高职“机械设计基础”课程混合式教学改革创新路径研究

赵红美，张吉利，石惠文，靳大伟，曾 艳

（唐山工业职业技术学院，河北 唐山 063299）

为全面贯彻全国职业教育大会精神，深入实施国家教育数字化战略行动，依托线上课程平台和一体化实训室，实施线上线下混合式教学模式，成为当前高职院校课程实施的主流方式。笔者主要围绕装备制造产业发展需求，以唐山工业职业技术学院（以下简称学院）“机械设计基础”课程为例，探索对接机械设计岗位，创新实施基于成果导向的线上线下混合式教学模式改革，以达到启迪学习者创新设计思维、培养学习者创新设计能力的教学目标，让学习者领悟“学一课即成一事”的真谛。

0 研究背景

“机械设计基础”是从理论性、系统性很强的基础课向工程性、实践性较强的专业课过渡的一门重要课程，是培养高职装备制造大类专业学习者机械产品创新设计能力的基石课程。传统的教学模式主要采用将按照章节进行理论讲授与实验、课程设计等实践环节相结合的方式进行，主要存在机械设计理论不能及时在实践环节得到检验、课程设计项目单一等问题，教学效果不佳，学习者创新设计能力得不到有效提升，如何有效激发学习者主动学习的内动力，让学习者学有所获成为亟待解决的难题。近几年，围绕“机械设计基础”课程展开教学改革研究的相关论文有30 余篇，研究内容主要分布在课程思政建设、混合式改革、实验创新设计等方面，其中韩淑玲等以数控机床机械结构设计为教学载体[1]，注重能力培养与训练，培养学生的创新能力，这种任务式驱动教学一定程度上提高了学习者的机械设计能力，但是由于教学项目固定并且单一，学生创新思维得不到最大限度的激发；桂亮等提到将在创新设计的实验环节中有机融入知识[2]，但这种方式会导致教学内容的重复讲解。

为落实“三教”改革，学院在2019 年就掀起打造“金课堂”的革命浪潮，借此契机，本课程教学团队力争打“破”已有的授课模式，依托国家在线精品课程平台和机械设计创新实训室，“构”建以机械产品设计为主线的“机械原理设计→机械结构设计→机械产品评价”教学方式，“创”新“学做研创”的教学理念，实现“教与学、学与做、做与创”深度融合，让“学习者成为课堂主体”“教师成为课堂主导教练员”，打造高效优质金课堂。

1 研究思路

“机械设计基础”的理论性强是机械人普遍达成的共识，面对基础薄弱、不擅长死记硬背、喜欢共同做事情的学习者来说，预采用成果导向来激励学习者的学习热情，创设“学做研创”的学习情境引导学习者进行学习，具体来讲，就是将一个产品的设计主线贯穿整门课程的教学始终，选择以凝聚力最强的组织——宿舍为单位进行分组，通过“学中做、做中学、做中创”，用设计成果检验学习效果，让学习者亲身经历并感受“团队协作→克服万难→达成目标”的历程，珍惜“学习一课即成一事”的来之不易，激发学习者积极主动学习的内生动力，促进教学目标的达成。

2 具体举措

2.1 优化课程总体框架

对接高端装备制造业机械产品设计岗位任职要求，以服务学习者终身发展需求为准则，以培养学习者机械创新设计能力为核心目标，本课程内容融入现代设计理论、计算机辅助设计、TRIZ理论和思政元素[3]，优化“机械设计基础”课程标准。基于学习者的认知规律，本课程选择以典型产品的机械结构设计为项目载体，重构“基础设计模块+ 创新实践模块+ 能力延伸模块”三级进阶式、模块化体系，融入“机械产品原理创新设计、机械产品结构创新设计”“创新设计实践项目”“课岗赛融合案例”等相关内容[4]，搭建“工匠事迹+ 大国重器+ 创新实例”课程思政育人主线，便于教师组合教学内容，满足在校师生、企业员工、社会学习者等不同人群的个性化学习需求。

2.2 创设教学项目

如何将产品设计能力、创新能力、职业素养的培养逐渐渗透到教学过程中是精准设计教学项目的根本遵循所在。基于能力培养导向，根据学习者的认知规律设计“难度递进、分层选择”的教学项目，聚焦世界技能大赛“CAD 机械设计大赛”产品设计模块标准，创设“给定已知条件设计配合结构”封闭项目，适用于基础最为薄弱的学习组织，或者是在项目设计过程中的单一机构、结构设计环节；聚焦全国大学生机械创新设计大赛标准，创设“限定设计主题进行产品设计”半开放项目，适用于大众学习组织；结合生产生活实际开展小革新、小创造，自主设计“至少包含两种机构”的开放性项目，适用于基础较薄弱的学习组织。各个学习小组可以结合自身情况进行适切的项目选择，教师可以赋予不同难度项目不同的权重。

2.3 研制颗粒化教学资源

2.3.1 研制原则

在课程整体框架下，为了更好地服务线上线下混合式教学的实施，研制足够的教学资源是必不可少的，通常在满足相关文件对微课等相关资源提出的技术要求以外，还应该遵循以下原则。一是有声配文原则。线上线下混合教学的关键一环是学习者进行线上学习，如果每个知识点所匹配的微课、视频、动画等主要学习资源都配有图像、字幕、音频，势必会起到事半功倍的作用。二是结合生产原则。对于本课程而言，创新实践模块是针对创新能力提升而进行实战训练的专属模块，是在基础学习模块的基础上进行的，属于“强化级”阶段[4]。为了达成教学目标，课程团队应及时将企业生产资源及时转化为教学资源，助力学习者综合能力的提升。

2.3.2 研制资源

依据《国家精品资源在线开放课程技术要求》，在“基础设计资源包”“创新实践资源包”“能力迁移资源包”三个资源包已有教学资源的基础上，本课程主要对“创新实践资源包”进行扩容增质，将装备制造产业机械结构设计项目转化为视频形式的教学资源，采用“项目功能分解→机械原理创新设计→机械结构设计→产品模型建立（依托慧鱼产品进行模型组建→运用三维软件组建产品三维模型）→功能验证”的研制思路进行资源开发，围绕铁屑收集装置、便携式垃圾收集装置等机械结构创新设计主题研制了20 条教学资源，为学习者开展真实项目的设计与制作提供了有效的学习资源。

2.4 重构混合式教学模式

如何让学习者“学有所获”，成为进一步推进课程改革的驱动力。成果导向教育（Outcome-Based Education，OBE）是当前在国内外教育改革中较为盛行的教学理念，指以学生为本，以学生学习成果为导向，反向设计教学活动[5]。笔者所提出的基于成果导向创建“1+1+N”线上线下混合式教学模式（即“确定1 个产品设计”“以1个宿舍为单位建立学习组织”“全班输出N 个设计成果”），如图1 所示，是指通过将机械产品设计贯穿教学全过程，最终将输出的产品设计结果作为学习效果的检验，旨在打造以学习者为主体的高效高质课堂。课程实施过程依托课程云端平台实现“线上自主学知识”，选择“一体化、信息化、智慧化”实训室实施“线下团队做作品”，通过设计“流程图、产品库、机构池、零件房”，协助学习者充分利用“课内+ 课外、线上+ 线下”全线时空，达成“产品设计成果”目标。

图1 基于成果导向的“1+1+N”线上线下混合式教学模式

2.5 实施一体化教学

依托国家在线精品课程平台、机械设计创新实训室，实施“产品设计任务布置→产品机械原理设计阶段→产品机械结构设计阶段→产品验收”四阶段“线上自主学知识、线下团队做作品”一体化混合式教学。

在“线上自主学知识”阶段，学习者依托智慧职教MOOC 学院国家在线精品课程平台，通过“导学案引领、七环节衔接”学习模式，利用课内线上和课外业余时间，通过“导一导、学一学、论一论、测一测、创一创、做一做、评一评”等7 个环节进行学习，图2 为“平面机构自由度的计算”这一知识点的学习路径。围绕产品设计，学习者需要在课前、课中、课后3 个阶段完成“识记类、计算类”等应知应会知识点、技能点的自主预习、合作探究、巩固提升，为线下协作制作产品提供足够的专业知识和技能支撑。

图2 某一个知识点的学习路线图

在“线下团队做作品”环节，学习者可以通过“任务书引领、工作单导向”模式，利用课内线下和课外业余时间，首先在机械设计创新实训室，运用三维设计软件进行产品机械原理设计，并进行仿真验证。随着对平面连杆机构、凸轮机构等不同类型机构的学习，各个小组会形成不同的机械原理方案，需要确定最优方案；接下来，针对确定的机械原理方案，学习者进一步设计机械具体结构，并借助慧鱼设备搭建产品机械结构模型进行验证。需要特别注意的是，考虑到知识体系学习的完整性，常见的齿轮传动、带传动等机械结构设计需要面向全体学习者，对于小组产品机械原理方案中没有涉及的机械结构设计相关内容，课程团队会设置开放性课题供学习者进行实践，以期达到学以致用的目的。

本课程实施“学习者自评+ 学习者互评+ 教师评价”“素质评价+ 能力评价”“设计过程评价+设计结果评价”多元评价模式进行产品验收，聘请企业技术人员与校内教师共同评价，根据企业生产实际标准从功能实现、成本核算等多维度对机械作品的质量进行综合考量，实现对学习者团队制作项目的客观真实评价。

3 改革成效

改革成效主要体现在以下两方面。一是学习者职业素养逐渐养成。与传统的课程教学模式相比，在以宿舍为单位的学习型组织中，学习者通过全天候主动协作做项目，共同经历一次又一次的设计失败，能够体会到“没有任何一件事能够简简单单成功”的道理，这样一来，学习者主观能动性越来越强，学习者的学习凝聚力、团队协作能力、坚韧不拔的毅力逐渐锻造成型。二是学习者创新设计能力稳步提升。与传统的课程教学模式相比，学习者可以根据自身情况选择适合自己的项目创设主题，完成从产品调研到课题确定，从原理初步设计到确定产品原理，从产品模型初创到产品三维模型逐渐成形的整个工作过程，逐步提升自身的创新设计能力。

4 结论

重构的基于成果导向的“1+1+N”线上线下混合式教学模式，为不同学习层次的学习型组织提供学习路径，以“产品设计成果”为终极目标可以有效激发学习者的学习兴趣，适用于专业基础课程教学。

设计的“项目功能分解→机械原理创新设计→机械结构设计→产品模型建立→功能验证”企业生产项目转化为教学资源开发模式，可以引导学生进行自主学习实践，同时也为企业生产资源转化为教学资源提供了范式。

今后，本课程将继续秉承“学习者主体地位不能变、教师主导地位不能变、成果导向教学不能变”三个“不能变”，坚持“学习者素质养成教育不间断、学习者创新思维培养不间断、主动学习动力激发不间断”三个“不间断”，深入推进“机械设计基础”课程混合式教学改革，让“学一课即成一事”成为永远不变的旋律，为装备制造大类专业教学提供支撑。