高職“機械設計基礎”課程混合式教學改革創新路徑研究

趙紅美，張吉利，石惠文，靳大偉，曾 艷

（唐山工業職業技術學院，河北 唐山 063299）

為全面貫徹全國職業教育大會精神，深入實施國家教育數字化戰略行動，依托線上課程平臺和一體化實訓室，實施線上線下混合式教學模式，成為當前高職院校課程實施的主流方式。筆者主要圍繞裝備制造產業發展需求，以唐山工業職業技術學院（以下簡稱學院）“機械設計基礎”課程為例，探索對接機械設計崗位，創新實施基于成果導向的線上線下混合式教學模式改革，以達到啟迪學習者創新設計思維、培養學習者創新設計能力的教學目標，讓學習者領悟“學一課即成一事”的真諦。

0 研究背景

“機械設計基礎”是從理論性、系統性很強的基礎課向工程性、實踐性較強的專業課過渡的一門重要課程，是培養高職裝備制造大類專業學習者機械產品創新設計能力的基石課程。傳統的教學模式主要采用將按照章節進行理論講授與實驗、課程設計等實踐環節相結合的方式進行，主要存在機械設計理論不能及時在實踐環節得到檢驗、課程設計項目單一等問題，教學效果不佳，學習者創新設計能力得不到有效提升，如何有效激發學習者主動學習的內動力，讓學習者學有所獲成為亟待解決的難題。近幾年，圍繞“機械設計基礎”課程展開教學改革研究的相關論文有30 余篇，研究內容主要分布在課程思政建設、混合式改革、實驗創新設計等方面，其中韓淑玲等以數控機床機械結構設計為教學載體[1]，注重能力培養與訓練，培養學生的創新能力，這種任務式驅動教學一定程度上提高了學習者的機械設計能力，但是由于教學項目固定并且單一，學生創新思維得不到最大限度的激發；桂亮等提到將在創新設計的實驗環節中有機融入知識[2]，但這種方式會導致教學內容的重復講解。

為落實“三教”改革，學院在2019 年就掀起打造“金課堂”的革命浪潮，借此契機，本課程教學團隊力爭打“破”已有的授課模式，依托國家在線精品課程平臺和機械設計創新實訓室，“構”建以機械產品設計為主線的“機械原理設計→機械結構設計→機械產品評價”教學方式，“創”新“學做研創”的教學理念，實現“教與學、學與做、做與創”深度融合，讓“學習者成為課堂主體”“教師成為課堂主導教練員”，打造高效優質金課堂。

1 研究思路

“機械設計基礎”的理論性強是機械人普遍達成的共識，面對基礎薄弱、不擅長死記硬背、喜歡共同做事情的學習者來說，預采用成果導向來激勵學習者的學習熱情，創設“學做研創”的學習情境引導學習者進行學習，具體來講，就是將一個產品的設計主線貫穿整門課程的教學始終，選擇以凝聚力最強的組織——宿舍為單位進行分組，通過“學中做、做中學、做中創”，用設計成果檢驗學習效果，讓學習者親身經歷并感受“團隊協作→克服萬難→達成目標”的歷程，珍惜“學習一課即成一事”的來之不易，激發學習者積極主動學習的內生動力，促進教學目標的達成。

2 具體舉措

2.1 優化課程總體框架

對接高端裝備制造業機械產品設計崗位任職要求，以服務學習者終身發展需求為準則，以培養學習者機械創新設計能力為核心目標，本課程內容融入現代設計理論、計算機輔助設計、TRIZ理論和思政元素[3]，優化“機械設計基礎”課程標準。基于學習者的認知規律，本課程選擇以典型產品的機械結構設計為項目載體，重構“基礎設計模塊+ 創新實踐模塊+ 能力延伸模塊”三級進階式、模塊化體系，融入“機械產品原理創新設計、機械產品結構創新設計”“創新設計實踐項目”“課崗賽融合案例”等相關內容[4]，搭建“工匠事跡+ 大國重器+ 創新實例”課程思政育人主線，便于教師組合教學內容，滿足在校師生、企業員工、社會學習者等不同人群的個性化學習需求。

2.2 創設教學項目

如何將產品設計能力、創新能力、職業素養的培養逐漸滲透到教學過程中是精準設計教學項目的根本遵循所在。基于能力培養導向，根據學習者的認知規律設計“難度遞進、分層選擇”的教學項目，聚焦世界技能大賽“CAD 機械設計大賽”產品設計模塊標準，創設“給定已知條件設計配合結構”封閉項目，適用于基礎最為薄弱的學習組織，或者是在項目設計過程中的單一機構、結構設計環節；聚焦全國大學生機械創新設計大賽標準，創設“限定設計主題進行產品設計”半開放項目，適用于大眾學習組織；結合生產生活實際開展小革新、小創造，自主設計“至少包含兩種機構”的開放性項目，適用于基礎較薄弱的學習組織。各個學習小組可以結合自身情況進行適切的項目選擇，教師可以賦予不同難度項目不同的權重。

2.3 研制顆粒化教學資源

2.3.1 研制原則

在課程整體框架下，為了更好地服務線上線下混合式教學的實施，研制足夠的教學資源是必不可少的，通常在滿足相關文件對微課等相關資源提出的技術要求以外，還應該遵循以下原則。一是有聲配文原則。線上線下混合教學的關鍵一環是學習者進行線上學習，如果每個知識點所匹配的微課、視頻、動畫等主要學習資源都配有圖像、字幕、音頻，勢必會起到事半功倍的作用。二是結合生產原則。對于本課程而言，創新實踐模塊是針對創新能力提升而進行實戰訓練的專屬模塊，是在基礎學習模塊的基礎上進行的，屬于“強化級”階段[4]。為了達成教學目標，課程團隊應及時將企業生產資源及時轉化為教學資源，助力學習者綜合能力的提升。

2.3.2 研制資源

依據《國家精品資源在線開放課程技術要求》，在“基礎設計資源包”“創新實踐資源包”“能力遷移資源包”三個資源包已有教學資源的基礎上，本課程主要對“創新實踐資源包”進行擴容增質，將裝備制造產業機械結構設計項目轉化為視頻形式的教學資源，采用“項目功能分解→機械原理創新設計→機械結構設計→產品模型建立（依托慧魚產品進行模型組建→運用三維軟件組建產品三維模型）→功能驗證”的研制思路進行資源開發，圍繞鐵屑收集裝置、便攜式垃圾收集裝置等機械結構創新設計主題研制了20 條教學資源，為學習者開展真實項目的設計與制作提供了有效的學習資源。

2.4 重構混合式教學模式

如何讓學習者“學有所獲”，成為進一步推進課程改革的驅動力。成果導向教育（Outcome-Based Education，OBE）是當前在國內外教育改革中較為盛行的教學理念，指以學生為本，以學生學習成果為導向，反向設計教學活動[5]。筆者所提出的基于成果導向創建“1+1+N”線上線下混合式教學模式（即“確定1 個產品設計”“以1個宿舍為單位建立學習組織”“全班輸出N 個設計成果”），如圖1 所示，是指通過將機械產品設計貫穿教學全過程，最終將輸出的產品設計結果作為學習效果的檢驗，旨在打造以學習者為主體的高效高質課堂。課程實施過程依托課程云端平臺實現“線上自主學知識”，選擇“一體化、信息化、智慧化”實訓室實施“線下團隊做作品”，通過設計“流程圖、產品庫、機構池、零件房”，協助學習者充分利用“課內+ 課外、線上+ 線下”全線時空，達成“產品設計成果”目標。

圖1 基于成果導向的“1+1+N”線上線下混合式教學模式

2.5 實施一體化教學

依托國家在線精品課程平臺、機械設計創新實訓室，實施“產品設計任務布置→產品機械原理設計階段→產品機械結構設計階段→產品驗收”四階段“線上自主學知識、線下團隊做作品”一體化混合式教學。

在“線上自主學知識”階段，學習者依托智慧職教MOOC 學院國家在線精品課程平臺，通過“導學案引領、七環節銜接”學習模式，利用課內線上和課外業余時間，通過“導一導、學一學、論一論、測一測、創一創、做一做、評一評”等7 個環節進行學習，圖2 為“平面機構自由度的計算”這一知識點的學習路徑。圍繞產品設計，學習者需要在課前、課中、課后3 個階段完成“識記類、計算類”等應知應會知識點、技能點的自主預習、合作探究、鞏固提升，為線下協作制作產品提供足夠的專業知識和技能支撐。

圖2 某一個知識點的學習路線圖

在“線下團隊做作品”環節，學習者可以通過“任務書引領、工作單導向”模式，利用課內線下和課外業余時間，首先在機械設計創新實訓室，運用三維設計軟件進行產品機械原理設計，并進行仿真驗證。隨著對平面連桿機構、凸輪機構等不同類型機構的學習，各個小組會形成不同的機械原理方案，需要確定最優方案；接下來，針對確定的機械原理方案，學習者進一步設計機械具體結構，并借助慧魚設備搭建產品機械結構模型進行驗證。需要特別注意的是，考慮到知識體系學習的完整性，常見的齒輪傳動、帶傳動等機械結構設計需要面向全體學習者，對于小組產品機械原理方案中沒有涉及的機械結構設計相關內容，課程團隊會設置開放性課題供學習者進行實踐，以期達到學以致用的目的。

本課程實施“學習者自評+ 學習者互評+ 教師評價”“素質評價+ 能力評價”“設計過程評價+設計結果評價”多元評價模式進行產品驗收，聘請企業技術人員與校內教師共同評價，根據企業生產實際標準從功能實現、成本核算等多維度對機械作品的質量進行綜合考量，實現對學習者團隊制作項目的客觀真實評價。

3 改革成效

改革成效主要體現在以下兩方面。一是學習者職業素養逐漸養成。與傳統的課程教學模式相比，在以宿舍為單位的學習型組織中，學習者通過全天候主動協作做項目，共同經歷一次又一次的設計失敗，能夠體會到“沒有任何一件事能夠簡簡單單成功”的道理，這樣一來，學習者主觀能動性越來越強，學習者的學習凝聚力、團隊協作能力、堅韌不拔的毅力逐漸鍛造成型。二是學習者創新設計能力穩步提升。與傳統的課程教學模式相比，學習者可以根據自身情況選擇適合自己的項目創設主題，完成從產品調研到課題確定，從原理初步設計到確定產品原理，從產品模型初創到產品三維模型逐漸成形的整個工作過程，逐步提升自身的創新設計能力。

4 結論

重構的基于成果導向的“1+1+N”線上線下混合式教學模式，為不同學習層次的學習型組織提供學習路徑，以“產品設計成果”為終極目標可以有效激發學習者的學習興趣，適用于專業基礎課程教學。

設計的“項目功能分解→機械原理創新設計→機械結構設計→產品模型建立→功能驗證”企業生產項目轉化為教學資源開發模式，可以引導學生進行自主學習實踐，同時也為企業生產資源轉化為教學資源提供了范式。

今后，本課程將繼續秉承“學習者主體地位不能變、教師主導地位不能變、成果導向教學不能變”三個“不能變”，堅持“學習者素質養成教育不間斷、學習者創新思維培養不間斷、主動學習動力激發不間斷”三個“不間斷”，深入推進“機械設計基礎”課程混合式教學改革，讓“學一課即成一事”成為永遠不變的旋律，為裝備制造大類專業教學提供支撐。