新冠肺炎疫情下機械原理課程在線教學探索

張洪申　吳海濤　何家寧

［摘 要］高等教育是現代化教育的重要組成部分，是人才培養中最為重要的一環。新冠肺炎疫情影響了高校的教育和教學工作。在教育部“停課不停教、停課不停學”的號召下，機械原理課程開展了線上教學。文章從機械原理課程的特點著手，綜合分析了幾類在線教學工具，結合學生實際情況選擇適宜的教學模式，從教學內容、教學方式、教學管理等角度調整了教學設計，并對在線教學效果進行了深入分析，探索了該課程的在線教學方式和方法，為該課程的線上教學提供了參考。

［關鍵詞］機械原理；在線教學；教學設計；教學效果

［中圖分類號］ G642.3 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）09-0033-05

一、緒論

高等教育是現代化教育的重要組成部分，是人才培養中最為重要的一環。為全面提升高校本科專業及課程建設質量，2019年，教育部先后啟動了一流本科專業建設“雙萬計劃”，一流本科課程“雙萬計劃”[1-2]，旨在全面推動本科專業及課程建設。新冠肺炎疫情全面影響到人們的生產和生活，教育也概莫能外。教育部要求采取政府主導、高校主體、社會參與的方式，共同實施并保障高校在疫情防控期間的在線教學，實現“停課不停教、停課不停學”[3]。為響應教育部的號召，2020年春季學期機械原理課程革新了教學方式，理論教學全面實施了線上教學。

機械原理課程是高等院校面向機械工程、交通工程、航空機械等相關專業開設的主干技術基礎課。該課程為學生學習相關技術基礎課和專業課起到承前啟后的作用[4]，旨在通過機構學、機械動力學及機械系統方案設計等內容的學習[5]，培養學生的機械原理設計基礎能力和創新能力，為學生今后從事不同行業機械產品的研究、設計、加工制造和運維等奠定基礎[6]。該課程也是機械專業大學生知識、能力和素質培養的重要組成部分。

按照教學要求，課程采取了在線教學的模式。文章從課程特點著手，對不同在線教學平臺進行了對比分析，依據在線教學要求調整并優化了教學設計，對學生課程學習及考核結果進行了分析，為開展機械原理課程線上教學或混合教學提供參考。

二、課程特點

作為機械工程、車輛工程等大機械類專業的必修技術基礎課，機械原理課程涵蓋常見機構的動力學及運動學、機械系統方案設計等基礎內容，具有涵蓋知識點多、理論性強且內容分散等特點，具體表現在以下幾方面。

1.課程涵蓋知識點廣泛。該課程研究有關機械的基本理論問題，涵蓋機構的結構分析、運動分析、受力分析，機械的效率、自鎖、平衡、運轉及速度波動的調節，平面連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、齒輪系、工業機器人機構、其他常用機構的設計計算以及機械系統的方案設計等內容，基本概念及知識點眾多[7-8]。

2.課程涵蓋內容理論性較強。機構運動分析、受力分析及設計中，包含理論分析內容較多，需要學習者具備一定的高等數學、理論力學等基礎知識。如在機構的運動分析中，做構件的位移、速度及加速度和角位移、角速度和角加速度等運動分析時，離不開科氏加速度、復數和矩陣理論等力學和高等數學知識。在做機械運轉及速度波動調節分析中，機械運動方程的建立又以機構轉動慣量等力學以及微積分變換等高等數學內容為基礎。

3.課程內容較為分散。機械原理課程不僅涵蓋內容較多，而且各部分內容之間又具有一定的獨立性，內容較為分散。機構設計部分，包括平面連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、棘輪機構、槽輪機構、螺旋機構等常見機構，各部分之間關聯性較弱，內容多且分散，需要學生逐一展開學習，難度較大。

三、在線教學平臺分析及使用

機械原理的教學涉及大量的機構、零件及機械三維模型演示，同時還涉及大量公式推導，在線課堂上需能滿足實時互動和板書撰寫的需求。因此，采用適宜的在線教育平臺開展教學，是保證教學質量的關鍵因素。在正式開課前，團隊教師對SPOC、騰訊課堂（極速版）、騰訊會議、QQ群、雨課堂等在線教學平臺進行了試用，并進行了對比分析，見表1[9]。最終選擇“騰訊課堂+雨課堂+QQ群+SPOC”混合模式作為課堂在線教學方式。

在采用的“騰訊課堂+雨課堂+QQ群+SPOC”混合模式中，“騰訊課堂”作為主要的實時在線教學平臺，“雨課堂”“QQ群”和“SPOC”作為輔助平臺。課前，教師通過雨課堂和QQ群的“公告”功能發布上課通知及課前預習內容，確保每位學生都能收到通知，保證學生按時上課。同時，通過SPOC平臺發布對應MOOC視頻及課件[10]，引導和督促學生完成課前預習環節。課堂上，以騰訊課堂為載體，通過其“屏幕共享”功能分享屏幕，呈現教學課件及視頻等教學材料；同時，教師通過啟用雨課堂進行界面共享，讓學生通過掃描雨課堂二維碼實現簽到。此外，通過騰訊課堂“舉手”功能，實現師生實時語音互動，彌補雨課堂只能彈幕反饋的短板，也可通過雨課堂“隨機點名”功能，實時和學生互動，了解學生的學習情況。課后，學生通過QQ群或微信群進行課堂信息反饋和實時互動交流，這便于教師及時解答學生學習過程中的疑惑或困難；同時學生可以通過查看騰訊課堂視頻回放、SPOC教學平臺的MOOC視頻等教學材料，查漏補缺，完成教學內容學習。教師通過查看雨課堂或QQ群布置作業，學生完成作業后實時上傳，教師通過作業掌握學生的學習情況，并制訂下一步教學計劃。

四、教學設計

（一）教學內容設計

近年來，為保障大學生自主學習能力及綜合素質的提升，各高校技術基礎課和專業課程教學學時與學分不斷壓縮[11]。目前，昆明理工大學（以下簡稱“我?！保C械原理課程共安排64學時，其中理論教學58學時，實驗6學時。課程選取西北工業大學機械原理與機械零件教研室孫恒等編著、高等教育出版社出版的《機械原理》為教材，該教材內容豐富，涵蓋常用機構分析、設計、機械系統分析等機械基礎知識，共計14章內容。內容多、課時少，如何在有限的課時中保質保量完成課程教學任務，是本課程面臨的重大挑戰。

針對這一情況，結合機械工程、車輛工程等專業需求和學生學習情況，任課教師依據教學大綱對機械原理教學內容的教學組織形式進行了梳理和優化，詳見表2。

從表2可以看出，教學中對機械原理教學要求內容做到了全覆蓋，對于基礎且適用范圍較廣的內容進行深入講解，在授課過程中，教師引導學生通過課堂討論激發學生的學習興趣。另外，對于相對簡單的或部分拓展內容，則采取“課堂引導+學生自學”的方式開展。如其他齒輪簡介所含內容較為簡單，只介紹了基本概念，學生自行閱讀學習即可；再如第12章其他常用機構部分，簡要介紹了棘輪機構、槽輪機構、擒縱機構等用途相對較為特殊的機構，教師在課后通過雨課堂、班級QQ群、微信群以及SPOC在線平臺發布相應學習材料，引導學生自學即可。上述教學內容設計方式，在有限的課堂教學時限內，既完成了規定內容的教學，又培養了學生的自主學習能力、拓展了學生的視野。

（二）教學過程設計及管理

1.教學過程設計

科學的教學過程設計及管理是取得良好教學效果的前提和重要保證。課前教師通過雨課堂和QQ群發布上課信息和課前預習內容，通過SPOC平臺發布對應的MOOC視頻及課件，引導和督促學生完成課前預習。在課堂教學中，為防止因學生長時間觀看手機、電腦等設備屏幕產生倦怠，教師每隔15分鐘左右就會通過雨課堂或騰訊課堂隨機點名提問、舉手連麥互動，或開展隨機課堂小測驗等進行師生互動，在消除學生學習困倦的同時，了解學生實時學習情況。課后，師生通過QQ群或微信群進行互動交流，教師及時解答學生在學習過程中的疑惑或困難；教師通過雨課堂或QQ群布置作業，學生通過查看SPOC教學平臺的MOOC視頻等教學材料，查漏補缺，完成教學內容學習和課后作業。

2.教學管理

教學組織管理主要包括課前管理、課堂管理和課后拓展三個環節。

（1）課前管理。在課前管理中，教師通過雨課堂、SPOC教學平臺發布MOOC視頻、課件、參考文獻等學習材料，盡量做到QQ隨時在線，及時解答學生關于上課和課前預習中的各類問題，增進師生之間的相互交流。

（2）課堂管理。為讓學生更好地適應在線教學環境，教師在教學過程中應盡可能多地開啟視頻模式，同時鼓勵學生積極參與課堂討論，并在討論時開啟視頻，提升學生學習的真實感。為提升學生課堂學習的積極性，教師通過課前掃碼簽到、課堂隨機點名等引導和督促學生。同時，教師依據教學內容的不同，在每節課互動環節中設置若干互動問題，并做好時間設置。

（3）課后拓展。課后，教師指導學生開展課堂未講授部分內容學習，并引導學生查閱機構設計、創新設計等專題報告或論文，讓學生了解機械研究的最新動態，拓展學生知識學習的廣度和深度。

五、線上教學效果分析

一個學期下來，借助“騰訊課堂+雨課堂+QQ群+SPOC”混合教學模式，機械原理課程理論教學初次全程采用線上教學（課程實驗為返校后補做）。從考核結果來看，教學效果不盡如人意。下面從課堂出勤、課堂教學、期末考核等三個方面進行詳細分析。

課堂出勤。本課程線上教學整體出勤率不高，平均不到90%。主要原因是線上教學的初始階段，相當一部分學生由于網絡不通暢或者電子設備故障等原因，未能按時上課。課程教學中期上述問題才得以解決，影響了班級的整體出勤率，也在很大程度上影響了這一部分學生的學習及考核結果。

課堂教學。主要從教師基本能力、學生學習能力和教師課堂管理等方面衡量課堂教學情況。從匿名問卷調查結果來看，在教師基本能力方面，53名學生（有效上課人數）對教師在線教學中是否善于啟發學生思維、培養學生的實作（實算）能力滿意度反饋如圖1所示，認為非常好的比例為79.25%，1.89%的學生認為一般；在任課教師在線課堂教學中能否做到突出重點、化解難點、講授熟練及清晰透徹方面的反饋如圖2所示，認為非常好的比例為83.02%，較好的比例為16.98%。上述方面整體反映出學生對教師是比較認可的。

在學生學習能力方面，學生在是否按時在線上課并認真積極完成課后作業等方面的反饋如圖3所示，認為做得非常好的比例只有58.49%，即超過四成的學生認為自己在這方面做得不是很好，該情況與出勤和作業反饋情況一致。另外，在自身的知識結構和學習能力方面的反饋如圖4所示，非常好的比例為33.96%，32.08%的學生認為自己一般，1.89%的學生認為自己基礎很差。從上課情況來看，主要表現在學生對力學及數學基礎知識遺忘較多，這在一定程度上影響了本課程的學習效果。

在教師課堂管理方面，學生在任課教師在線教學中是否保持精神飽滿，聲音是否洪亮方面的反饋如圖5所示，認為做得非常好的比例為92.45%，這說明大多數學生認可教師授課的精神風貌等基本情況。另外，教師與學生課堂互動方面，學生認為非常好和較好的比例為84.90%，15.09%的學生認為一般。這從一定程度上反映出，師生的課堂互動還應繼續加強。另外，從調查和學生的日常反饋中筆者得出，學生更喜歡通過QQ群或雨課堂文本交流的方式與教師溝通，可能這是由于機械類專業學生相對內向和含蓄一些。該方式較語音或視頻溝通，效率較低。

從圖6 可以看出，該班期末考核成績很不理想，成績良好的學生只占班級人數的2%，而不及格比例約占53%，其中45～59分占比29%，45分以下占比24%。究其原因，主要存在以下幾方面問題。

第一，教師教學調整力度還應進一步加大。本課程第一次采用完全線上教學模式，需要教師在教學方案設計、教學內容調整、教學方式變革、學情監控等方面深入研究，充分激發學生學習的內生動力。

第二，學風建設還需常抓不懈。受限于網絡等客觀因素，教師難以通過視頻實時觀察學生的學習情況，加之課程安排在周一上午第一、二節課，部分學生上課狀態不是很好，甚至有個別學生躺著通過手機聽課，學習效果難以保證。同時，上課中個別學生雖然顯示在線，但是人在做其他事情，即便是教師點名實時互動，經常以網絡信號不好或是設備故障等為借口，未能有效參與到課堂學習及互動中。

第三，網絡等外在因素的影響。個別學生家庭所在地偏遠，網絡信號不好，導致不能按時、保質保量完成學習任務，進而影響學習效果。

第四，疫情影響實驗及考試安排。課程實驗是輔助教和學的重要環節，但是受疫情等外在因素影響，此次實驗教學是在所有理論教學完成之后才開展，一定程度上影響了理論教學效果。此外，從理論教學完成到考試間隔一個月時間，時間長了以后學生反而將很多內容忘記了。在該時間段內穿插學生健康檢查、返校等諸多其他事項，未能再安排線下教學輔導，學生亦未能全心復習，這也是影響考核成績的重要原因。

此外，還存在部分學生復習不仔細，對許多問題一知半解，盲目自信，基礎理論和知識掌握不扎實，在考試中遇到熟悉題型，覺得會，但是卻無從下手，導致考核結果不理想。

六、結論

新形勢下，如何開展機械原理課程的在線或線上線下混合教學，是廣大機械類基礎課程教師面臨的重大課題。筆者從教學模式、教學設計等方面著手，對機械原理課程在線教學進行了探索，為該課程的線上教學提供了參考。由于該課程理論教學首次采用在線教學模式，從考核結構來看，效果并不理想，其原因涉及教師教學設計、教學平臺支持和學生學習風氣等多方面。

綜合而言，機械原理課程線上教學的順利開展，需要教師依據課程特點綜合研判各類在線教學工具，結合學生實際情況選擇適宜的教學模式，同時要全面調整教學內容、教學方式、教學管理等教學設計，并根據教學進程中課堂反饋、學情變換等實時調整教學過程，從課前準備、課堂互動、課后拓展等環節著手，積極引導學生樹立正確的學習觀，激發學生學習興趣，進而提高課程教學質量。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 董穎博，林海.“雙萬計劃”背景下線下課程教學改革與實踐：以“礦業環境污染治理工程”課程為例[J].教育教學論壇，2020（43）：277-279.

[2] 廖雯琦，梁雪清.“雙萬計劃”下醫學類院?！按髮W英語”多元混合式教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2020（38）：164-165.

[3] 教育部. 疫情防控期間做好高校在線教學組織與管理工作[EB/OL].（2020-02-05）[2020-08-26]. http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202002/t20200205_418131.html.

[4] 趙燕.基于成果導向的機械原理課程改革研究[J].科技經濟導刊，2020（20）：118-119.

[5] 李樹珍，張亮，石磊，等.地方應用型本科機械原理課程教學改革探析[J].現代農業科技，2020（15）：262.

[6] 何麗紅，劉蘭，王先安，等.新工科背景下機械原理課程思政教學建設[J].科教文匯（中旬刊），2020（6）：81- 82.

[7] 彭翔，秦寶榮，李吉泉，等.面向工程能力培養的機械原理混合式課程教學改革研究[J].教育教學論壇，2020（23）：182-183.

[8] 陳珍珍，金明生，齊歡，等.基于翻轉課堂的“機械原理”課程項目式教學研究[J].教育教學論壇，2020（17）：240-241.

[9] 李瑞娟，周海波，鐘冠男，等.戰“疫”時期“病毒生物學”課程的教學調整與思考[J/OL].微生物學通報：1-8[2020-10-07].https：//doi.org/10.13344/j.microbiol.china.200258.

[10] 葛文杰. 中國大學MOOC（大型開放式網絡課程）—機械原理[DB/OL]. （2014-10-08） [2020-08-10]. http：//www.icourse163.org/course/NWPU-20007？tid=1206714212.

[11] 李穎峰.新形勢下高校專業課程教學質量評價與保障體系建設[J].中國電力教育，2019（12）：73-74.

［責任編輯：陳 明］