丁文捷 雒宵 羅小明 楊成

摘 要 針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)融入課程思政、提升教學(xué)效率、提高學(xué)習(xí)成效等問(wèn)題，綜合運(yùn)用對(duì)分課堂和在線表格設(shè)計(jì)等交互工具，以工程倫理的安全可靠性問(wèn)題為切入點(diǎn)導(dǎo)入教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生圍繞強(qiáng)度和耐久性校核設(shè)計(jì)進(jìn)行檢索式學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的工程倫理意識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教師引導(dǎo)、學(xué)生訓(xùn)練一體化，技能培養(yǎng)、意識(shí)塑造一體化，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)和反思，從而獲取課堂教學(xué)的反饋，為學(xué)生未來(lái)的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)改進(jìn)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 機(jī)械設(shè)計(jì)；課程探索；檢索式學(xué)習(xí)；問(wèn)題導(dǎo)入式教學(xué)

中圖分類號(hào)：G424?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.9.037

Innovative Application of Classroom and Online Forms in Mechanical Design

DING Wenjie， LUO Xiao， LUO Xiaoming， YANG Cheng

（School of Mechanical Engineering， Ningxia University， Yinchuan， Ningxia 750021）

Abstract For the practical teaching of mechanical design courses， the integration of course-based ideological education， improving teaching efficiency， and enhancing learning effectiveness are key issues. By comprehensively utilizing interactive tools such as the split classroom and online spreadsheet design， this teaching approach focuses on engineering ethics and safety reliability issues to introduce teaching. Students are guided to conduct retrieval learning and design training centered around strength and durability evaluation design， cultivating their engineering ethics awareness and problem-solving abilities. The integration of teacher guidance and student training， as well as skill cultivation and ideological shaping， summarize and reflect on the design process to obtain feedback for classroom teaching. This approach provides guidance for students' future learning and teachers' teaching improvements.

Keyword mechanical design; course exploration; retrieval learning; problem-based learning

1? 教學(xué)理念

機(jī)械設(shè)計(jì)是一門將基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐緊密結(jié)合的課程，對(duì)于學(xué)生完善知識(shí)體系、提高實(shí)踐能力和培養(yǎng)分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力具有重要作用[1-2]。然而，在過(guò)去的教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生往往過(guò)于關(guān)注設(shè)計(jì)理論知識(shí)的掌握，而忽視了對(duì)實(shí)際設(shè)計(jì)中的工程倫理意識(shí)與工程設(shè)計(jì)技能的學(xué)習(xí)。同時(shí)對(duì)于復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程，課堂上學(xué)生設(shè)計(jì)效率較低，學(xué)習(xí)積極性不足。

在過(guò)程工程原理教學(xué)中，課程組創(chuàng)新性地融入工程倫理思想，實(shí)踐證明這有助于提升學(xué)生在實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題中的倫理意識(shí)。工程倫理涉及工程實(shí)踐中的道德、社會(huì)和法律等多方面問(wèn)題，為學(xué)生提供必要的道德與倫理知識(shí)。教師在教學(xué)過(guò)程中結(jié)合案例討論與分析，引導(dǎo)學(xué)生遵循正確設(shè)計(jì)和操作原則，增強(qiáng)倫理意識(shí)，確保他們?cè)谠O(shè)計(jì)中將公眾安全和福祉放在首位，遵守法規(guī)和道德標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)在過(guò)程工程原理的教學(xué)融入工程倫理思想，使學(xué)生具備強(qiáng)烈的工程倫理意識(shí)，創(chuàng)造安全、可靠、有益的工程產(chǎn)品和服務(wù)，充分考慮環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)影響，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[3]。

機(jī)械設(shè)計(jì)與過(guò)程工程原理在課堂設(shè)計(jì)方面存在相似之處。過(guò)程工程原理的課堂小設(shè)計(jì)煩瑣且容易出錯(cuò)，使用設(shè)計(jì)表方法可以簡(jiǎn)便高效地進(jìn)行課堂小設(shè)計(jì)，考慮在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)突出工程倫理意識(shí)，將節(jié)能節(jié)材設(shè)計(jì)融入其中，進(jìn)而形成一個(gè)整體。而機(jī)械設(shè)計(jì)同樣具有繁復(fù)的設(shè)計(jì)步驟，同樣可以使用設(shè)計(jì)表方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。在機(jī)械設(shè)計(jì)的倫理意識(shí)塑造中，需要注重安全可靠性的設(shè)計(jì)，將其融入并強(qiáng)化設(shè)計(jì)中，以形成一個(gè)完整的整體，因此可將過(guò)程工程原理的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果。

設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在機(jī)械設(shè)計(jì)中占據(jù)著重要的地位[4]，它能夠培養(yǎng)人的設(shè)計(jì)能力、綜合運(yùn)用知識(shí)和深度理解知識(shí)的能力，因此設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)被作為教學(xué)的重要環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)施。設(shè)計(jì)中通常需要進(jìn)行強(qiáng)度、剛度與穩(wěn)定性校核，以確保設(shè)計(jì)的安全可靠，這種校核思想貫穿于整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，體現(xiàn)了工程倫理中的安全理念在機(jī)械設(shè)計(jì)中的融入。

在機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中，教師通過(guò)在線表格進(jìn)行輔助教學(xué)，可提高設(shè)計(jì)效率，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行檢索式學(xué)習(xí)[5]，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和獨(dú)立思考能力。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生將工程倫理思想融入其中，通過(guò)對(duì)分課堂進(jìn)行互動(dòng)討論和實(shí)踐操作，能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到倫理與道德在工程教育中的關(guān)鍵作用，以培養(yǎng)出具備專業(yè)能力和倫理意識(shí)的工程專業(yè)人才。

2? 課堂的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)課堂設(shè)計(jì)使用在線表格作為載體，使具有復(fù)雜設(shè)計(jì)步驟的機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程變得簡(jiǎn)便高效。學(xué)生通過(guò)在線表格共同填寫設(shè)計(jì)過(guò)程，同時(shí)還可實(shí)時(shí)查看其他組的設(shè)計(jì)進(jìn)度和結(jié)果，使得設(shè)計(jì)過(guò)程更加協(xié)同化和高效化。此外，在線表格還可以自動(dòng)計(jì)算設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤可快速修改并重新計(jì)算，快速進(jìn)行多方案對(duì)比，減少學(xué)生手動(dòng)計(jì)算的工作量，提高設(shè)計(jì)效率。

在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，教師將學(xué)生進(jìn)行分組，各組針對(duì)不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，開展設(shè)計(jì)競(jìng)賽與同儕評(píng)價(jià)，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量[6]。教師在課前根據(jù)課堂設(shè)計(jì)內(nèi)容制作在線表格模板，課堂上講解過(guò)程中，采用問(wèn)題導(dǎo)入式教學(xué)，通過(guò)提出問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行檢索式學(xué)習(xí)[7]。學(xué)生通過(guò)檢索的方式來(lái)回答教師提出的問(wèn)題，并在組內(nèi)討論檢索內(nèi)容的正確性、安全可靠性以及如何在在線表格中應(yīng)用答案。學(xué)生需要按照要求通過(guò)在線表格完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，并在表格中列出每一步設(shè)計(jì)過(guò)程中的工程倫理思想，組內(nèi)分工明確，組間相互競(jìng)爭(zhēng)，以激發(fā)學(xué)生的動(dòng)力和熱情，提高學(xué)生的溝通、協(xié)作與解決問(wèn)題的能力[8-9]。學(xué)生填寫完成后，教師帶領(lǐng)學(xué)生一同進(jìn)行問(wèn)題分析，再次強(qiáng)化設(shè)計(jì)中的安全可靠意識(shí)，以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)與工程倫理意識(shí)的認(rèn)識(shí)與理解。課堂設(shè)計(jì)的具體流程如圖1所示。

教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行檢索式學(xué)習(xí)，使學(xué)生從被動(dòng)變主動(dòng)，對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容印象深刻且高效。開始時(shí)，學(xué)生需自主查找信息，具有挑戰(zhàn)性。但隨著深入學(xué)習(xí)，學(xué)生逐漸掌握知識(shí)和技能，產(chǎn)生成就感，并通過(guò)與同學(xué)交流和協(xié)作，獲得廣泛認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。小組內(nèi)分工明確，教師扮演多重角色，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并指導(dǎo)，強(qiáng)化安全意識(shí)，確保設(shè)計(jì)安全可靠[10]。

從心理學(xué)角度看，檢索式學(xué)習(xí)強(qiáng)化了學(xué)生的主動(dòng)性和自主性，激發(fā)其信息處理和自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生成為知識(shí)的積極獲取者和整合者，進(jìn)而提高其信息處理、分析能力，培養(yǎng)興趣和獨(dú)立思考能力。檢索式學(xué)習(xí)符合學(xué)生中心的教學(xué)原則，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性和自主學(xué)習(xí)力。同時(shí)，它注重工程倫理意識(shí)的培養(yǎng)，塑造學(xué)生的道德倫理素養(yǎng)，助其形成正確的價(jià)值觀和職業(yè)道德，提升專業(yè)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感，促進(jìn)學(xué)生綜合能力的全面發(fā)展。

3? 教學(xué)實(shí)踐

以直齒圓柱齒輪的課堂設(shè)計(jì)為例，展示教師對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)作用及工程倫理對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的輔助作用。教師帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)直齒圓柱齒輪的整體設(shè)計(jì)思路，讓學(xué)生在實(shí)際工程問(wèn)題中按需設(shè)計(jì)出相關(guān)的齒輪傳動(dòng)。

直齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)可采用如下教學(xué)設(shè)計(jì)：①確定設(shè)計(jì)參數(shù)和要求；②選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)；③按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)和按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)；④幾何尺寸計(jì)算；⑤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖。

教師通過(guò)在線表格引導(dǎo)學(xué)生分組填寫，提升課堂參與度。每四人一組，成員分別擔(dān)任不同角色，共同完成齒輪設(shè)計(jì)的三個(gè)部分。過(guò)程中，學(xué)生輪換角色，協(xié)同完成任務(wù)，最后匯報(bào)展示，接受評(píng)價(jià)，形成一個(gè)“學(xué)—練—評(píng)”的閉環(huán)教學(xué)模式。學(xué)生全方位體驗(yàn)各角色，深化對(duì)齒輪設(shè)計(jì)全貌的理解，認(rèn)識(shí)團(tuán)隊(duì)中每個(gè)角色的重要性，全面提升自身的技能。圖2為小組2在按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的任務(wù)流程圖。

在填寫表格時(shí)，面對(duì)不直接涉及倫理知識(shí)的參數(shù)選取，學(xué)生可能會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)并提出問(wèn)題，教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生發(fā)掘其中的潛在倫理知識(shí)。在線表格為學(xué)生們提供了更多互動(dòng)與參與的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)了學(xué)生的交流協(xié)作能力，激發(fā)了學(xué)生在課堂中的主動(dòng)性。

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，教師提問(wèn)相關(guān)公式及不合理設(shè)計(jì)的影響，引導(dǎo)學(xué)生檢索并討論[11]，通過(guò)多次檢索激發(fā)學(xué)生思考，加深記憶。同時(shí)，教師指導(dǎo)學(xué)生使用在線表格進(jìn)行多方案對(duì)比，展示不合理設(shè)計(jì)的后果，強(qiáng)化工程倫理知識(shí)的滲透。在設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，教師需要密切關(guān)注各組學(xué)生在線表格的填寫情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并給予指導(dǎo)，強(qiáng)化對(duì)設(shè)計(jì)中安全意識(shí)的引導(dǎo)，以確保設(shè)計(jì)的安全可靠性。

完成設(shè)計(jì)后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考與討論：首先分享設(shè)計(jì)中的收獲，包括思考過(guò)程、遇到的問(wèn)題及解決方法，總結(jié)有效的設(shè)計(jì)策略和技巧，加深對(duì)課堂內(nèi)容的理解與記憶。其次，反思設(shè)計(jì)中的不足，如理解偏差、參數(shù)不準(zhǔn)確、倫理問(wèn)題考慮不全等，集體討論交流，共同提高。

通過(guò)總結(jié)與反思，學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容和設(shè)計(jì)任務(wù)有全面認(rèn)識(shí)，汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為未來(lái)學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)提供借鑒與改進(jìn)方向。教師亦需對(duì)本節(jié)課效果進(jìn)行總結(jié)[12]，評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)情況和表現(xiàn)，反思課堂互動(dòng)與學(xué)習(xí)氛圍，獲取教學(xué)反饋與評(píng)價(jià)，為后續(xù)教學(xué)提供指導(dǎo)與改進(jìn)依據(jù)。

4? 教學(xué)效果分析

通過(guò)綜合運(yùn)用對(duì)分課堂和在線表格設(shè)計(jì)等交互工具，將課程思政元素融入機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，以工程倫理的安全可靠性問(wèn)題為切入點(diǎn)導(dǎo)入教學(xué)，相比傳統(tǒng)教學(xué)方法，更注重技能培養(yǎng)和意識(shí)塑造的一體化，鼓勵(lì)學(xué)生參與檢索式學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)訓(xùn)練，培養(yǎng)他們的工程倫理意識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教師引導(dǎo)、學(xué)生訓(xùn)練一體化，使教學(xué)效率得到提高，學(xué)習(xí)成效得到顯著提升。

為獲取學(xué)生對(duì)課堂效果的真實(shí)反饋，課程組在學(xué)生中發(fā)放了一份關(guān)于齒輪在線設(shè)計(jì)訓(xùn)練的教學(xué)問(wèn)卷[13]。本次問(wèn)卷調(diào)查對(duì)象為齒輪在線設(shè)計(jì)訓(xùn)練試點(diǎn)班級(jí)的全部學(xué)生，截至數(shù)據(jù)回收時(shí)，共有536位學(xué)生參與了本次問(wèn)卷調(diào)查，經(jīng)數(shù)據(jù)清理后，有效大學(xué)生問(wèn)卷的數(shù)量為513份，問(wèn)卷有效率為95.7%。從調(diào)查問(wèn)卷中提取了5個(gè)關(guān)鍵信息來(lái)評(píng)估齒輪在線設(shè)計(jì)訓(xùn)練對(duì)學(xué)生的影響，如圖3（p125）所示，可以看出學(xué)生對(duì)該教學(xué)方法的認(rèn)可度很高。齒輪在線設(shè)計(jì)訓(xùn)練的教學(xué)方法真正做到了以學(xué)生為中心，注重培養(yǎng)學(xué)生的資料檢索能力、安全意識(shí)與綜合能力，讓學(xué)生受益匪淺。

教學(xué)采用了在線設(shè)計(jì)工具，綁定了學(xué)生訓(xùn)練體驗(yàn)的場(chǎng)景，通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程的組員協(xié)作效應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)執(zhí)行力形成一個(gè)驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，通過(guò)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，工程倫理―安全意識(shí)被內(nèi)化植入到設(shè)計(jì)訓(xùn)練中，成為設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。這種一體化融合的方式實(shí)現(xiàn)了知識(shí)技能與價(jià)值觀塑造的一體化，有助于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

5? 結(jié)語(yǔ)

為了解決機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問(wèn)題，教師采用問(wèn)題導(dǎo)入式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行檢索式學(xué)習(xí)，運(yùn)用對(duì)分課堂，借助在線表格，并融入工程倫理思想，以提升學(xué)生的倫理意識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)檢索式學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高設(shè)計(jì)效率，保證設(shè)計(jì)安全可靠性；對(duì)分課堂促進(jìn)學(xué)生的交流、協(xié)作和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；在線表格輔助教學(xué)，讓學(xué)生充分參與課堂環(huán)節(jié)；注重安全可靠性和工程倫理意識(shí)的引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生正確的思維方式和行為準(zhǔn)則。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下按步驟完成設(shè)計(jì)，通過(guò)總結(jié)與反思，教師和學(xué)生能獲取課堂教學(xué)的反饋，為未來(lái)的學(xué)習(xí)和教學(xué)改進(jìn)提供指導(dǎo)。這種教學(xué)方式有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)效率，增強(qiáng)學(xué)生的倫理意識(shí)，培養(yǎng)其解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

*通訊作者：丁文捷

基金項(xiàng)目：自治區(qū)級(jí)自然科學(xué)其他項(xiàng)目“過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革探索”（NXBJG2018025）；自治區(qū)級(jí)社會(huì)科學(xué)其他項(xiàng)目“《過(guò)程工程原理》課程思政精品建設(shè)”（NXSZ20190204）。

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