卢文娟 曾达幸 王帅 梁经伦 曹晓畅

基金项目：2023年广东省教育厅项目“广东省线下一流课程：机械设计基础”（无编号）；2021年度广东省教育科学规划项目“面向新工科的多元主体协同育人机制研究与实践”（2021GXJK333）；2020年广东省高等教学改革项目“面向培养卓越工程师的《機械设计》混合式教学改革实践”（无编号）；2019年广东省高等教学改革项目“新工科背景下产业驱动机械专业基础课中实践环节改革研究”（无编号）；东莞理工学院质量工程项目“校级一流课程《机械设计基础》”（202102045）

第一作者简介：卢文娟（1983-），女，汉族，河北石家庄人，博士，副教授。研究方向为机构学与并联机器人理论。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.06.016

摘  要：针对“学生个性差异大、教学内容陈旧、教学模式固化”的问题，从专业人才培养目标和要求出发，提出基于OBE教育模式对课程内容和课程体系进行建设与改革，采用“一中心二方式三融入四结合”的教学理念，通过“三化”途径，构建“课前准备，课中教学过程，课后环节”全过程教学模式，实现“实际问题—理论分析—木制模型—产品造型”的闭环知识结构，探索基于“创造有意义的学习经历”整合模型教学设计，创新多维联动的教学方法，培养和提高学生的创新能力和解决实际工程问题的能力。

关键词：新工科；一流课程；创新教学；木制模型；多维联动

中图分类号：G640        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）06-0069-04

Abstract： In view of the problem of "big differences in students' personality， outdated teaching content and solidified teaching mode"， from the perspective of the training objectives and requirements of professional talents， this paper proposes to construct and reform the curriculum content and curriculum system based on OBE education mode， adopt the teaching concept of "one center， two methods， three integration and four integration"， and construct the whole process teaching mode of "pre-class preparation， in-class teaching process， and after-class links" through the "three modernizations" approach， realize a closed-loop knowledge structure from "practical problems - theoretical analysis - wooden models - product modeling"， explore the integration of model teaching design based on "creating meaningful learning experience"， innovate multi-dimensional linkage teaching methods， and cultivate and improve students' innovation ability and ability to solve practical engineering problems.

Keywords： emerging engineering education; first-class courses; innovative teaching; wooden model; multi-dimensional linkage

新工科建设是一项持续深化工程教育改革的重大行动计划，是新时代高等教育改革的重要内容[1]。机械设计基础课程讲授常用机构的工作原理、特性、应用及基本设计方法，使学生掌握机械中常用机构和一般零件的工作原理、特点及应用的基本知识。初步掌握其设计和计算的方法，获得必要的基本技能训练，具备利用手册设计简单机械的能力。本课程旨在培养学生综合运用课程中所学的知识和技能，解决各专业机械相关的实际问题，结合各个实践教学环节，开展各专业工程技术人员所需的基础训练，培养学生分析解决问题、创新思维和创新设计的能力。因此，机械设计基础不仅是高等工科院校机械类专业的一门重要的必修基础课程，而且是一门承上启下的课程。同时，又是一门重要的素质教育课程，在培养高级工程技术人才的过程中、在人才培养的教学计划中均占有重要的地位。

一  传统课堂的痛点分析

（一）  学生知识结构基础参差不齐

该课程涉及多个不同专业，涉及不同的培养目标、各专业对学生机械设计基础知识的要求有差别，学生的活动能力、活动水平、知识储备和课程认知各有差异，如该课程所要求的前修课程是基础机械制图、理论力学等，学生对这些基础知识的掌握程度有差距。并且，不同专业该课程所支撑的后续课程差别也较大，有的专业对传动方案设计要求较高，有的需要常用机构结构设计部分知识，有的侧重在动力机器的原理与设计上……目前，大多数学校机械设计基础课程的目标趋同明显，方向性不明确，过于宽泛，不能突出专业特色。

（二）  学生对该课程重要性的认知不到位

非机械类的学生在学习时往往认为该课程与其专业的相关度不大，不清楚该课程在其培养方案中的地位和作用，不了解对后续课程的支撑情况，建立不起来该课程与其专业、课程体系之间的联系，导致学习该课程时迷茫，学生在机械设计基础课程中所学知识找不到合适的应用场景，学生学习积极性不高。

（三）  课程教学内容传统陈旧

当前针对不同专业，机械设计基础课程多数没有分别授课内容，课程内容固化，还是按照传统以讲解机械原理知识为主，产品应用实例匮乏[2]。不同专业对现有课程内容的深度要求各不相同，课程广泛度、新颖性不够。

（四）  课程模式固化

当前，机械设计基础课程教学模式大多为教师按照既有的教学计划，选用合适的教材和一些教辅材料，利用多媒体在课堂上给学生以展示课程内容，课堂上师生互动不足，课程实践教学内容和课时安排较少，以示范性教学为主，学生参与度低[3]。对于地方应用型本科院校而言，以为地方经济社会发展培养所需的综合应用型人才，要更加重视对学生自主学习和独立解决问题能力的培养。固化的教学模式使学生形成固化的思维模式，无法提高学生的自主创新能力和实践应用能力。

二  以学为本、因学论教，更新教学理念

课程团队经过多年持续教学思考和迭代，围绕以上难点和痛点问题，开展了以下教学创新探索实践，明晰了课程定位和建设思路。

从专业人才培养目标和要求出发，提出采用OBE教育模式对课程内容和课程体系进行建设与改革，采用基于学情、融入前沿、注重方法的“一中心二方式三融入四结合”的教学理念，即以学生为中心（一中心），采用线上线下相结合的教学方式（二方式），融入实践、融入前沿、融入思政（三融入），结合数字化资源，结合专业特点，结合学生学情，结合木制机构模型（四结合），通过“三化”途径具体展开实施，充分利用现代多媒体技术，从能力培养目标层面把握课程内容的布局和实施，优化专业结构和布局，体现不同学科、不同专业的人才培养目标和专业特色的核心内容，展现专业传统优势，夯实专业基础，遵循“由浅入深、循序渐进”的教学规律。培养和提高学生的创新能力和解决工程实际问题的能力。

三  “创造有意义的学习经历”整合模型，探索教学设计

该课程以学生为中心，从教学设计层面采用“创造有意义的学习经历”整合課程设计模型，该设计模型是由美国学者L·迪·芬克提出的一种以学生为中心的教学设计框架[4]。这一框架从基础知识、应用、综合、人文维度、关心和学会学习6个维度追求“为学生创造有意义的学习经历”的目标，让学生在学习过程中不断找到所学知识与个人、他人、社会联系的目的，同时，与课程思政以育人为核心，注重思想、道德、政治观念有机融入课堂的教学目标不谋而合。

基于上述理念设计了机械设计基础课程的教学要点。

（一）  情境因素收集

机械设计基础是一门培养学生工程思维和机械创新设计能力的技术基础课。从课程内容来看，主要学习机械系统的运动学和动力学分析及机械方案设计的基本理论，包括常见机构的结构分析、运动分析和受力分析。它在培养学生机械设计能力和创新能力所需的知识、能力和素质结构中起着非常重要的作用。

（二）  “创造有意义的学习经历”的教学目标

①基础知识：通过该课程的学习，使得学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能。②应用：机械设计基础课程学习中的应用目标包括学会常用机构的分析和设计。③综合：适时引入柔性机构、并联机器人机构等前沿科学问题；按照机构理论—工程分析—设计作品的顺序，探究工程问题分析与解决方法，激发学生对机械系统运动方案设计的创新思维和发散思维，明晰机械设计基础在机械产品，特别是3C产品制造、开发全周期、全流程的作用及地位，使学生具有进行机械系统运动方案（创新）设计的初步能力。④人文维度：机械设计基础在学生的眼中一直摆脱不掉陈旧、晦涩等印象，通过增加课程的趣味性与艺术氛围，在课堂中引入当今机构学领域的热点折纸机构、折展与缩放机构等古老的东方艺术，以美育人、以美化人，积极弘扬中华美育精神。⑤关心：在教学中关注学生的感受，在课堂中压缩教师的单向灌输，在有效的学习过程中，树立致力于成为合格的专业人才。⑥学会学习：课前，利用多种辅助资源开展自主学习；在课堂上，训练“做中学”和小组讨论的能力，使学生在课程结束后，也愿意并能够开展探究式学习，成为自主学习者。

（三）  采用“反向设计”原则

采用“反向设计”原则，形成性评价为主的策略，充分利用在线教学平台收集学生的学习行为数据（抢答、投票、问卷等），促进学生在课堂活动中的投入。

（四）  采用多样化的教学活动达到目标

理论教学采用课前预习、课间采用多种形式相结合的互动式教学方法，教学方法有启发式、小组讨论、实地考察、以往案例、项目论证等，以此引导学生同步思考，调动学生学习的主动性，提高理论教学的有效性。根据教学内容实践性要求，我们还采用实地考察式和案例式的教学方法，依托东莞理工学院（以下简称“我校”）特色产业学院——长安先进制造学院[5]进行，实地分析自动上下料机等数十种自动化设备。

四  “三化”途径，多维联动，创新教学方法

（一）  教学内容动态化

课程内容的建设是开展课程内容重构的重中之重，是后续建设工作的基础[6]。而该课程涉及多个专业，课程内容建设工作中，主要从课程调研、内容体系完善设计、教学大纲制定、课程实训环节实施等方面不断进行课程的改革和完善。结合不同专业特点及培养方案，依据现代工程教育的持续改进理念，课程立足使学生快速适应科技的高速发展与变革，将学科前沿、科研思维引入到课堂教学当中，及时融入各专业中与专业相关的最新成果和技术，不断调整与课程相关的产品实际案例，开展课程内容重构，使本门课具有针对性和前沿性。

例如课程选取机械学国际前沿实例作为教学案例进行知识的讲授和思维的引导，结合学科的最新发展趋势，在基本知识体系和国际前沿两方面进行拓展。如引入柔性及弹性机构、仿生机构等，为学生介绍中国天眼中所涉及的并联机构的设计问题，普及并联机构这一新型机构在机床、娱乐、稳定平台等方面的应用；带领学生进入实验室，为学生介绍、演示基于并联机构的地震模拟平台，进行现场教学。同时，采用实地考察式和案例式的教学方法，在特色产业学院——东莞理工学院长安先进制造学院进行，实地考查特色产业学院的自动上下料机、异型元件插件机等数十种自动化设备，深入剖析案例，提升学生综合实践能力。

（二）  课程资源数字化

推动现代信息技术与课程教学深度融合，制作并不断完善网络教学资源，利用网络技术等先进手段。

1）制作了现代多媒体教学课件，丰富课堂教学资源：具有传统教学模式特点的CAI电子教案+具有动态图形的多媒体课件+具有实物特征的动画模型库。

2）建设了省级精品课程资源网站——机械设计基础，包含电子教案、教学视频、实验视频、动画库、典型例题、试题库、学生作品库及模拟测试平台，丰富学生学习资源，提升学习能力。

3）建立了微信公众号推送：莞工机械设计基础课程群、莞工工程坊，开拓多元化的信息交互平台，实现师生零距离网上互动。

4）利用优学院教学平台，建立基于西北工业大学国家精品课程视频的课件，录制课后习题、试卷试题讲解、电子版课外科技前沿书籍文献等学习资源，定期补充各种教学文件，随时补充课程相关的参考文献、技术前沿、科研成果。

5）结合慕课堂课堂教学工具，通过信息收集和数据分析，有针对性地改善教学过程。

（三）  教学方法联动化

该课程存在教学内容多、信息量大、学时少、非机械类学生学习兴趣低、非机械类专业不设课程设计，导致实践与理论脱节等问题，这便对教学过程中加强个性化教学提出更高要求：要求教师从培养学生的实际能力出发开展教学活动，为促进学生提高学习的自主性，激发学生学习专业知识的探究性，扩大学生的知识视野，促进理论与实践教学的一体化，为此，从以下教学方式和方法入手实现。

1  线上与线下的联动

适应“互联网+”课程新模式，学习MOOC课程，进一步对教材进行优化、改革创新，将传统纸质教材改造为基于移动终端的纸质教材和复合教材。

以教学模式多样化，激发兴趣，调动学生的学习积极性和主动性为目的，借助现代信息技术，将传统课堂教学和在线教学两者优势相结合，借助互动性强的网络学习平台，以课程团队已完成录制的、建设的学习视频（2019年核心课程建设项目）为资源，采用“碎片化线上学习”+“碎片化整合线下学习”的时空扩充规划。通过课堂外的自主学习，提出问题为主的知识学习，到课堂内以导学精讲，展示交流为主的内化知识。将线上线下内容有机融合，课前有准备，课中能收获，课后可拓展，构建“课前准备，课中教学过程，课后环节”全过程教学模式，使教学过程实现闭环。

1）碎片化线上学习。课前准备，发布课程资源：利用线上資源在课前安排探索环节，包括利用优学院平台提前在班群里发布课程资源，让学生可以提前对课程梗概有一个初步认知，避免学生对课堂教学的主要内容及重难点把握不准而被动接受的问题。课前对课程内容进行学习，课下对课程进行巩固复习，有助于老师掌握学生课下学习动态，提升课堂教学效果。课后巩固，知识拓展：利用课后布置作业、安排测试、推送或拓展知识等，学生可以独立完成老师布置的作业和测验，达到知识巩固和拓展的效果，并获得相应的经验值，可计入最终的普通成绩。同时，教师和学生的实时在线交流可以通过在线实现，学生可以把课程内容、重要知识点或其他学习生活、学习问题说出来，教师可以在线上一一回复，打破师生交流的空间和时间限制，解决学生的问题，了解学生的思想倾向。

2）碎片化整合线下学习。线上视频课程对知识实施了“碎片化”，使之在低阶认知层面易于记忆和理解，但不易整合成为一个整体的知识系统来进行使用。教师现场教学环节最核心的作用是“带领学生进行碎片化知识的有机整合”，具体实施过程如下。线上课程/讲授型课堂重点讲授“静态知识”，这些内容（定律、公式）用在线习题库进行强化。见面课程/研讨型课堂，展示如何利用碎片化知识点整合到一起分析和解决问题。重点解决“知识点细碎，关联性薄弱”的问题，使教师从“单向讲授者”转变为“操作演示者”，形成“学生提供素材，教师演示整合”的课堂。

2  理论与实践的联动

以木制机构模型为教具学具，将其引入课堂，这类模型的造型精巧，设计巧妙，具有环保、携带方便、搭建方便、不受空间限制，时间上也能得到保障（大约45分钟完成一个模型），可多次组合拆装，不影响联接的可靠性和稳定性，将机构复活很好地实现了实践进课堂（本学期搭建了健身机构、吞硬币机构、可变向小车、蠕动机器人机构、太阳能月球车和恐龙联动机构等）。通过搭积木式地对简单机构模型、复杂机构模型、自主创新模型的搭建与拆解，分析与诊断，满足不同专业教学需求的同时，将课堂上原本只停留在学生思维想象空间的概念变得可视、可感、可触、可操作。实现了四个“统一”，即理论与实践的统一，兴趣与实现的统一，综合性与创新性的统一，课程与专业的统一。

最后将这些模型结合专业特色，进行外观设计，如图1所示。实现“实际问题—理论分析—木制模型—产品造型”的一个闭环知识结构，如图2所示。

图1  学生作品

图2  “实际问题—理论分析—木制模型—产品造型”的闭环教学

五  结束语

以建设一流课程为引领，以社会需求为导向，以能力培养为目标，我校机械设计基础课程采用“一中心二方式三融入四结合”的教学理念，通过“三化”途径，探索基于“创造有意义的学习经历”整合模型教学设计，创新多维联动的教学方法，实现了从传统课堂向智慧课堂、知识课堂向能力课堂、灌输课堂向实践课堂、封闭课堂向开放课堂的转变。学生课堂参与度、学习深度及价值认同感均有所提高，从感性认知上促进了学生愿意学习、乐于学习、勤于学习，迟到、缺课、低头玩手机的人数明显减少，对教师的认可度增加，对课程的认可度提高。学生的课堂参与度从以往不足一半增加到近百分之九十，学生在课程总结中表示“课堂不失活跃的同时又能使我们去认真地听讲。”“老师能够将我们带入到一个个形象生动的情境中，让我们对机械设计基础产生了非常浓厚的学习兴趣，同时也让我们学习这门课程更加轻松。”教学改革与创新需要进一步细化、深入挖掘和拓展。课程将继续发挥自身优势，以“觉醒—赋能—成长—成才”的模式，促进学生的全面发展。

参考文献：

[1] 钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2] 吴杰.机械基础课程教学改革探索[J].教育教学论坛，2019（25）：160-161.

[3] 陈守东，刘晓娜，张金标.基于应用型人才培养的《机械设计基础》课程教学改革[J].铜陵学院学报，2021，20（2）：110-112.

[4] 贺利坚.一种融入课程思政的理工类专业课教学设计方法[J].计算机教育，2019（11）：7-10，15.

[5] 黄辉宇，孙振忠.现代产业学院多方协同育人模式探索与实践——以东莞理工学院先进制造学院（长安）为例[J].东莞理工学院学报，2020，27（5）：122-125.

[6] 梁军，侯迪波，谢颖峰，等.新工科自动化“一体两翼”专业课程群建设的探索与实践[J].高教学刊，2022，8（24）：18-22.