交互式和案例式教学法的研究与应用——以机械设计基础课程为例

史 勇，李雪莲，郭俊先，高泽斌，王晓暄，郭 刚

（新疆农业大学机电工程学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

0 引言

“机械设计基础”课程是本科机械类及近机械类专业的一门核心课，是提高学生工程实践能力、促进学生全面发展和提高学生综合素质的主干课程[1-2]。新疆农业大学机电工程学院的“机械设计基础”课程共64学时，授课形式还是“以教师为中心”的传统“满堂灌”式的教学方法，学生被动地接受知识，思维受到限制，学习的积极性和创造性没有被激发出来[3]。为了适应机械类相关企业对本科生专业能力的要求，同时加强对创新性人才的培养，需对“机械设计基础”课程的授课形式进行改革探索和研究。

交互式教学法主要以学生为中心，要求师生共同参与教学活动，相互承认、尊重与沟通，促进学生知识和实践技能的全面和谐发展[4]。案例式教学法通过模拟或者重现现实工作中的相关场景，让学生置身其中并运用所学知识来解决场景中出现的问题。新疆农业大学2020～2021学年的“机械设计基础”课程的教学与课程设计环节，依托新疆农业大学机电工程学院机械设计制造及自动化国家一流本科专业建设点、自治区级农业工程重点学科建设点、教育部第二批新工科研究与实践项目“新工科教育体系下农业工程类专业人才培养质量提升路径探索与实践（课题编号：E-SPNL20202326，地方高校组）”等课题，采用交互式结合案例式的教学法，结合钉钉、腾讯会议及雨课堂等软件开展师生互动教学，辅以线上及线下指导答疑的方式，对“机械设计基础”课程开展交互式和案例式教学。本文对该教学法的具体实施过程进行详细介绍。

1 实施过程

针对学习对象的特征精心设计授课方式和组织课堂教学内容，对多媒体课件进行全面更新，更加注重课堂的提问和互动，提高学生参与能力[5]。加强案例的搜集和总结，结合我校的机械制造认识实习和机械制造生产实习归纳典型机械零件和部件的设计案例，帮助学生分析和解决实际问题。精心设计各类机械设计相关的思考题，加强课后与学生的交流和讨论[6]。利用现代化教学手段促进交互式和案例式教学方法的实施，建立网络资源库和案例库，丰富学生的学习资源。

1.1 分析教学现状，寻找改革突破点

首先分析学生知识结构。机械设计基础课程安排在学生大三的第一学期，学生此时已经掌握了有关机械制图和工程力学的相关知识，也能看懂相应的工程图纸，学生欠缺的就是实践经验以及对知识的归纳总结能力。机械设计基础是一门实践性很强的课程，因此在授课环节中应加强理论与实践的结合，让学生更多地接触典型零件的设计加工环节，增强动脑动手能力。

其次分析现有的教学法。大部分学生在学习机械设计相关课程时较为被动，将学习当作一种任务，没有自我学习和总结的主动性，缺乏学习兴趣。部分学生对本课程基础知识掌握不牢固，影响后续综合知识的学习、掌握和运用，使学习难度加大，失去对课程学习的兴趣和自信。

针对“机械设计基础”课程的授课学时、授课时间以及学生的专业和特征，对学生的知识结构和知识能力进行分析，寻找学生的薄弱点并针对学生的薄弱点进行教学上的革新，注重教学与实践的联系，加强学生动手能力。

1.2 精心设计授课方式

采用交互式和案例式教学法要对“机械设计基础”课程的授课方式进行精心设计并组织实施。充分利用雨课堂、钉钉及腾讯会议软件，授课前两天利用线上授课软件发布相关预习题，要求学生以组为单位进行讨论，并设置预习题完成截止时限，学生可在宿舍及自习室进行讨论，并搜集相关资料，完成答题。根据学生预习题的完成情况，教师在线上直播，由每组学生代表汇报预习题的完成情况及搜集资料的分享，师生可以观看汇报人的共享屏幕，并对汇报人的预习题完成情况及创新点进行线上互动点评。

在线下课堂授课环节中，教师需对“机械设计基础”多媒体课件重新设计和完善，增加更多师生互动环节，吸引学生参与对话，组织学生对机械设计相关知识点及典型机械设计案例进行分析、归纳和总结，让学生利用现有知识并结合工程实际来分析和解决相关问题[7]。

1.3 建立“机械设计基础”课程的案例库

通过总结各类相关机械设计资料以及归纳整理各类实训环节所接触的典型零部件作品，教师与学生共同探讨，建立“机械设计基础”课程的案例库。鼓励学生通过企业实习实训以及各类网络资源搜集各类典型零件设计和加工的案例[8]。

无论在“线上”还是“线下”的教学环节中，都要求学生主动展示自己搜集的案例，并通过课堂讨论、相互提问的方式分析案例的典型性和实用性，并讨论决定是否纳入课程的案例库。这样可以让学生运用已学到的知识经验来分析、判断并解决现实工作情境中的问题。案例主要采用视频和动画播放的模式，学生撰写案例的详细介绍，并纳入课程案例库中，同时共享给全班学生。通过这种模式激发了学生的学习兴趣以及归纳总结的能力，也会让学生更容易理解机械设计基础课程的重要作用与意义。

1.4 加强课下与学生的交流互动

通过课程案例库的建设，开发各类形式多样、灵活有趣的课后思考题。思考题应涵盖各类知识点，同时注重与工程实践的结合，题目还应具有创新性。对于学生不易回答和完成的课后题，教师要及时开展线上的指导和答疑，帮助学生理清思路，促进师生互动。

在学生交互阶段，通过主动搜集各类机械设计有关的资料，自行设计多层次、高水平问题，在课间和课下相互提问和回答。学生们通过多种思维策略设计问题及搜集案例，培养创新思维能力。教师利用课下时间与学生共同探讨，促进学生课后的交流和互动，推动学生学习的主动参与性，促进知识内容的理解与掌握。

2 交互式和案例式教学法在课程设计环节中的应用

“机械设计基础”课程设计环节共安排3周，内容是设计带式输送机或离心抛洒机的减速器（一级或二级）。以往我校“机械设计基础”的课程设计环节，学生在教室里，手工完成二维工程图的绘制和设计说明书的撰写。为了提升课程设计环节的授课质量，提高学生创造力，结合前期的课程教学法，从以下几个方面对课程设计环节进行改进。

2.1 对课程设计指导方式进行改进

“机械设计基础”课程设计环节要求每个学生必须独立完成课程设计任务。课程设计题目常为一般用途的机械传动装置或简单机械的两极圆柱齿轮减速器的设计，每个学生应完成总装图和零件图的绘制及设计说明书的撰写[9]。教师通过线上等软件，给学生分享各类减速器设计的相关资源，并结合网络视频和案例库中的经典案例，让学生了解设计思路，掌握减速器的内部结构和工作原理。学生可以通过交流互动，共享自己的屏幕及资源，并分享设计心得，使师生的思路保持一致性，提高课程设计的效率。

2.2 借助绘图软件完成产品预设计

我校往年的“机械设计基础”课程设计环节图纸的绘制需要学生手工完成，由于学生人数较多，教师指导学生的精力有限，常出现学生绘制图纸不规范，设计错误等问题，一旦发现此类问题，需要对图纸进行手工擦拭修改，甚至重新进行设计和绘制，严重影响到课程设计的效率和进度。为了提升课程设计效果，增强设计产品的直观性，减少设计失误，可借助计算机辅助设计软件，绘制图纸[10]。在设计过程中，任课教师随时采用线上和线下的辅导方式对学生图纸中出现的问题进行及时点评和纠正，当学生的图纸满足设计要求时，再对照所设计的CAD图纸完成手工绘图。

2.3 加强指导，规范图纸设计

教师采用交互式的指导方法，通过讨论、任务驱动和网上辅导等方式对学生图纸上的尺寸标注、设计说明书中的元件选型和计算内容进行辅导，帮助学生完善课程设计内容。学生之间也可进行相互讨论，相互指点，共同协作完成课程设计。同时，在指导过程中，邀请相关专家和企业的技术人员给学生开展线上辅导和讲座，由于我校前期开展过“基于‘线上+线下’的交互式和案例式教学法在《机械制造工艺学》实践环节的研究和应用”等项目，积累了一定的视频资源库和专家讲座录像[11]，可在课程设计过程中穿插播放给学生，让学生从机械制造工艺的角度更加合理地完成产品的设计。

3 课程改革效果分析

3.1 课程考核方式的改革

我院以往“机械设计基础”课程学生的成绩评定标准中考试成绩所占比例为70%，这导致学生忽略了平时的自主学习和实践探索，只看重考试环节。因此，可将考试成绩比例改为50%，实验环节占20%，创新实践环节占15%（包括案例的搜集共享、案例库建设、讨论题的设计等），考勤占5%，课堂讨论表现占10%。考核方式更多地注重学生在实践环节、师生互动和生生互动中的表现，对学生的理论知识和实践能力都进行了培养和考察[12]。

对课程设计的评分标准也进行了改革，注重过程的考察，将学生与教师的互动情况、学生对设计案例的搜集情况、不同设计阶段的任务完成情况等都作为考核的重要指标。另外，部分学生与教师的互动次数较多，可安排这些学生将教师辅导的要点知识和注意事项分享给其他同学，协助教师指导其他同学，这类学生可获得更高的成绩。课程设计的最终环节采取答辩的方式，并结合过程表现，公平、公正地对学生进行综合评分。最终的课程设计评分标准如下：总装图成绩占30%，零件图占20%，设计说明书撰写情况占30%，与教师的互动表现占10%，答辩情况占10%。

3.2 课程改革效果分析

从2019年开始，“机械设计基础”课程开始逐步实施内容和考核上的试点改革，从“翻转课堂”到“基于O2O模式的交互式和案例式教学法”的应用，学生的学习效果有了一定的改善，特别是课程设计环节的成绩有了明显的提高。对试点班在2020年采用了交互式和案例式授课法，该班级学生在课堂表现方面较为活跃，在课程设计环节更是相比以往学生有了较为明显的进步，课程设计的优秀率和良好率达到60%，中等率达到40%，说明该教学法为班级的实践环节和课程设计环节带来了较好的效果。学生在后续课程“机械制造工艺学课程设计”和“数控加工编程与实训”环节表现都较为突出，成绩较好。因此，本课程的授课模式可为机械类本科其它课程的教学改革、课程建设以及实践环节的改进提供一定的参考。

4 结束语

对“机械设计基础”课程教学环节和课程设计环节进行教学模式改革，采用交互式和案例式授课模式，以学生为主体，加强师生互动和生生互动，学生的课程学习和课程设计环节的教学效果有了一定的提升。今后，结合各类教研项目和大学生创新实践项目，依托我院国家级一流专业—“机械设计制造及其自动化”的专业建设，继续对我院各类课程教学和实践环节进行改进和创新，从根本上提高教学质量，造就高素质、高质量的应用型本科人才。