃、教學大綱、網絡課件、電子教案、教學圖片、教學動畫、機械產品生產和工作錄像、授課教師授課錄像、礦山機械電子版參考書、教學指導、習題解答、歷年考題及系列題庫、在線測試系統、學習與考試方法、TRIZ理論介紹等內容。學生可以通過教學網站查找資料，在線學習，實驗預定，也可以應用在線測試系統進行學習測試，通過BBS與全國的機械專家和研究者進行交流和學習，變過去面對面授課為無限網絡、無限空間、無限時段的“量販式”立體化自主學習，增加專業課教學的彈性。

5．立體化實踐教學環境建設

實踐教學環境包括校內實踐教學基地和校外實習實踐基地兩部分。針對課程的教學實際，在校內我們建立并完善相關實驗室，開設設計性、綜合性實驗，實行全天開放制度和實驗網上預約訂制，建立大學生虛擬設計工作室，開展機械產品的虛擬設計和制作工作，建立大學生科技活動基地，為大學生開展科研立項、進行大學生科技制作、參加大學生機器人大賽、TRIZ創新大賽、航模大賽等提供場地和技術支持。

為了使學生能夠更多地了解企業的生產實際，畢業后能夠更好地發揮作用，我們與對口的國有大中型企業建立長期的培訓、實習和實踐基地，并聘請企業的專家作為校外指導教師，指導學生進行實習、實踐，開展“7＋1”教學（7個學期教學，1個學期工廠實踐鍛煉，畢業設計在工廠做真題）。

四、立體化教學的實踐

作為煤炭類院校，黑龍江科技學院機械工程學院的學生大多數畢業后要到礦山和煤機企業工作，因此《礦山機械》是他們的一門主要專業課程。從2005年開始，我們就逐步嘗試開展礦山機械課程的立體化教學實踐，目前已完成了礦山機械實驗室的建設與改造任務，這個實驗室也被評為省重點實驗室。我們發揮機械專業的特長，應用PRO/E和UG等三維設計軟件，開發、制作了主要礦山機械的三維數字樣機，利用假期和實習期間錄制了礦山機械的生產、使用情況錄像；建立了礦山機械的三維模型庫、三維動畫庫、生產使用錄像庫；開發了較高水平的礦山機械多媒體課件，并獲得了全國第八屆多媒體課件大賽二等獎；建立了內容豐富的礦山機械教學網站，受到了師生的好評，并吸引了國內多家單位前來調研與學習；建立了長春一汽、哈爾濱電機廠、雞西煤礦機械有限公司、佳木斯煤礦機械有限公司等穩固的校外實習、實踐基地。

通過5年的教學實踐和對畢業生及用人單位的跟蹤問卷調查（發放問卷230份，回收153份，其中有效問卷148份），立體化教學的開展使學生的參與互動度由之前的15%提高到71.2%，學生期末及格率由65%提高到100%，機械專業畢業設計連續3年被學校評為“優秀”，學生參與大學生科技立項和大學生創新大賽的人數由5%提高到38.7%。2007年、2008年、2009年畢業生就業率均在97%以上，用人單位對學生的滿意度達到96%。

參考文獻：

[1]焦麗麗.UG軟件用于機械專業課程的教學改革[J].裝備制造技術，2008，(12).

[2]楊雄.《材料成型工藝基礎》多媒體立體化教學模式的構建與實踐[J].現代企業教育，2008，(7).

[3]祝丹.網絡環境下英語課程立體化教學模式的探索與研究[J].沈陽工程學院學報(社會科學版)，2008，(4).

[4]蔡雪峰.土木工程施工立體化教學研究與實踐[J].中國現代教育裝備，2008，(10).

[5]楊軍玉.關于立體化教學模式的探討[J].河北農業大學學報(農林教育版)，2008，(6).

[6]龐思勤.中美機械專業課程設置與人才培養模式比較研究[J].中國大學教學，2007，(11).

責編：一木