新工科導向下的遞推式混合教學模式探究與實踐*

岳一領，董 科，張志鴻，張華君，馬立峰，常爭艷，銀 明

（太原科技大學機械工程學院，山西 太原 030024）

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展，加快制造強國、創新型國家建設，新工科的建設意義尤為凸顯。2017 年教育部發布 《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，強調新工科研究和實踐圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系開展。中國工科教育旨在打造好培養 “大國工匠”的搖籃[1]。為此，筆者在新工科5 個新的導向下，根據新工科對機械類專業提出的要求，結合 “機械原理”的課程特點和教學目標，提出了一種遞推式混合教學模式，以培養大學生的自主學習探究能力，塑造大學生的創新精神和工匠精神。

1 課程教與學存在的主要問題

1）目前太原科技大學機械原理課程教學評價體系存在一些不合理的成分，教學活動模式僵化，考試幾乎成為評定學生學業成績的唯一形式。學生不是把精力放在學習和鉆研課程內容上，而是放在考試上。由此，導致相當一部分學生缺乏研究專業的動力和熱情。而且，只在一門課程結束時組織一次考試，使得那些自控能力較差的學生平時都懶得去上課或是到了課堂也只是低頭玩手機、睡覺或小聲聊天，導致課堂上學生抬頭率很低，學期末學生突擊準備考試的現象發生。最終，在這種評價體系下，學生的成績也并不理想，甚至出現教師 “發愁”學生考試及格率的擔憂。

2）教學靠教材、老師講教材、學生學教材和考試考教材的現象充斥著課程教學評價體系。這種填鴨式的教學抑制了學生的創造力，調動不了學生的學習興趣。在課堂上，大多數老師只講教材的知識點、實驗操作步驟和習題的答題思路和技巧，一廂情愿地將一些知識 “喂”給學生，沒有思考如何調動學生的自主學習意識、主動探究意識和創新實踐意識。多數學生對老師的授課內容與期末考試直接畫上等號，只為應付考試，只是上課聽一聽，課下并不去落實、反思和專研，更談不上實踐應用。

3）通過和學生溝通了解得知，大學生平均每周的課外閱讀量很少，能主動翻閱與專業相關的書籍文獻的大學生更少。更有一些大學生在本科階段竟沒有去過學校圖書館，沒有登錄過學校圖書館的電子資源庫。大多數大學生的學習僅僅局限于課堂上老師的講授，課下閱讀也僅局限于教材。有些大學生下了課則無所事事，泡網吧，宿舍打游戲、看影視劇等，沒有很好地利用和珍惜大學提供的資源，浪費了大好的青春時光。此外，和學生溝通交流發現，針對機械類專業大多數學生并不知道自己要學哪方面的知識和掌握哪方面的技能，更談不上畢業后自己能從事什么樣的工作。這種現象導致很多大學生跟著社會上讀研的就業風向，簡單地理解為大學就是學好考研必備課程，從而忽略專業素養的培養和提升。

4）“機械原理”是高等學校機械類專業的一門重要的主干技術基礎課程，是大學生在本科階段第一次比較系統地接觸機械系統的結構組成、工作原理和方案設計的課程。前期，學生只在金工實習和機械制圖中有過斷斷續續的接觸和了解，很多專業術語、概念和理論是學生沒有接觸過的，學生極易將 “機械原理”和先修課程 （如 “大學物理”和“理論力學”等）的學習方法和課程要求等同對待，而忽略 “機械原理”是機械類課程中比較適合培養學生創新能力的一門課程，是幫助學生樹立正確設計思想和理念的關鍵課程。

針對以上問題，遵循機械原理課程培養目標，應探索如何應用新方法和新技術，引導學生從整體上把握知識結構，幫助教師改善課堂教學效果和激發學生學習興趣。本文嘗試探究遞推式混合教學模式，實現教材內容從課堂向線上和線下資源的擴充，從時間上向課外延伸，從空間上向圖書館、實驗室和其他實踐場所拓展。探索如何將課堂灌輸轉變為老師與學生進行知識、思維和心靈對話的空間課堂。研究具有可操作性的方式和方法，真正落實學生是學習的主體，實現以學生的學習和發展為中心，樹立能力導向的課程觀，喚醒學生的自主學習意識。在此基礎上，研究將創新創業教育理念融入課堂的途徑和方法，以培養大學生的創新精神和工匠精神。遞推式混合教學模式旨在全面提升學生的知識、能力和素質，從而構建有利于提升大學生專業素養和探究鉆研興趣的可持續性發展的生態教學評價體系。

2 混合式教學模式的本質

通過查閱文獻可知，“混合”是指學習理論、學習風格、學習方式、學習資源和學習環境的多種混合[1]。混合式教學模式不簡單是在傳統教學體系中嵌入線上教學模式，同時教師還要調整、改善與創新線下教學策略、方式和方法，把線下線上教學優勢有機結合，引導學生由淺入深地學習；基于建構主義、人本主義以及教育傳播、虛實交融和情境認知等多種理論，以學生為中心，倡導探究式、自主式和協作式學習[1]，并從學生心理學層面上分析研究提升學生學習興趣與動力的影響因子，通過精心設計課程和創新教學方法，盡可能地讓學生樂意接受并主動學習新知識和新技能，并進行創新性探索和實踐。

混合式教學模式雖從外在表現形式上是采用“線上”和 “線下”兩種途徑，課內和課外兩個空間場所協同開展教學，但并沒有統一的模式，即混合式教學改革必須根據教學內容重構傳統課堂教學體系，拓展教和學的時間和空間，引導學生主動學習，達到培養學生自學能力、探究能力、協作能力和表達能力的目的。

3 遞推式混合教學模式的建構

通過對混合式教學模式的本質探究可知，混合教學模式的 “混合”方式多種多樣，如并列型、輔助型、遞進型、交替型 （翻轉型）、螺旋型等。根據新工科對機械類專業提出的要求，結合 “機械原理”的課程特點和教學目標，筆者提出了一種遞推式混合教學模式，見圖1。

圖1 遞推式混合教學模式

遞推的本質是通過現有條件和資源，按照教與學的規律逐次推進，實現教學效果或逼近教學目標。筆者提出的遞推式混合教學模式就是利用優質線上課程資源 （如在線開放課程、視頻公開課、資源共享課和MOOC）、線下資源和互聯網資源，遵循以本為本的原則，按照循序漸進的規律，通過對話課堂，喚醒學生自主學習意識和創新意識，通過過程評價體系和過程管理訓練學生的自我學習與鉆研能力，提高專業素養和興趣。依托實踐環節 （課程實驗和機械原理課程設計）、大學生創新訓練項目和學科競賽鼓勵學生小試牛刀，培養學生工程素養和工匠精神。

3.1 對話課堂以喚醒自主學習和創新意識

運用多種教學組織形式，嘗試反向教學、探究式教學、問題式教學和合作式教學[2]，喚醒學生自主學習意識。

1）緒論課上，引用一些機械創新和應用的話題啟發學生思考，讓學生明白本課程在以后工作中的應用體現在哪些方面，如何應用、應該掌握哪些輔助技能，除教材外還應閱讀哪些參考資料，讓學生自主選者學習方式。

2）線下課堂引導性地拋給學生一些小問題或小命題，讓學生分組合作研究，學生利用線上資源和圖書館資源去探索研究這些小問題和小命題 （見表1），制作PPT，并進行5 min 演講，來加深對課程中各種機構和機械原理的認識和理解，進一步實現更想學和更會學，同時也可培養學生的書面表達和口頭表達能力。這樣的一個教學小技巧，在一定程度上更容易讓初學機械的學生對機械產生興趣。

表1 機械原理課程學生自主研究的部分問題

3）鼓勵學生自學 “機械原理”課程中的一些有意思章節，例如連桿機構設計和其他常用機構的工作原理和功用，學生利用線上資源搞明白后，再在課堂上演講自己制作的PPT，然后老師再進行點評和補充，既活躍了課堂又培養鍛煉了學生。鼓勵學生課堂上積極回答問題，與老師互動，采用搶答方式。

4）針對 “機械原理”課程特點，要求學生對重要的知識點隨堂在課本空白處做好筆記，便于課后復習鞏固，并隨時檢查作為平時成績給定的依據之一。

5）穿插設計案例剖析課，這些案例選擇是本校往屆學生的創新作品，一方面，讓學生從心理上感覺創新和自己很近，并不失時機地鼓勵學生自己努力也可以；另一方面讓學生感受教材中的各種機構組成原理和設計方法的用途。

6）在學期中間穿插幾次開卷小測驗，目標是檢測學生對重要知識點的掌握情況，及時查缺補漏并作為平時成績給定的依據之一。

學生的反饋證明，通過上述混合式教學模式應用，在一定程度上可以幫助教師改善課堂教學效果和激發學生的學習興趣，有助于培養學生的自主學習能力和樹立正確的設計思想和理念。

3.2 改革教學模式以構建教學評價體系

遞推式混合教學模式要分析研究學生的學習動機和內在驅動力，構建多層次、多維度、過程化和綜合化的可持續性發展生態教學評價體系。遞推式混合教學模式強調展現和檢驗學生的學習過程和過程收獲，過程養成習慣、過程培養能力、過程孕育成果、過程形成氛圍、過程決定成敗。在這種教學模式下，線下課堂和教師已不再是學生獲得知識的唯一渠道，學生帶著問題和任務進行線上自主學習、走進圖書館查閱資料，學習如何分工研究問題、如何制作PPT 和如何表達清楚所講問題。過程的實施效果取決于學生學業成績評定的形式。隨著教學模式的改革，考試將不是評定學生學業成績的唯一形式，平時成績也不再是提高考試通過率的神器。表2 為課程成績評定比例。

表2 課程成績評定比例 （%）

3.3 小試牛刀以培養工程素養和工匠精神

“機械原理”是一門與工程實際結合緊密的專業基礎課，是比較適合培養學生創新能力和設計能力的關鍵課程。遞推式混合教學模式旨在教會大學生會自己學、會思中學、會做中學[2]。通過課堂上喚醒學生的自主學習意識，利用線上資源，將課堂延伸到課外，再將課程教學與大學生學科競賽相融合，嘗試為大學生構建一個創新實踐的多維空間（2014 年成立領創設計空間），形成一種氣氛，感染、熏陶和同化盡可能多的大學生。在這個空間內，學生可以根據需要自由交流、學習和組合一個項目團隊。從虛擬樣機設計到實物作品制作，學生的工程素養和技能都得到了全方位的培養。使大學生在項目實踐中學會思考問題、解決問題，從而培養創新研究的基本素質、項目工程運作的理念和創業所需的一種人文和技術相交融的情懷。領創設計空間為學生學習 “機械原理”課程打開了一扇窗，也拉近了老師和學生之間的距離。

4 遞推式混合教學模式教學的實踐和成效

在遞推式混合教學模式下，原來課程教與學中存在的主要問題得到一定程度的解決。通過學生學習總結分析，80%以上大學生的學習能力與設計能力得到提升，使大學生在最美的年紀 “只爭朝夕，不負韶華”。同時，教師的自身素質和實踐教學意識也得到提升，使 “教”與 “學”更加相得益彰，達到 “以賽促學，以賽促教”的目的[3]。

通過對大學生的畢業流向統計，發現遞推式混合教學模式下培養的學生更能勝任設計崗位，團隊協作能力更強，更容易得到企業認可和重用。5年來，依托全國大學生機械產品數字化設計大賽、全國大學生機械創新設計大賽、中國 “互聯網+”大學生創新創業大賽、大學生工程訓練綜合能力競賽等諸多平臺，以及大學生創新創業訓練項目，吸引大學生主動參與創新設計人數達到300 多人，近半數學生獲獎，獲省級以上獎60 項。指導大學生創新創業項目21 項，包括國家級5 項 （4 項已結題）、省級3 項 （2 項已結題），校級13 項 （不包含已申報國家級和省級的大學生創新創業項目）。其中國家級5 項，已優秀結題并推薦全國參展3 項（分別入選2015 年、2016 年和2018 年全國大學生創新創業年會，并在2016 年第九屆全國大學生創新創業年會上獲得 “創新方法應用優秀學生團隊獎”）；探索培養大學生的知識產權和專利意識，指導大學生成功申請各種專利8 項，在申請3 項。近3 年指導在校本科學生在省級以上期刊發表論文3 篇，EI 檢索1 篇。學生表示，在整個過程中更深刻地感悟了機械原理與設計的內涵，學會了有目標的自主學習，體驗了智慧和知識技能相融合產生的神奇，收獲了知識、技能、經驗和友誼。