面向新工科的機械類專業課程教學模式實踐初探

任海軍

(重慶郵電大學先進制造工程學院 重慶 400065)

時代在發展，技術在進步，在新工科背景下，對高等教育人才提出了具有適應性強、創新思維活躍、國際化視野的更高要求[1]。如何才能培養出適應新工科需求的復合型人才，是工科院校和工科專業必須深入思考，積極作為的時代課題。機械專業是典型的工科專業，是實現制造強國和智能制造的基礎學科，從教學模式改革創新入手，探索機械專業人才培養新方法、新途徑具有十分重大的現實意義[2]。

一、面向新工科的混合式教學模式

實踐證明，線上教學是機遇也是挑戰。但是，單純的線上教學效果并不是太好，需要學生的自覺性、自律性很強，這引起廣大教育工作者的積極思考和探索。因此，混合式教學模式得到廣泛關注。混合式教學結合了網絡教學、線下教學的優點，能最大可能地調動學生學習積極性，充分發揮教師解疑答惑、重點講解的作用，使學習效果達到最佳[3][4]。總體技術路線如圖1所示。

圖1 總體技術路線圖

（一）基于網絡資源的線上學習

隨著網絡技術的發展，更多資源可以從網絡獲得，極大豐富了學習途徑，但也存在網絡學習資料的良莠不齊，需要去偽存真、去粗取精。這需要任課教師在開課前充分評判網絡資源，從中選出可以作為學習材料的信息。充分利用中國大學MOOC國家精品課程在線學習平臺等網絡課程作為課前預習、課后復習鞏固資源[5]；以五軸聯動數控加工機床視頻介紹空間加工方法等；以《大國重器》《超級工程》等紀錄片中的相關內容作為課間間歇和課堂教學的點綴。采用這些線上資源主要起到的作用，一是學生在課前對即將學習的內容有了解，掌握基本知識和概念、發現存在的問題；二是學生在課后可以對不理解的問題進行再次學習；三是可以從實體動畫中實實在在觀看到實際加工生產過程，加深對知識的理解；四是了解學科前沿，拓寬視野，提升學習興趣，同時厚植家國情懷，增強民族認同感和自豪感，激發報國熱情（即課程思政）。

線上學習的難點是學生是否真的進行了學習。關于在混合式教學中的線上教學，主要分為兩種模式。一種是完全將線上學習安排在課前和課后，這種情況下的監督是比較困難的。從實際情況來看，有少部分學生認真按要求進行了線上學習，但有相當一部分學生并沒有將學習具體落實，他們登陸網絡教學視頻后，就開始做其他事情了，對安排的任務只不過是在敷衍了事。為了解決這種模式下的弊端，產生了另一種模式。根據教育部對混合式教學的定義，將某門課程原來的總學時分為線上和線下，而且將線上教學的學時也全部安排在某個教室內，學生集中學習，任課教師在現場對學生進行監督指導。第二種模式，需要學校相應的硬件設施配套，部分高校在積極推進這方面的工作。

（二）多元線下教學模式

在充分利用線上教學的基礎上，線下教學仍然占有十分重要的地位。隨著智能手機的發展，為智慧教學工具引入課堂奠定了基礎。在線下教學中，不再是傳統的授課方式，可充分利用智慧教學工具，提高授課效果。常用的智慧教學工具有雨課堂、學習通、智慧樹等，這些工具都可以實現課堂點名、問題發布、答案統計、結果投屏等功能，為豐富課堂教學手段，充分調動學生學習積極性起到促進作用。

在理論課堂，在講授知識過程中，如果授課方式單一且內容單調時，學生難以長時間專注于學習，甚至產生厭學情緒。研究數據表明，在課堂上集中精力聽課時間在十五分鐘左右，當超過這個時間后容易產生疲勞或難以集中精力，因此，在課堂教學的教學設計中，根據課程特點和授課內容，按照這種頻次，通過智慧教學工具實時發布問題讓學生作答，使其學習節奏得到調節。由于此時采用智慧教學工具的目的是調節學生的情緒，因此，這類問題的設置，通常宜偏基礎一些，容易作答，利于學生充滿信心。

為充分調動學習主動性，在教學過程中，合理安排翻轉課堂，使學生積極參與學習。如果翻轉課堂內容太基礎、簡單，學生會認為上一門課太簡單，容易產生輕視，而導致對往后的課程不認真學習。如果翻轉課程內容太難，學生花費大量準備時間，也難以理解，容易對課程失去信心，或者是學生認為不理解的內容老師會講解，反而不主動思考。因此，翻轉課堂宜安排中等難度內容。

學生上講臺，還可以分小組對學科前沿進行講解。這需要整個小組分工協作查閱資料，共同協商確定講解內容，并做好PPT及相關的視頻材料。做PPT過程可以讓學生get到新技能，如何做出精美的圖片，如何安排頁面上的講解內容等也需要付出努力。最后對學科前沿內容的講解也十分重要，可以培養演講人嚴密的思維、清晰的談吐以及臨場發揮，可以使教師從多方面對學生的能力進行了解。

實際上，在線下教學中，有時也會用到部分線上教學內容，只不過這部分內容是以短視頻的形式出現，是為了更好更清楚講明白某個知識點，同時，通過這種模式的切換，可調節學生情緒，將學生吸引到課堂。

二、以例題、案例講解為主的“逆向教學”實踐

對于具有一定理論知識，但實踐性很強的專業課程，以例題、案例教學方式，采用“逆向教學”方法進行專業知識的講授。采用這種教學方式，一是因為已經安排學生在課前通過網絡視頻教學課程、慕課等資源對基本知識進行了學習，可以直接進行案例分析；二是考慮到部分學生預習情況不理想，采用這種“逆向教學”方式，在案例中對基本知識進行講解與說明，既形象直觀，也立刻對基本知識進行了運用，記憶深刻。

以機械設計課程教學為例，此課程核心就是對各種典型機械零部件進行設計、計算、校核，通過完整講解一個設計實例，對設計流程、其中所涉及的基本概念、公式進行學習、運用，即在學習設計實例的過程中回過頭去學習所涉及的基本知識—“逆向”。以普通V帶傳動設計為例進行闡釋。如已知電動機功率、轉速、傳動比、每天工作時長等信息，就需要查表確定工作系數、確定計算功率、再選擇帶型、確定帶輪的基準直徑并驗算帶速、計算大帶輪的基準直徑、確定V帶的中心距和基準長度、驗算小帶輪上的包角、計算帶的根數、計算V帶的根數、計算V帶的初拉力、計算壓軸力等多個步驟，在這個過程中涉及較多公式和基本概念，按照設計思路，帶著需用到的公式和基本概念進行講解或復習鞏固，當完成這個案例的設計時，對V帶涉及的知識就會有比較深入的了解。

對于這類課程，由于一個設計例題包含了數十個步驟，整個解答過程有數頁，并涉及大量的查表工作，教師一定要和學生一起完整地走過每個步驟，共同查閱每個圖表。因為在某個步驟用到的圖表中查閱的數據，可能存在一定的迷惑性，也是學生容易犯錯誤的地方，必須讓學生準確理解。

此外，如果課程涉及計算機程序，還應該在計算機上輸入程序運行，這個過程看起來只是簡單復現，但該過程可以幫助學生更好理解算法的每個步驟的意義所在，通過查看中間變量值得到程序的運行情況，并且，當得到整個程序的正確運行結果后，可以增強主動學習的動力和信心。

三、授課效果動態調整機制

大多數情況下，機械專業課程的學時在32以上，長時間學習一門課程，在相同的模式下，容易產生疲勞，因此，動態調整機制對授課效果有很重要的影響。任課教師需要綜合多方面信息，判斷學生是否出現思想懈怠、情緒低落、注意力不集中、學習效率降低等情況。在教學過程中，通過智慧教學工具統計結果、問卷調查、督導評價等對教學效果進行評價，根據評價結果和學生平時課堂整體表現對混合式教學模式等進行實時調整，對各種教學方式的切換做到恰到好處，充分調動學習積極性，促使學生在整個學習過程中充滿激情和興趣，實實在在學到知識，提升能力。

四、結束語

新工科對人才培養質量提出了更高的要求，這是高等教育面臨的挑戰。從教學模式改革創新著手，借助科技進步成果，以線上線下相結合的混合式教學方法，使學生學習學科前沿、祖國的科技成就，全方位培養學生學習主動性、創新能力和國際視野，使其成長為既掌握堅實的專業技能，又具有家國情懷的社會主義建設者和接班人。