数字化教学在机械课程中的改革与实践研究
泰山科技学院，山东泰安 271000
摘要：近年来，随着信息技术、数字技术的快速发展，数字化教学应用越来越广泛。结合当前教学过程中反馈的问题进行分析，要想使学生具有一定的知识深度和广度，教师就需要主动出击，打破传统课堂教学方式，注重对学生的引导力度。在实施过程中，数字化教学的作用不容忽视。本文针对高校开展的机械课程进行探讨，分析了数字化教学在机械课程中改革和研究的主要内容、思路及其具体方法。
关键词：机械课程；数字化教学；实践研究
当前数字技术、信息技术迅速发展，已被广泛应用在多个领域，把以数字技术为代表的一系列新型技术应用到高校教育教学中，作为具有实践应用性的工具来辅助教学，已经成为提高教学质量和效果的手段，在高校教学中数字技术发挥着重要价值。同时，计算机、微电子、信息、自动化等技术的渗透、衍生和应用，急剧地改变了现代制造业的产品结构、生产方式、生产工艺和设备、生产组织体系。在这种时代背景下，机械制造学科突破了传统意义上学科的概念。社会对机械类人才的需求发生了重大变化，要求他们应具备相应的专业能力、较宽的基础知识和较强的工程素质。
为了解决当前机械课程教学中面临的学生学习热情不高涨、缺乏学习主动性、实践能力与理论能力不相符等问题，本文对在机械类课程教学中进行数化字改革与实践进行研究，明确研究重点、研究思路和研究内容，为高校进行机械类课程数字化教学改革内容和实践方法提供思路，以推进机械课程的数字化改革进程。
1.数字化教学在高校机械课程中的改革与实践的研究重点
本文研究选取近两年毕业的机械设计制造及其自动化专业、机械电子工程专业学生为对象，通过调查反馈、综合分析提出以下三点内容：教学资源的改革、教学方法的改革、学生学习方式的改革。
1.1教学资源的改革
数字化学习资源是数字化学习的关键。以多媒体和互联网为载体，构建图文声像并茂的生动的教学资源，不断更新机械专业的教学内容，增强教学内容的时效性。当前，各高校在线下教学的同时相继推出了线上课程，慕课、学银在线、职教云、雨课堂、微课等教学形式相继在课堂教学当中得到广泛应用。推进精品课程、图书文献、实验平台等数字资源共享，可以推进数字技术在教学中的普遍应用。
1.2教学方法的改革
改革传统的教学方法，依托现有的数字化资源，采取“教、学、做”揉为一体的授课方式改革。通过案例分析、情景教学提出问题，鼓励学生进行自主探索、互动合作学习，在学生接受专业知识的同时，启发学生主动提出问题，培养学生的独立学习能力，锻炼学生的自主解决问题能力，突出学生在教学活动中的主体地位。在学习活动中，教师要善于引导、启发学生，授课的同时要充分利用微课、慕课等数字资源，开阔学生视野，激发学生兴趣。最后是教学实践，采用课内实训、综合模拟或者校外实践的方式巩固学习成果。该方法以“任务为主线，教师为主导，学生为主体”，使学生在解决问题中获得成就感、满足感。
1.3学生学习方式的改革
改革传统的学生学习方式，采用随堂测验、小组讨论、小组讲解等方式，激活课堂，调动学生积极性，创新学生的学习方式，锻炼小组团队合作能力，实现朋辈联动学习。线上的数字化还可以促使学生建立网上学习社区，可以以多种形式沟通、交流学习内容，分享学习成果，汲取他人经验，共同提高学习成效。
2.数字化教学在机械课程中的改革与实践的研究思路
（1）充分发挥教师的主导性
教师在教学活动中起主导作用，在机械课程中推行数字化教学，教师首先应熟知现代教育的规律和理论，能够灵活的制作和使用数字教学资源，以数字化方法进行培养满足新时代需要的具有创新实践能力的复合型人才。为此，教师应该清楚的认识到数字化教学不仅是教学过程的一种改革，更是教师进行创新的一种方法。在高校机械课程中推进数字化教学要求教师具有扎实的专业知识、先进的教育教学理念、良好的数字素养及熟悉企业生产实际，能够利用学校和企业资源进行数字化教学实施和评价。教学基本功扎实，能清楚每个教学知识点，熟练使用教学平台进行在线、线下教学，重视与学生的交流互动，充分调动学生的积极性。同时鼓励教师去企业锻炼，能够将课本知识与生产实际相结合，成为“双师型”教师。
（2）充分发挥学生的自主性
当代大学生应该懂得培养自己的独立性、自主性，大胆地表现自我，以积极的态度去迎接未来的挑战。数字化教学就很好的给予了大学生自主选择、主动学习的机会。在其中，学生根据自己的兴趣爱好、休闲时间、自身知识基础自由选择学习内容，什么时间学、在哪里学、怎么学。因此，教师必须改变传统“填鸭式教学”模式，为学生提供充分的学习资源，带领学生到企业一线，对现场技术、技能水平要求较高和理论水平较深的课程内容，进行讲学和现场解答。此外，教师也应该乘着数字化改革之风，通过构建数字化资源平台让学生进行线上自学，将知识、技能、态度三目标的实现贯穿于整个教学过程中，激发学生的自主学习意识，锻炼学生的自主学习能力。在上课时，教师可以通过创设情境设置一些小难题，鼓励学生自己解决、合作解决，培养学生的自主、合作、探究能力，让学生在成功中找到自信，激发学习兴趣、增强克服困难的信心。
（3）加快推动数字校园建设
创设数字化情境，充分利用现代信息技术进行资源整合，全面搭建数字化基础设施，推进精品课程、图书文献、实验平台等数字资源共享，推进信息技术在教学中的普遍应用。同时进行数字化软硬件建设，开放的数字多媒体教室，数字软件平台供学生免费使用。通过构建智慧数字教育新范式，建立人人皆学、处处能学、时时可学的学习环境；持续推动智慧课堂常态化，为课堂教学提供实用的、先进的、便捷的互动教学环境。
（4）完善教师团队建设和课程教学评价体系
教师对数字技术方法和实施的能力是高校机械课程进行数字化教学的基础。预期的教学效果依赖于好的教学工具和教学设计。因此在高校机械课程教学中，教师在教学实施中需要不断掌握和更新数字技术手段，并将其利用在课程教学过程中，充分调动学生的积极性，锻炼学生的实践动手能力。同时完善教师团队体系建设，鼓励有经验的老教师与青年教师结对，为青年教师的成长提供更多的学习机会，促进青年教师教学能力的提升。
教学过程中，采用“线上+线下”的相融合的教学方式，将线下课堂表现、作业情况、考试情况与线上课程学习数据进行结合分析，对学生课前、课中和课后学习情况综合评价，实现对学生学习的全过程监控与管理，形成线下课堂和线上课程相结合的评价机制，锻炼学生的自主学习能力，激发学生的自我管理意识。
3.数字化教学在机械课程中的改革与实践的具体内容
3.1学校鼓励教师进行数字化课程开发
为了加快学校数字化课程建设，学校应鼓励教师进行数字课程开发，并提供有力的开发条件，成立专业的教学团队且教学团队成员结构合理、分工明确。在开发的过程中组织教师学习数字化教学技术，提升数字资源库的建设效率。同时教师要优化现有教学资源，完善教学资源体系，进行数字化教学运行模式研究。打破传统多个相关单学科“独立”教学的现状，融合相关知识链接，优化现有课堂教学和数字化运行资源，完善机械课程数字教学运行模式资源体系。
同时建设精品课程、一流学科，立足于学校专业实际制定教学大纲、教学计划、教学设计及教案和考核评价体系，确定难重点，梳理知识点，开发和建立课程数字资源、校本教材，切实做到因材施教。尽管当前在慕课、学银在线、智慧树等平台有多种开放资源可供学生使用，但教学资源与学生实际是否匹配、学习时间是否自由都是筹建数字化教学应该考虑解决的问题。从学生的角度看，同一个知识点，同样的讲法，由于学生的知识储备和理解的差异性使得教学效果不尽相同。从课程角度看，目前在线课程大都学期初开课，每周进行更新。在学习的过程中，课程资源无法下载，且只能在一定的时间观看规定的内容，学习起来极为不便。因此由学校牵头选择优秀教师组建教师团队开发适合本校学生的在线课程资源，结合学生实际对知识内容深入浅出，对重难点进行剖析，极大的有助于学生的学习。有了自己的在线学习资源，学生可以结合视频、文字内容进行预习，学习结束进行效果检验。教师通过数据分析了解学生的学习情况，课后有针对性的进行复习。为了充分使用该资源，教师可以将其作为平时成绩的一部分，鞭策鼓励学生好好学习。
3.2创建数字化教学环境
教室是教师教学的主阵地，也是学生学习、吸收知识的战场。数字化的教学环境有助于学生对数字化、信息化知识的掌握和利用。因此可以将传统的教室打造成多媒体数字教室。充分利用多媒体教室实现课程实时录制、无领导小组讨论、在线交流等多种教学方式，且能够满足翻转课堂、双师课堂的开设。有了数字化教学设备，学生即使错过课程也能根据录制的视频进行自学，培养学生的自主学习能力。同时为了丰富教学资源库，鼓励学校创建录播教室进行示范教学。示范教学有利于教师之间相互学习，相互补充，形成老带新、共同进步的好局面。老教师教学经验丰富，教学技巧娴熟，教学案例和教学资源多样。青年教师正处于探索阶段，教学经验缺乏，不熟悉学生的心理和学习需求，难以灵活应对各种突发情况。在示范教学中，年轻教师通过身临其境的感受，反复学习，认真揣摩与取舍实现自身的修整与完善，逐步掌握教学技巧。示范性教学在为年轻教师提供学习资源的同时又可以促进老教师教学能力的提升。因此示范性教学应予以重视并大力提倡。
“大学之教也，时教必有正业，退息必有居学”。书院制模式为新时期高校人才培养及思想教育开创了新的思路。为此构建“书院×学院”的双院制育人新模式，实现“学院×书院”双重管理的教育管理模式对学生发展大有裨益。学校立足于学生的个性化成长，聘任专业教师担任学业导师、全生异科导师，邀请海内外知名学者、社会名人、各行业领军人物等到校举办讲座、论坛、分享会，建设全员化的育人队伍，实现各方力量全员“共育”，让每一位学生能与导师有充分的、自由的交流。书院制模式下，教师应鼓励学生充分利用书院开放的场域空间和高端的配置设施组建社团，建设机械课程工坊项目。为此学校应大力推进专业教师入驻书院，成为学生社团、工坊项目指导教师，首先，教师作为指导教师可以为学生提供学术指导和专业知识，帮助学生解决在实践中遇到的困难。其次，教师可以通过组织讲座、学术沙龙等方式拓宽学生视野，激发学习兴趣。再者，教师可以组织学生积极参加学科竞赛，为学生提供实践的机会，帮助学生更好的理解知识。
3.3应用数字化技术进行实践教学
机械类专业是一个宽泛的学科，机械类课程覆盖面较为广泛，机械切削加工、模具制作、机构运动、模拟仿真、3D打印等。学习理论知识，加强学生动手实践能力是大学生培养的技能目标。但实验种类的多样化、实验结果的多维性、偶然性，实验设备数量的限制在实际的教学中存在较大局限性。因此可以充分利用数字化软件实现课程的教学。比如：在机械原理课程中，利用机构组合创新虚拟实验台进行机构搭建，学生能够直观的认识各种机构、掌握其组成和运行原理。在液压课程中利用AMEsim软件进行模拟液压元件及液压系统的结构和工作原理，构建液压系统实际工作环境，运用数字化技术和手段进行复杂理论计算、模拟设计及联合仿真，排除偶然因素对实验结果的干扰。在产品加工制造中，为了得到准确的机械结构模型，设计正确的机器实物，利用仿真设计软件UG、Pro/e、Adams、SolidWorks实现三维实体模型的设计，在模型搭建的基础上再进行实物加工和组织，能够大大提高设计效率，减少零件的浪费，降低试错成本，提高产品品质。在金属切削中，为了保证学生安全且能够直观的看到切削现象使用Abaqus进行仿真模拟，让学生能够真切的看到切削参数、切削温度等对切削加工的影响。使用AutoCAD软件进行图形视图的学习，锻炼学生空间想象力。利用Matlab进行数据处理和分析。
教师可以利用微课、在线课程进行教学情境的构建。兴趣是最好的老师。很多学生往往在开始听课很认真，干劲十足。随着兴趣的消散，无论学什么都觉得枯燥，无用。教师使用数字技术进行教学，可以通过图片、视频、声音等方式创设有趣、好玩的教学情境，刺激学生的感官，调动学生兴趣，引领学生学习。同时使用数字资源学习不受时间、地域的限制。只要学生有时间，感兴趣，不论在什么地方就可以反复使用资源，极大的提高了学生的互动性及参与性，因此能够得到广泛的应用。
4.结束语
数字化教学资源平台的建设是教育技术发展的必然产物。高校对机械课程进行数字化改革在为学生提供优质学习资源，满足学生自主学习、合作学习、探究学习的同时，学生可突破时间和空间限制，选择切合自身的课程随时随地进行针对性学习。为此，对机械课程进行数字化教学在一定程度上有助于实现教育的因地制宜，保证教育的公平性和教学一致性，将优质教学资源发挥出更大的作用。
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基金项目：2023年度泰山科技学院教育教学改革研究项目“数字化教学在机械课程中的改革与实践研究”（项目编号：2023zz004）。
