高職“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程混合式教學(xué)改革創(chuàng)新路徑研究

趙紅美，張吉利，石惠文，靳大偉，曾 艷

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063299）

為全面貫徹全國職業(yè)教育大會精神，深入實施國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，依托線上課程平臺和一體化實訓(xùn)室，實施線上線下混合式教學(xué)模式，成為當(dāng)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(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，以唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（以下簡稱學(xué)院）“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程為例，探索對接機械設(shè)計崗位，創(chuàng)新實施基于成果導(dǎo)向的線上線下混合式教學(xué)模式改革，以達到啟迪學(xué)習(xí)者創(chuàng)新設(shè)計思維、培養(yǎng)學(xué)習(xí)者創(chuàng)新設(shè)計能力的教學(xué)目標，讓學(xué)習(xí)者領(lǐng)悟“學(xué)一課即成一事”的真諦。

0 研究背景

“機械設(shè)計基礎(chǔ)”是從理論性、系統(tǒng)性很強的基礎(chǔ)課向工程性、實踐性較強的專業(yè)課過渡的一門重要課程，是培養(yǎng)高職裝備制造大類專業(yè)學(xué)習(xí)者機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計能力的基石課程。傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要采用將按照章節(jié)進行理論講授與實驗、課程設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合的方式進行，主要存在機械設(shè)計理論不能及時在實踐環(huán)節(jié)得到檢驗、課程設(shè)計項目單一等問題，教學(xué)效果不佳，學(xué)習(xí)者創(chuàng)新設(shè)計能力得不到有效提升，如何有效激發(fā)學(xué)習(xí)者主動學(xué)習(xí)的內(nèi)動力，讓學(xué)習(xí)者學(xué)有所獲成為亟待解決的難題。近幾年，圍繞“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程展開教學(xué)改革研究的相關(guān)論文有30 余篇，研究內(nèi)容主要分布在課程思政建設(shè)、混合式改革、實驗創(chuàng)新設(shè)計等方面，其中韓淑玲等以數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)設(shè)計為教學(xué)載體[1]，注重能力培養(yǎng)與訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，這種任務(wù)式驅(qū)動教學(xué)一定程度上提高了學(xué)習(xí)者的機械設(shè)計能力，但是由于教學(xué)項目固定并且單一，學(xué)生創(chuàng)新思維得不到最大限度的激發(fā)；桂亮等提到將在創(chuàng)新設(shè)計的實驗環(huán)節(jié)中有機融入知識[2]，但這種方式會導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)講解。

為落實“三教”改革，學(xué)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(xué)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(shè)計創(chuàng)新實訓(xùn)室，“構(gòu)”建以機械產(chǎn)品設(shè)計為主線的“機械原理設(shè)計→機械結(jié)構(gòu)設(shè)計→機械產(chǎn)品評價”教學(xué)方式，“創(chuàng)”新“學(xué)做研創(chuàng)”的教學(xué)理念，實現(xiàn)“教與學(xué)、學(xué)與做、做與創(chuàng)”深度融合，讓“學(xué)習(xí)者成為課堂主體”“教師成為課堂主導(dǎo)教練員”，打造高效優(yōu)質(zhì)金課堂。

1 研究思路

“機械設(shè)計基礎(chǔ)”的理論性強是機械人普遍達成的共識，面對基礎(chǔ)薄弱、不擅長死記硬背、喜歡共同做事情的學(xué)習(xí)者來說，預(yù)采用成果導(dǎo)向來激勵學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)熱情，創(chuàng)設(shè)“學(xué)做研創(chuàng)”的學(xué)習(xí)情境引導(dǎo)學(xué)習(xí)者進行學(xué)習(xí)，具體來講，就是將一個產(chǎn)品的設(shè)計主線貫穿整門課程的教學(xué)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(xué)中做、做中學(xué)、做中創(chuàng)”，用設(shè)計成果檢驗學(xué)習(xí)效果，讓學(xué)習(xí)者親身經(jīng)歷并感受“團隊協(xié)作→克服萬難→達成目標”的歷程，珍惜“學(xué)習(xí)一課即成一事”的來之不易，激發(fā)學(xué)習(xí)者積極主動學(xué)習(xí)的內(nèi)生動力，促進教學(xué)目標的達成。

2 具體舉措

2.1 優(yōu)化課程總體框架

對接高端裝備制造業(yè)機械產(chǎn)品設(shè)計崗位任職要求，以服務(wù)學(xué)習(xí)者終身發(fā)展需求為準則，以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者機械創(chuàng)新設(shè)計能力為核心目標，本課程內(nèi)容融入現(xiàn)代設(shè)計理論、計算機輔助設(shè)計、TRIZ理論和思政元素[3]，優(yōu)化“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程標準。基于學(xué)習(xí)者的認知規(guī)律，本課程選擇以典型產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計為項目載體，重構(gòu)“基礎(chǔ)設(shè)計模塊+ 創(chuàng)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(chǎn)品原理創(chuàng)新設(shè)計、機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計”“創(chuàng)新設(shè)計實踐項目”“課崗賽融合案例”等相關(guān)內(nèi)容[4]，搭建“工匠事跡+ 大國重器+ 創(chuàng)新實例”課程思政育人主線，便于教師組合教學(xué)內(nèi)容，滿足在校師生、企業(yè)員工、社會學(xué)習(xí)者等不同人群的個性化學(xué)習(xí)需求。

2.2 創(chuàng)設(shè)教學(xué)項目

如何將產(chǎn)品設(shè)計能力、創(chuàng)新能力、職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)逐漸滲透到教學(xué)過程中是精準設(shè)計教學(xué)項目的根本遵循所在。基于能力培養(yǎng)導(dǎo)向，根據(jù)學(xué)習(xí)者的認知規(guī)律設(shè)計“難度遞進、分層選擇”的教學(xué)項目，聚焦世界技能大賽“CAD 機械設(shè)計大賽”產(chǎn)品設(shè)計模塊標準，創(chuàng)設(shè)“給定已知條件設(shè)計配合結(jié)構(gòu)”封閉項目，適用于基礎(chǔ)最為薄弱的學(xué)習(xí)組織，或者是在項目設(shè)計過程中的單一機構(gòu)、結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)；聚焦全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽標準，創(chuàng)設(shè)“限定設(shè)計主題進行產(chǎn)品設(shè)計”半開放項目，適用于大眾學(xué)習(xí)組織；結(jié)合生產(chǎn)生活實際開展小革新、小創(chuàng)造，自主設(shè)計“至少包含兩種機構(gòu)”的開放性項目，適用于基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)習(xí)組織。各個學(xué)習(xí)小組可以結(jié)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(quán)重。

2.3 研制顆粒化教學(xué)資源

2.3.1 研制原則

在課程整體框架下，為了更好地服務(wù)線上線下混合式教學(xué)的實施，研制足夠的教學(xué)資源是必不可少的，通常在滿足相關(guān)文件對微課等相關(guān)資源提出的技術(shù)要求以外，還應(yīng)該遵循以下原則。一是有聲配文原則。線上線下混合教學(xué)的關(guān)鍵一環(huán)是學(xué)習(xí)者進行線上學(xué)習(xí)，如果每個知識點所匹配的微課、視頻、動畫等主要學(xué)習(xí)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(jié)合生產(chǎn)原則。對于本課程而言，創(chuàng)新實踐模塊是針對創(chuàng)新能力提升而進行實戰(zhàn)訓(xùn)練的專屬模塊，是在基礎(chǔ)學(xué)習(xí)模塊的基礎(chǔ)上進行的，屬于“強化級”階段[4]。為了達成教學(xué)目標，課程團隊?wèi)?yīng)及時將企業(yè)生產(chǎn)資源及時轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，助力學(xué)習(xí)者綜合能力的提升。

2.3.2 研制資源

依據(jù)《國家精品資源在線開放課程技術(shù)要求》，在“基礎(chǔ)設(shè)計資源包”“創(chuàng)新實踐資源包”“能力遷移資源包”三個資源包已有教學(xué)資源的基礎(chǔ)上，本課程主要對“創(chuàng)新實踐資源包”進行擴容增質(zhì)，將裝備制造產(chǎn)業(yè)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計項目轉(zhuǎn)化為視頻形式的教學(xué)資源，采用“項目功能分解→機械原理創(chuàng)新設(shè)計→機械結(jié)構(gòu)設(shè)計→產(chǎn)品模型建立（依托慧魚產(chǎn)品進行模型組建→運用三維軟件組建產(chǎn)品三維模型）→功能驗證”的研制思路進行資源開發(fā)，圍繞鐵屑收集裝置、便攜式垃圾收集裝置等機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計主題研制了20 條教學(xué)資源，為學(xué)習(xí)者開展真實項目的設(shè)計與制作提供了有效的學(xué)習(xí)資源。

2.4 重構(gòu)混合式教學(xué)模式

如何讓學(xué)習(xí)者“學(xué)有所獲”，成為進一步推進課程改革的驅(qū)動力。成果導(dǎo)向教育（Outcome-Based Education，OBE）是當(dāng)前在國內(nèi)外教育改革中較為盛行的教學(xué)理念，指以學(xué)生為本，以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，反向設(shè)計教學(xué)活動[5]。筆者所提出的基于成果導(dǎo)向創(chuàng)建“1+1+N”線上線下混合式教學(xué)模式（即“確定1 個產(chǎn)品設(shè)計”“以1個宿舍為單位建立學(xué)習(xí)組織”“全班輸出N 個設(shè)計成果”），如圖1 所示，是指通過將機械產(chǎn)品設(shè)計貫穿教學(xué)全過程，最終將輸出的產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果作為學(xué)習(xí)效果的檢驗，旨在打造以學(xué)習(xí)者為主體的高效高質(zhì)課堂。課程實施過程依托課程云端平臺實現(xiàn)“線上自主學(xué)知識”，選擇“一體化、信息化、智慧化”實訓(xùn)室實施“線下團隊做作品”，通過設(shè)計“流程圖、產(chǎn)品庫、機構(gòu)池、零件房”，協(xié)助學(xué)習(xí)者充分利用“課內(nèi)+ 課外、線上+ 線下”全線時空，達成“產(chǎn)品設(shè)計成果”目標。

圖1 基于成果導(dǎo)向的“1+1+N”線上線下混合式教學(xué)模式

2.5 實施一體化教學(xué)

依托國家在線精品課程平臺、機械設(shè)計創(chuàng)新實訓(xùn)室，實施“產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)布置→產(chǎn)品機械原理設(shè)計階段→產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)設(shè)計階段→產(chǎn)品驗收”四階段“線上自主學(xué)知識、線下團隊做作品”一體化混合式教學(xué)。

在“線上自主學(xué)知識”階段，學(xué)習(xí)者依托智慧職教MOOC 學(xué)院國家在線精品課程平臺，通過“導(dǎo)學(xué)案引領(lǐng)、七環(huán)節(jié)銜接”學(xué)習(xí)模式，利用課內(nèi)線上和課外業(yè)余時間，通過“導(dǎo)一導(dǎo)、學(xué)一學(xué)、論一論、測一測、創(chuàng)一創(chuàng)、做一做、評一評”等7 個環(huán)節(jié)進行學(xué)習(xí)，圖2 為“平面機構(gòu)自由度的計算”這一知識點的學(xué)習(xí)路徑。圍繞產(chǎn)品設(shè)計，學(xué)習(xí)者需要在課前、課中、課后3 個階段完成“識記類、計算類”等應(yīng)知應(yīng)會知識點、技能點的自主預(yù)習(xí)、合作探究、鞏固提升，為線下協(xié)作制作產(chǎn)品提供足夠的專業(yè)知識和技能支撐。

圖2 某一個知識點的學(xué)習(xí)路線圖

在“線下團隊做作品”環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)者可以通過“任務(wù)書引領(lǐng)、工作單導(dǎo)向”模式，利用課內(nèi)線下和課外業(yè)余時間，首先在機械設(shè)計創(chuàng)新實訓(xùn)室，運用三維設(shè)計軟件進行產(chǎn)品機械原理設(shè)計，并進行仿真驗證。隨著對平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等不同類型機構(gòu)的學(xué)習(xí)，各個小組會形成不同的機械原理方案，需要確定最優(yōu)方案；接下來，針對確定的機械原理方案，學(xué)習(xí)者進一步設(shè)計機械具體結(jié)構(gòu)，并借助慧魚設(shè)備搭建產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)模型進行驗證。需要特別注意的是，考慮到知識體系學(xué)習(xí)的完整性，常見的齒輪傳動、帶傳動等機械結(jié)構(gòu)設(shè)計需要面向全體學(xué)習(xí)者，對于小組產(chǎn)品機械原理方案中沒有涉及的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)內(nèi)容，課程團隊會設(shè)置開放性課題供學(xué)習(xí)者進行實踐，以期達到學(xué)以致用的目的。

本課程實施“學(xué)習(xí)者自評+ 學(xué)習(xí)者互評+ 教師評價”“素質(zhì)評價+ 能力評價”“設(shè)計過程評價+設(shè)計結(jié)果評價”多元評價模式進行產(chǎn)品驗收，聘請企業(yè)技術(shù)人員與校內(nèi)教師共同評價，根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)實際標準從功能實現(xiàn)、成本核算等多維度對機械作品的質(zhì)量進行綜合考量，實現(xiàn)對學(xué)習(xí)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(xiàn)在以下兩方面。一是學(xué)習(xí)者職業(yè)素養(yǎng)逐漸養(yǎng)成。與傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式相比，在以宿舍為單位的學(xué)習(xí)型組織中，學(xué)習(xí)者通過全天候主動協(xié)作做項目，共同經(jīng)歷一次又一次的設(shè)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(xué)習(xí)者主觀能動性越來越強，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)凝聚力、團隊協(xié)作能力、堅韌不拔的毅力逐漸鍛造成型。二是學(xué)習(xí)者創(chuàng)新設(shè)計能力穩(wěn)步提升。與傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式相比，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自身情況選擇適合自己的項目創(chuàng)設(shè)主題，完成從產(chǎn)品調(diào)研到課題確定，從原理初步設(shè)計到確定產(chǎn)品原理，從產(chǎn)品模型初創(chuàng)到產(chǎn)品三維模型逐漸成形的整個工作過程，逐步提升自身的創(chuàng)新設(shè)計能力。

4 結(jié)論

重構(gòu)的基于成果導(dǎo)向的“1+1+N”線上線下混合式教學(xué)模式，為不同學(xué)習(xí)層次的學(xué)習(xí)型組織提供學(xué)習(xí)路徑，以“產(chǎn)品設(shè)計成果”為終極目標可以有效激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣，適用于專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)。

設(shè)計的“項目功能分解→機械原理創(chuàng)新設(shè)計→機械結(jié)構(gòu)設(shè)計→產(chǎn)品模型建立→功能驗證”企業(yè)生產(chǎn)項目轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源開發(fā)模式，可以引導(dǎo)學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)實踐，同時也為企業(yè)生產(chǎn)資源轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源提供了范式。

今后，本課程將繼續(xù)秉承“學(xué)習(xí)者主體地位不能變、教師主導(dǎo)地位不能變、成果導(dǎo)向教學(xué)不能變”三個“不能變”，堅持“學(xué)習(xí)者素質(zhì)養(yǎng)成教育不間斷、學(xué)習(xí)者創(chuàng)新思維培養(yǎng)不間斷、主動學(xué)習(xí)動力激發(fā)不間斷”三個“不間斷”，深入推進“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程混合式教學(xué)改革，讓“學(xué)一課即成一事”成為永遠不變的旋律，為裝備制造大類專業(yè)教學(xué)提供支撐。