立体化教学模式在机械专业课程中的应用:本课程的教学模式有哪些特点

　　摘要：现代化教学手段和工具的利用实现了立体化教学，使教学内容、教学过程立体化，实现了教学空间、教学时间的立体化、多维化。立体化教学丰富了教学内容，延伸了教学空间，激发了学生学习的兴趣，缩短了学生的现场适应时间，提高了学生对专业知识、专业技能的掌握和运用能力，从而提高教学质量。
　　关键词：立体化教学；教学网站；数字化样机；多媒体课件
　　
　　在科学技术快速发展的今天，机械产品日新月异，专业知识更新越来越快。为了满足机械工业发展对人才的需要，各高校均在增加专业课开设门类，但每门课的学时又在相对减少。如何在相对较少的学时内使学生详细了解机械结构及其工作原理，牢固掌握相关的知识点，真正具备解决实际问题的能力，成为摆在每位教师面前的首要问题。然而，传统的教材和知识体系已经无法及时、准确地反映机械产品的发展，“黑板＋教材＋挂图”的教学手段已无法满足现代化教学的需要[1]。新的教情、学情要求教师能够以现代信息技术为工具，集成教学资源，形成理论教学、虚拟现实的多媒体教学、实践教学、网络教学的多层次、全方位、立体化的综合教学模式，从而多手段、多维数地激发学生的学习兴趣，高效地培养学生专业知识的掌握能力，切实提高学生对专业知识的运用能力，努力培养学生的科研创新能力，有效提高学生的就业竞争力。
　　
　　一、专业课立体化教学模式
　　
　　采用合理、高效的教学方法可以充分利用教学资源，充实、丰富教学内容，活化教学知识点，激发学生的学习兴趣，调动学生的求知欲，搭建师生互动的平台，更好地开展素质与创新教育。机械专业立体化教学模式主要是基于现代教育学理念和现代机械工业对人才培养的要求，充分利用现代信息技术和教学设施，将信息技术、计算机、网络技术与课程实现整合，使课程的形态、结构发生立体化变革；应用现代计算机技术将枯燥平面的专业知识进行虚拟现实的立体化构建；通过PRO/E、UG等三维软件研制、开发机械产品三维虚拟样机，让晦涩难懂的专业知识活跃、生动、直观起来；通过日益完备的网络技术，利用Macromedia Dreamweaver MX建立相关的教学网站，进行网络教学、辅导、测试和讨论，延伸和扩展教学空间；依托校内外实习、实践基地将理论教学与现场教学、实践教学有机结合，并依据课程内容设置相关课程设计、毕业设计，增设虚拟工厂、虚拟研究所，构建超仿真设计环境，立体化培养学生的实际动手能力。
　　传统教学模式与信息技术的有效结合可以将学生置身于数字化、虚拟化、网络化、立体化的教学空间中，师生可以通过虚拟现场、虚拟工厂、虚拟网络课堂进行面对面的无界限、无阻碍的沟通，提高学生的学习兴趣，让学生自主寻求探索式、创新式的学习方式，打破传统的“填鸭式”被动教学模式，让学生在立体的教学环境中主动、积极地学习机械知识；实现抽象内容具体化、复杂过程简单化、教学方式多样化、教学目标全面化，实现教与学的立体交融。
　　
　　二、立体化教学过程的构建
　　
　　现代教学思想认为，教学不仅要重视知识的获得，还要注重培养学生获得知识和运用知识的能力[2]。专业课程有别于基础课，除了要教授学生掌握必要的基础知识，更要让学生具有用学到的知识进行设计制造产品的能力，并能够了解产品加工制造的方法，了解产品使用过程中存在的问题，能够熟练解决工程中遇到的问题。因此，立体化教学过程的构建将教学过程分为课堂教学、网络教学、校内实验教学、现场实践教学、课程设计、毕业设计等六个阶段。
　　首先，在课堂教学中有针对性地设计实验教学和现场教学环节。让学生在学习中接触真实的机械设备，立体地学习机械设备各零部件结构特点，掌握各零部件间的装配关系。其次，针对毕业生，在第7学期初，提前公布毕业设计题目，让学生带着问题去学习，使学生的学习目的更明确，积极主动地参与课堂互动并不断思考。在学期末进行的生产实习，让学生深入机械生产工厂，了解、掌握机械产品设计、生产的流程和方法；让学生走进机械使用企业，了解机械产品的使用环境和工作参数，掌握机械实际生产工作中存在的问题、易出现的故障、现阶段的解决办法，知晓相关机械的发展需求和方向，培养学生创新意识和综合素质。最后，依据学生一学期学到的知识和在现场了解到的资料进行简单的机械产品设计，熟悉产品设计、计算过程，掌握相关的设计方法，牢记图纸绘制规范和技巧。
　　
　　三、立体化教学资源的构建
　　
　　教学资源是指为教师、学生提供的教学内容、信息、教学辅助工具及相关参考资料，是辅助个人有效学习和操作、影响和改变学生认知结构的外部条件[3]。立体化教学资源是以课程体系为中心，在传统的纸质教材和简单固定不动的模型教具基础上，应用现代化的教育教学理念，依托现代化的计算机和网络技术，构建三维机械产品数字模型库、三维机械产品的仿真动画库、教学录像库、CAI课件库、专业网络教学平台、BBS论坛、虚拟设计工作室，以及校内实习实践基地、校外实习、实践基地和研发中心。
　　1．三维数字化机械产品库的制作
　　PRO/E、UG和SOLIDWORKS是当前机械行业进行三维模型构建与设计的主流软件，通过这些设计软件进行机械产品的数字化样机制作。教学过程中依据教学内容的设置，利用电脑动态进行机械结构的剖分、各零部件虚拟装配和运动学仿真。利用三维数字模型，将平面的机械结构知识立体化、形象化。授课的过程中可以虚拟工厂现场的机械设计过程，拆分机械结构，给出各零部件的二维工程图纸，现场讲解虚拟机械加工和设计过程。让学生明晰机械结构及零部件的装配关系，学习到实际的生产加工工艺。通过立体化的教学让学生拥有身临其境的感觉，提高学习兴趣，积极参与到教学中来，主动提问题，积极地思考，从而降低知识点的难度，提高教学质量。
　　2．立体化多媒体课件的制作
　　多媒体课件可以将教学内容与教学资源进行无缝链接，灵活地进行内容讲解和动画演示[4]~[6]。利用Powerpoint、Authoware等软件制作电子课件，并利用Flash和3Dmax等制作了机械产品的可控动画，以控件的形式插入课件，授课时直接依据教学内容控制机械产品的动作，真实地反映机械的实际运转情况，透彻展示机械产品内部抽象的工作原理，很好地实现了对三维虚拟样机的补充，使学生能够看到虚拟现实的机械产品加工、制作、生产和使用情况，了解产品在加工、使用中容易遇到的问题、操作规程和注意事项，让枯燥的知识立体化、趣味化。
　　3．机械产品教学录像的制作
　　为了真实地营造机械产品生产使用工况，我们系统地录制了机械产品的加工和使用情况录像，并聘请电视台专业技术人员进行录像的后期制作，还原机械产品加工使用现场情况，建立机械产品加工使用情况录像库，教学中依据知识点的设置在课堂上播放，构建虚拟现场的立体工况环境，让学生有身临其境的学习氛围，从而提高教学质量。
　　4．高水平教学网站的建设
　　以Macromedia Dreamweaver MX为主要开发软件，结合Firework MX，Flash MX及Java，asp等脚本语言，开发相关的教学网站，网站后台利用微软的中小型数据库Access实现网页的静态及动态设计与管理工作。
　　网站设置课程简介、教学内容、教学指导、网络课堂、实践教学、测试天地、课程组信息、设计方法、创新园地、实验预定、机械论坛等模块，包含教学计划、教学大纲、网络课件、电子教案、教学图片、教学动画、机械产品生产和工作录像、授课教师授课录像、矿山机械电子版参考书、教学指导、习题解答、历年考题及系列题库、在线测试系统、学习与考试方法、TRIZ理论介绍等内容。学生可以通过教学网站查找资料，在线学习，实验预定，也可以应用在线测试系统进行学习测试，通过BBS与全国的机械专家和研究者进行交流和学习，变过去面对面授课为无限网络、无限空间、无限时段的“量贩式”立体化自主学习，增加专业课教学的弹性。
　　5．立体化实践教学环境建设
　　实践教学环境包括校内实践教学基地和校外实习实践基地两部分。针对课程的教学实际，在校内我们建立并完善相关实验室，开设设计性、综合性实验，实行全天开放制度和实验网上预约订制，建立大学生虚拟设计工作室，开展机械产品的虚拟设计和制作工作，建立大学生科技活动基地，为大学生开展科研立项、进行大学生科技制作、参加大学生机器人大赛、TRIZ创新大赛、航模大赛等提供场地和技术支持。
　　为了使学生能够更多地了解企业的生产实际，毕业后能够更好地发挥作用，我们与对口的国有大中型企业建立长期的培训、实习和实践基地，并聘请企业的专家作为校外指导教师，指导学生进行实习、实践，开展“7＋1”教学（7个学期教学，1个学期工厂实践锻炼，毕业设计在工厂做真题）。
　　
　　四、立体化教学的实践
　　
　　作为煤炭类院校，黑龙江科技学院机械工程学院的学生大多数毕业后要到矿山和煤机企业工作，因此《矿山机械》是他们的一门主要专业课程。从2005年开始，我们就逐步尝试开展矿山机械课程的立体化教学实践，目前已完成了矿山机械实验室的建设与改造任务，这个实验室也被评为省重点实验室。我们发挥机械专业的特长，应用PRO/E和UG等三维设计软件，开发、制作了主要矿山机械的三维数字样机，利用假期和实习期间录制了矿山机械的生产、使用情况录像；建立了矿山机械的三维模型库、三维动画库、生产使用录像库；开发了较高水平的矿山机械多媒体课件，并获得了全国第八届多媒体课件大赛二等奖；建立了内容丰富的矿山机械教学网站，受到了师生的好评，并吸引了国内多家单位前来调研与学习；建立了长春一汽、哈尔滨电机厂、鸡西煤矿机械有限公司、佳木斯煤矿机械有限公司等稳固的校外实习、实践基地。
　　通过5年的教学实践和对毕业生及用人单位的跟踪问卷调查（发放问卷230份，回收153份，其中有效问卷148份），立体化教学的开展使学生的参与互动度由之前的15%提高到71.2%，学生期末及格率由65%提高到100%，机械专业毕业设计连续3年被学校评为“优秀”，学生参与大学生科技立项和大学生创新大赛的人数由5%提高到38.7%。2007年、2008年、2009年毕业生就业率均在97%以上，用人单位对学生的满意度达到96%。
　　
　　参考文献：
　　[1]焦丽丽.UG软件用于机械专业课程的教学改革[J].装备制造技术,2008,(12).
　　[2]杨雄.《材料成型工艺基础》多媒体立体化教学模式的构建与实践[J].现代企业教育,2008,(7).
　　[3]祝丹.网络环境下英语课程立体化教学模式的探索与研究[J].沈阳工程学院学报(社会科学版),2008,(4).
　　[4]蔡雪峰.土木工程施工立体化教学研究与实践[J].中国现代教育装备,2008,(10).
　　[5]杨军玉.关于立体化教学模式的探讨[J].河北农业大学学报(农林教育版),2008,(6).
　　[6]庞思勤.中美机械专业课程设置与人才培养模式比较研究[J].中国大学教学,2007,(11).
　　责编：一木