卢秀泉

（吉林大学机械与航空航天工程学院 吉林·长春 130022）

0 引言

《机械原理》这门课是面向机械类专业本科生开设的一门专业基础课。它是在高等数学和理论力学前导课程基础上，研究有关机械的结构学、运动学和动力学问题的一门学科。课程学习的专业成果是使学生具备机械系统运动方案设计的能力，此项内容对应着机械产品设计全过程的第一个环节，方案的创新性孕育着产品的先进性。后续的机械结构设计、精度设计、机械工艺制造等专业课程内容均是依附于合理的运动方案基础上展开的。因此机械原理是机械类课程体系的核心和基础，起到承上启下的桥梁作用。机械原理这门课程在机械类专业人才培养体系中具有重要的作用。机械原理课程研究对象是机构，而机构是从具象机器结构的运动中抽象出来的骨架。课程学习内容比较抽象，有着很深的工程背景，同时具有理论性和实践性较强的特点，因此教学内容中对基本概念、基本原理和基本方法的讲授显得尤为重要。这门课程在本科二年级下半学年开设，由于学生对专业的理解尚未深入且工程经验有限，在以课堂讲授为主的传统课堂教学中，普遍存在学生兴趣度差、知识点理解困难、课堂参与感和融入度不强，造成教学效果欠佳的问题。针对上述情况，基于一定的机械原理课堂教学内容，如何制定合理的教学设计策略和方法，积极调动、激发不同类型学生的学习热情和参与度，引领学生自主、自觉学习和深入思考是提升课堂教学效果、效率的有效途径和改革方向。

因此，本文选取《机械原理》课程中“平面机构自由度计算”作为案例教学设计内容，从内容难度和学生特点两方面对学情做充分分析的基础上，遵循建构主义教学理念，基于BOPPPS教学模式建立整体教学设计框架，围绕核心知识点，以工程问题为导向进行层层递进式的探究和引导，教学环节的设计中体现“以学生为中心”的理念。

1 基于BOPPPS教学模式的教学设计框架

1.1 导言（bridge-in）

导言环节的作用是充分激发学生的学习兴趣和好奇心，赋予学习内容以意义，让学生充分感受到教学知识内容的重要性，引发学生自发思考，为课程内容的讲授做铺垫、埋伏和自然引入。本文基于课程知识内容的具体特点，采用工程案例导入的方法。案例选取的原则是与学生在生活中接触过的案例和前期经验相连接，以兴趣为导向，案例学科背景以吉林大学特色学科工程机械、车辆传动、人工智能机器人及航天航空经典工程案例为依托和载体。课程导入时，在介绍案例的工程背景时，融入思政元素，从正反两方面介绍我国在具体科研领域取得的成就和不足，春风化雨，厚植爱国主义情怀，自觉建构学习意义，充分激发起学生的学习热情、紧迫感和使命感。案例分析时，紧紧抓住“运动”二字，引领学生仔细观察机构的运动特点和运动方式的转化规律，启发学生对“机构满足什么条件可动，满足什么条件具有确定的相对运动”这一核心知识点做初步的观察和思考。

1.2 学习目标（Objectives）

在学习目标环节中明确向学生交代清楚本堂课的学习目标和能力培养要求，从认知、技能、情感三个层次进行表述。依据本文的核心知识点确定的学习目标如下：

（1）能够复述机构组成相关概念，推导并默写出平面机构自由度计算公式，并可解释公式中对应符号的含义；

（2）熟练应用平面机构自由度公式正确计算平面机构的自由度；

（3）总结机构的运动条件，能够从运动的角度判断工程机构设计方案的合理性；

（4）激发学生对机械原理的学习兴趣，体会到“应用理论”对工程设计实践的直接指导作用，对工程师职业产生认同感，自觉树立职业理想，培养学生客观、严谨、求实的科学态度和素养。

1.3 先测（Pre-Test）

在正式进入本堂课内容讲解之前，通过先测环节可以了解学生对相关知识与经验的掌握程度，帮助教师调整课堂教学内容的深度、安排和进度，通过回顾和梳理上堂课所学的知识点，实现聚焦本堂课的目的。因此，本文在先测环节的设计中紧紧围绕机构组成的相关知识点，为平面机构自由度计算公式的推导做充分的铺垫和准备。

方法上采用客观题测试的形式，根据回收的测试结果针对知识掌握薄弱环节进行重点补充和加强。具体先测知识点如图1所示。

图1

1.4 参与式学习（Participatory Learning）

在参与式学习环节中，教师作为核心知识的传递者和学生自主学习的引导者，结合授课学生的具体学情特点，以具体的工程案例为载体，以工程问题为导向和情景，连接学生先验经验和知识，消除学生畏难情绪、激发学习兴趣，紧紧围绕“平面机构自由度计算”这一核心知识点进行层层递进式的探究和引导，在讨论环节中采用“4F（Facts-feeling-findings-future）”理论进行设计，教学设计环节全面覆盖不同学习风格学生的学习需求和习惯，贯彻以“学为中心”的教学理念和方法。整个教学设计注重师生和生生之间的参与和互动，突出强调真实任务和情境化教学。具体参与式教学设计流程如下图2所示。

图2

1.5 后测（Post-assessment）

教师在讲解完计算机构自由度注意事项——复合铰链的概念和处理方法后，布置学生重新计算圆盘锯机构的自由度，提示学生重点分析机构中存在复合铰链的位置和形成对应转动副的个数。在教师的限时督促、指导下，通过组内独立计算、同组交流和组间分享三个环节，促使每位学生都参与到同伴教学中，最后通过演示机构运动动画，教师引导学生从机构运动的角度自主验证计算结果的正确性。后测环节全面覆盖和检测了本堂课学习目标的达成效果。

1.6 总结（Post-assessment）

对本堂课的重点和难点进行系统梳理、总结和强调，从工程实际应用的角度重申核心知识点——“平面机构自由度计算”是从运动的角度判断机构设计方案合理性的依据和基础，布置课后作业并发布下堂课的预习任务，督促学生在课下要多加练习。最后，布置思考题“如何计算空间机构的自由度”，提供必要的相关文献资料和检索渠道，培养学生检索和整理资料的能力、既有知识的联想和迁移能力及高阶思维方式。

2 结语

基于建构主义的BOPPPS教学模式自然蕴含“以学生为中心”的教育理念，与传统教学方法相比，BOPPPS教学法在《机械原理》课程中的应用实践，可以在课堂中充分创造学习情境，积极调动和激发学生的自主学习热情，教师作为核心知识的传递者和深度学习的引导者，引领学生进行深度思考与团队协作经验共享，教学过程经过“理论推导—实践验证—理论修正—实践验证”的闭环设计，满足不同学习风格学生的需求，可以显著提升课堂效率和教学效果。