机械设计基础课程混合式教学模式探索与实践*

杨福芹 徐俊 张则荣 邵康

摘  要  针对机械设计基础课程知识点零散、重点及难点多，以及传统的灌输式教学学生学习被动、师生互动困难的弊端，在教学中引入雨课堂智慧教学工具和思维导图可视化思维工具，从课前准备、课堂互动、课后总结和成绩评定等方面对机械设计基础混合式教学模式进行探索和实践，为机械设计类课程教学改革提供新思路。

关键词  机械设计基础；雨课堂；思维导图；混合式教学

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）17-0104-04

0  引言

机械设计基础是我国应用型本科工学专业与具体工程实践结合最紧密的课程之一，课程教学内容较多并具有很强的理论性和实践性，注重培养学生的创新意识和具体工程实践能力，传统教学中往往存在教学资源陈旧、教学模式单一、缺少师生沟通平台、师生交流少等问题。

在信息化技术高速发展的今天，传统的以教师为主体、以讲授为中心的灌输式课堂教学已无法满足新工科背景下培养应用型人才的要求。线上教育教学平台为教学改革提供了新思路，雨课堂作为一种智慧教学工具，可以与PowerPoint、微信、慕课等结合，使课前预习、课上互动、课后巩固三个阶段相互衔接并赋予其全新的体验[1]，有效解决教学过程中学生参与度不高、师生之间互动困难等问题。思维导图作为可视化思维工具[2]，能够通过树状结构图完整呈现知识脉络，揭示知识的内在联系，形成符合学习者认知习惯和思维形成过程的知识链[3]。

本文将雨课堂、思维导图和传统的课堂教学相结合，对机械设计基础课程的混合式教学模式进行探索和实践。

1  利用思维导图合理组织与归纳教学内容

机械设计基础课程内容为机械原理课程和机械设计课程的整合，教学内容丰富且各章自成体系[4]，如图1所示，理论与实践结合度大。与课程相关的概念、名词、公式、图表繁多，同时还存在许多数据标准、国家规范等，学生学习时往往摸不着头绪，感觉枯燥难学。因此，首先从教学内容上对机械设计基础课程进行教学改革，利用思维导图从实践性和应用性两个角度对教材内容进行整合，借助信息化教学手段，实现线下精讲课程的重点、难点内容与线上自学基础课程内容的有机融合，培养学生的创新思维，提高他们的创造能力。

课前备课中，教师通过思维导图对每章的内容进行梳理，以厘清教学思路，并以点代章组织教学内容，实现知识点的整合串联和融会贯通[5]。在保证教学知识完整和准确的基础上，适当精简专业性过强或理论发展已相当成熟的内容[6]，以及与教学重点联系不紧密、工程应用较少的知识点，提高备课效率。对于课程中内容较简单的部分，如键联接、螺纹联接、联轴器等，以学生线上自学为主，教师课上重点讲解其实际应用；对于课程的重点、难点内容，如带传动、齿轮传动、轴系等，在课上精讲，实现线上线下教学的有机协调。

课后让学生自己归纳总结所学内容是非常有效的学习方式，能够及时对知识点进行巩固，以免前学后忘。对学生而言，思维导图是一种方便易懂的学习工具，可以用XMind等软件绘制。开课前，教师将XMind等作图工具的操作要领以微课形式由雨课堂推送给学生，要求学生自学，并在课上通过绘制第一次课内容的思维导图对学生进行举例讲解。此后要求学生课后复习中以思维导图形式通过不同色彩、图形、主题词等归纳总结本节课或本章节的主要内容，既有利于学生掌握知识点，深刻理解其含义和用法[5]，也能帮助学生串联起所学的零碎知识点，使知识系统化。由此可见，绘制思维导图对提高学生的学习兴趣和学习效率具有重要作用，可培养学生的自主学习能力，增强其逻辑思维。

2  教学中引入雨课堂

2.1  利用雨课堂构建预习新模式

机械设计基础课程教学内容包括机构组成、机构运动、机械传动、轴系零部件、机械联接等多方面的知识，每章知识点密集度高。在传统教学中，学生一般以看教材为主进行预习，但教材缺乏直观性，很难达到理想的预习效果。借助雨课堂，教师可以根据不同专业的学情，将带有慕课（MOOC）视频、习题、语音、案例、外部链接的课前预习课件提前两天推送给学生，启发引导其完成课程基础知识的预习，目的是让学生通过预习，在课前大致了解授课内容，明确本次课的学习目标、重点、难点。对于问题比较集中或者突出的知识点，比如齿轮传动的受力分析、单个螺栓的强度计算、轴的结构设计、滚动轴承的寿命计算等，教师也可利用动画、视频、弹题制成微课。动画使机构“动起来”，将知识“活化”，有助于学生理解抽象的课程内容；视频和典型案例有利于学生拓宽知识面，补充信息量，极大地调动学生学习的积极性。通过布置预习资料中的习题或例题，增强学生的预习效果，极大地提高学生的参与度。

2.2  利用雨课堂促进师生互动

传统课堂教学多以教师为中心，单向灌输知识，学生则被动接受知识，参与度较低、主动性较差[7]。雨课堂简单易学、操作方便，且与PowerPoint、微信相融合，具有在线答题、投稿、弹幕、群发公告等多项功能，可以实现良好的师生互动、生生互动。教学中引入雨课堂，对提高学生的自主学习意识和自主学习能力有显著的效果，从而建立起以学生为主、教师为辅的新型教学模式。

以螺纹联接教学为例，通过课前预习，学生对螺纹、螺栓、螺母、螺纹副等有所了解，但对螺纹联接的正确应用学习比较吃力。根据预习情况，教师在课堂上把螺纹联接的基本类型、螺纹联接的预紧和防松确定为讲授的重点，把螺纹副的受力分析、自锁和效率确定为难点。课堂上基于PPT和雨课堂，通过提问、小组讨论等方式进行启发式教学，引导学生思考，并采用案例分析法对重点知识进行巩固。该次课具体教学设计如表1所示。通过课堂上的师生互动，让学生掌握螺纹联接的基础知识和具体应用，抓住重点，形成清晰的知识体系；培养学生的学习兴趣，帮助学生形成严谨的科学态度，提高观察、思考和分析问题的能力；使学生能够根据实际需要选择正确的螺纹联接形式，对于重要的螺纹联接能够采取合理的控制预紧力方法和防松措施。

2.3  利用雨课堂构建多元化考核方式

机械设计基础课程传统教学中往往仅把期末考试作为考核形式，这种单一的终结性评价对于涉及知识面广泛的专业基础课而言，显然不够科学、合理，不利于激发学生的学习积极性。与终结性评价不同的是，形成性评价更强调培育学生的过程性学习，引导学生积极参加学习过程，以增强学生的独立思考与自主学习能力。这样教师就可以通过过程性评价结果动态掌握学生的学习情况，以便及时调整教学方案，比如对学习好、学得快的学生适度拔高，对后进的学生采取多鼓励、多关注等措施，全面增强教学效果。雨课堂智慧教学工具具有自动批阅客观题、自动统计成绩功能，能在测验结束后立即给出测试结果，其中包括完成情况、测试成绩分布和每道试题具体答题情况。雨课堂的上述优点可以大大推动形成性评价在各学科中的应用。

综合该课程特点，将机械设计基础课程学生总评成绩分为形成性评价和终结性评价两部分。其中形成性评价占总成绩的30%，并设置多元考核形式，主要包括课前预习测试（5%）、大作业（5%）、章节小测验（10%）、期中测试（10%）四个模块。在教学过程中，充分利用雨课堂实施评价。

2.3.1  课前预习测试

在传统教学中，学生对预习环节不够重视，预习效果不佳。把课前预习结果纳入形成性评价项目，可以大大提高学生线上学习的热情和紧迫感。在进入课程知识点学习之前，对学生的预习情况进行摸底，即前测。前测依托雨课堂教学工具，主要以选择题、填空题和判断题的形式开展。学生通过雨课堂独立完成预习知识的测验，教师通过雨课堂统计结果，同步了解学生知识的薄弱环节，及时对课程教学内容进行调整，方便课上详略得当、有的放矢地精讲。

2.3.2  大作业

机械设计基础课程的课后作业涉及一些设计性题目，如平面连杆机构的设计、凸轮机构的设计、带传动的设计、齿轮传动的设计、轴系的结构设计等，这些设计性题目往往答案不唯一，旨在培养学生的创新设计意识，提高工程设计能力和现代设计技术运用能力。为了更好地体现设计性作业的特色，要求学生正确查阅图表、设计步骤完整、保留作图痕迹，并把作业要求以PPT或试卷形式通过雨课堂推送给学生，学生完成后拍照上传。教师批改后及时反馈给学生，学生则能按照教师的批注了解自己对相应知识点的学习情况，查漏补缺。

2.3.3  章节小测验与期中考试

由图1可以看出，机械设计基础各章知识点联系不紧密，内在逻辑性不强，学生在学习过程中需要及时复习和总结，否则很容易前学后忘。一章内容学完后，教师按授课内容设置测验题目并上传雨课堂，学生在规定时间内完成。教师合理安排测验题量，控制题型分布和难易程度，以便客观、真实地反映学生的学习效果。章节小测验和期中考试有利于督促学生主动学习、及时复习，避免出现期末考试临时突击的情况，也是检查学生阶段性学习情况的有效手段，可以加强师生互动，更好地实现教学相长。

3  结束语

思维导图与雨课堂相结合用于机械设计基础教学，构建课前教师备课、学生线上预习—课上教师精讲重点、与学生讨论难点—课后学生巩固复习、教师检测并反馈的混合式教学模式，可以明显增强教学效果。

1）能够在师生之间高效传递知识和信息，使教学内容的呈现形式与思维形成过程相一致，便于教师讲解和学生接受，可有效解决机械设计基础教学学时少、内容多的问题。

2）有利于实现趣味性和个性化教学，让学生成为课堂学习的主人，既发挥教师在教学过程的主导作用，又充分调动学生作为教学主体的主动性和积极性，有效解决学生自主学习能力差的问题。

3）探索多元化考核方式，建立过程性评价与终结性评价相结合的考核评价体系，客观公正地评价和检验学生的学习质量，使得课程考核在培养学生良好的学习习惯、促进教学目标达成的过程中发挥积极作用。

参考文献

[1] 翟伟芳，冀松，刘永立，等.基于雨课堂教学平台实现混合式教学[J].电脑知识与技术，2019，15（27）：97-98.

[2] 杨亮，彭朋，王丽，等.医学影像学教学改革探讨：雨课堂结合思维导图的融合式教学[J].继续医学教育，2021，35（8）：6-8.

[3] 马伟丽，吴磊.基于思维导图的机械专业理论与实践课程联动研究[J].装备制造技术，2021（2）：142-144.

[4] 樊智敏，孟兆明.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2012.

[5] 薛倩，马敏.基于“雨课堂”和思维导图的《电路》课堂教学研究[J].电子世界，2018（23）：27-28.

[6] 杨福芹，刘峰.基于多媒体技术的机械原理教学探讨[J].大学教育，2014（13）：155-156.

[7] 阮迪女，陈海强.互动式“雨课堂”在成人教育教学中的实践探索[J].继续教育研究，2021（5）：44-47.

*项目来源：青岛科技大学2020年度教学改革研究项目“基于移动云平台的机械设计类课程信息化教学模式研究与实践”；青岛科技大学2020年度教学改革研究专项项目“数据驱动下的《机械设计基础》线上线下混合式一流课程建设探索与实践”。

作者：杨福芹、张则荣，青岛科技大学机电工程学院，副教授，研究方向为机械设计及理论；徐俊，青岛科技大学机电工程学院，讲师，研究方向为机械设计及理论；邵康，青岛科技大学机电工程学院，讲师，研究方向为轴承摩擦、磨损与润滑，内燃机轴系动力学（266061）。