新工科背景下工程機械類課程慕課教學(xué)模式改革探索

陳一馨，惠記莊，張志峰，劉永生

（長安大學(xué) 工程機械學(xué)院，陜西 西安 710064）

新工科是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育改革方向。2016 年提出新工科概念以來，先后形成了“復(fù)旦共識”、“天大行動”和“北京指南”。新工科建設(shè)要培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，其明確的培養(yǎng)目標(biāo)和豐富的教學(xué)內(nèi)容要求在專業(yè)課程教育教學(xué)中注重提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度、學(xué)習(xí)效果和能力培養(yǎng)。慕課具有數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的全新教學(xué)形式和以學(xué)為本的教學(xué)價值取向。慕課與新工科均具有深度融合、開放教育、教育現(xiàn)代化及人本教育等特征，促使教師不得不思考如何進行課程教學(xué)方式和教學(xué)模式的變革，以積極適應(yīng)新工科建設(shè)的需求。羅大兵等人以機械設(shè)計課程教學(xué)為例，提出了慕課線上學(xué)習(xí)與項目式教學(xué)相結(jié)合的工科類課程教學(xué)模式。鄭書華等人提出了慕課+案例分析+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，并應(yīng)用到數(shù)控技術(shù)的教學(xué)中。陳硯等人探索了將慕課技術(shù)應(yīng)用到機械設(shè)計基礎(chǔ)實驗教學(xué)中，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。黃啟科等人利用“騰訊課堂+慕課”教學(xué)平臺，實踐了汽車構(gòu)造課程線上專題教學(xué)模式。

本文以工程機械專業(yè)基礎(chǔ)課程工程機械構(gòu)造課程為例，詳細闡述新工科背景下傳統(tǒng)工科專業(yè)教學(xué)模式改革的必要性、工程類課程慕課的“微課程“設(shè)計過程，采用啟迪式教學(xué)形式以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的能力，最后對課程的考核方式進行了設(shè)計。

一、教學(xué)模式改革的必要性

工程機械構(gòu)造課程作為機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對培養(yǎng)和提高學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力及綜合素質(zhì)具有重要的作用，為學(xué)生畢業(yè)后從事工程機械產(chǎn)品開發(fā)、公路機械化施工與管理等工作奠定堅實的理論基礎(chǔ)。工程機械構(gòu)造課程的傳統(tǒng)教學(xué)采用以教為主的課堂教學(xué)模式，教師充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，提前擬定詳細的教學(xué)日歷，安排教學(xué)內(nèi)容、設(shè)計教學(xué)方法、組織整個教學(xué)活動進程。

經(jīng)過教師多年的精心建設(shè)，工程機械構(gòu)造課程先后被確定為陜西省精品資源共享課程和陜西省精品在線開放課程，在課堂上以豐富多彩的多媒體課件和視頻的形式來展示課程內(nèi)容中機械結(jié)構(gòu)的組成和工作原理，課后增加了拆裝發(fā)動機及底盤等的實訓(xùn)環(huán)節(jié)，用以夯實課堂理論知識的掌握及增強學(xué)生的動手能力。然而，對標(biāo)新工科建設(shè)對人才培養(yǎng)的需求，該課程教學(xué)改革還存在一定的不足，表現(xiàn)在課堂教學(xué)的動態(tài)教學(xué)過程和調(diào)動學(xué)生積極思考的環(huán)節(jié)還有一定差距，和實踐環(huán)節(jié)有一定脫節(jié)。學(xué)生仍是在教師的引導(dǎo)下被動地參與課堂教學(xué)，積極性和主動性受到極大的限制，對知識的接受和理解不能達到融會貫通。

慕課有一套完整的教學(xué)模式和課程標(biāo)準(zhǔn)（包括講授、參與、討論、作業(yè)、反饋、評價、考核與證書發(fā)放），并具有易獲得性，可重復(fù)、強調(diào)學(xué)習(xí)的體驗和互動等基本特點，如圖1 所示。慕課的出現(xiàn)要求教師實現(xiàn)角色轉(zhuǎn)換，從主講者轉(zhuǎn)化為課程學(xué)習(xí)的設(shè)計者、指導(dǎo)者和啟發(fā)者，不僅要精心選擇和設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，還必須設(shè)計教學(xué)的互動環(huán)節(jié)和考核評價方式，積極參與論壇師生互動，成為學(xué)生學(xué)習(xí)、探求新知識和獲取新技能的合作者，疑難問題的解決者。慕課的“翻轉(zhuǎn)課堂”可以加快以教師為中心的教學(xué)模式向以學(xué)生為中心的新模式的轉(zhuǎn)變。如何將傳統(tǒng)課程資源與現(xiàn)代教育技術(shù)等有效利用來增強教師教學(xué)方式的適用性并充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，實現(xiàn)以學(xué)為本的教學(xué)價值，滿足新工科建設(shè)對課程的要求，已成為工程機械構(gòu)造課程教學(xué)改革研究的重要方向。

圖1 MOOC 課程特點

二、課程建設(shè)與改革內(nèi)容及評價體系

（一）課程架構(gòu)

工程機械構(gòu)造課程建設(shè)與改革及多要素評價體系具體方案如圖2 所示，課程建設(shè)與改革的內(nèi)容包含基于慕課的教學(xué)大綱、教學(xué)日歷的編撰，重點與難點內(nèi)容的課程視頻章節(jié)設(shè)定；精選教學(xué)案例，補充和優(yōu)化教材與電子資料；建設(shè)教學(xué)平臺，使教師可進行電子資源的管理、學(xué)生可在線學(xué)習(xí)與測驗、師生及學(xué)生之間可高效互動；引入先進的信息化技術(shù)改革教學(xué)方法，在課程內(nèi)容、教學(xué)案例及配套實踐環(huán)節(jié)著力，凝練課程視頻內(nèi)容，突出重點與難點；改進考核方法，建立完善的多要素學(xué)習(xí)效果評價體系；通過多方式線上互動、豐富的教學(xué)設(shè)計、課程與電子資料完善與設(shè)計，實現(xiàn)知識傳授、理論與實踐的有機結(jié)合。

圖2 課程建設(shè)與改革內(nèi)容及評價體系

（二）慕課的“微課程”設(shè)計

慕課的“微課程”，是教師緊扣教學(xué)目標(biāo)，借助于“系統(tǒng)設(shè)計”方法，按照課程的邏輯結(jié)構(gòu)將教學(xué)內(nèi)容分為若干較小的知識模塊，并組合為結(jié)構(gòu)明晰、內(nèi)容完整的微課程單元體系，如圖3 所示。按照課程標(biāo)準(zhǔn)的要求將知識模塊創(chuàng)作成教學(xué)微視頻，每個微單元視頻對應(yīng)一個主題內(nèi)容，有利于突出學(xué)習(xí)的重點。每個視頻中設(shè)計若干個測驗題或在視頻結(jié)束后留若干作業(yè)，學(xué)習(xí)者可以通過測驗和作業(yè)實時驗證知識的掌握程度。學(xué)習(xí)者在課程的學(xué)習(xí)論壇參與討論、相互解答問題、修改作業(yè)、互教互學(xué)等，教師可以清晰、全面地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，依據(jù)論壇互動情況選擇性回答難度系數(shù)較高的共性問題。這種教學(xué)模式對教師的課程熟悉程度、教學(xué)過程的把控能力提出了更高的要求。教師在設(shè)計和制作微單元視頻時，必須經(jīng)過精細的教學(xué)設(shè)計，合理適度安排教學(xué)內(nèi)容、精準(zhǔn)控制授課時間、巧妙設(shè)置難度適宜的測試問題和作業(yè)。教師在上課前將“微課程”在線視頻作為教學(xué)的線上環(huán)節(jié)，要求學(xué)生先在線“聽課”，線下課堂側(cè)重深入的分享、探討和問題解決。

圖3 慕課的“微理程”單元體系設(shè)計

根據(jù)工程機械構(gòu)造課程的教學(xué)目標(biāo)，以“工程機械動力傳遞路線”為主線，按照結(jié)構(gòu)組成由簡單到復(fù)雜、由單項到綜合的原則設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，將課程內(nèi)容劃分為現(xiàn)代工程機械發(fā)動機構(gòu)造、工程機械底盤構(gòu)造及工程機械結(jié)構(gòu)分析三大部分。將三大部分內(nèi)容細化為有梯度、層次分明的二級、三級問題，將結(jié)構(gòu)拆分為部件而后再拆成零件，最后對主要零件結(jié)構(gòu)進行分析講解，形成一個具有相對獨立而又相互關(guān)聯(lián)的“微單元”鏈。

以現(xiàn)代工程機械發(fā)動機構(gòu)造這個第一層次的問題為例。首先，概述發(fā)動機的工作原理、總體構(gòu)造、主要性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)特征，然后將第一層次的問題細化為曲柄連桿機構(gòu)與機體組件等七個具有并列關(guān)系的第二層次問題，共七個“微課程”教學(xué)單元。每個“微課程”教學(xué)單元作為一課時的教學(xué)內(nèi)容，形成一個二級層次問題“微課程”教學(xué)的問題邏輯體系。第二級層次問題中的曲柄連桿機構(gòu)與機體組件又可劃分為活塞連桿組、曲軸飛輪組以及機體組件三個具有并列關(guān)系的第三層次的問題，共有三個“微課程”教學(xué)單元。如此，課程被逐步劃分為較小的單元，從而形成一個層次分明的工程機械構(gòu)造“微課程”教學(xué)的邏輯體系。工程機械構(gòu)造課程作為實踐性很強的專業(yè)課程，教師可以選擇在合作企業(yè)或者實驗室完成視頻錄制，理論聯(lián)系實際進行講解，使得授課內(nèi)容立體形象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）教學(xué)平臺框架關(guān)鍵模塊

教學(xué)平臺框架包含用戶管理，學(xué)習(xí)、課程管理，課程資源管理，討論區(qū)及考試、作業(yè)五個關(guān)鍵模塊，如圖4 所示。

圖4 課程教學(xué)平臺組成

用戶管理模塊包含的功能有學(xué)生注冊、用戶創(chuàng)建、用戶管理、消息通知。

學(xué)習(xí)、課程管理模塊包含的功能有課堂資源、課程查看、課程學(xué)習(xí)、進度控制、課程問答、問題查看、課程測試和學(xué)習(xí)成績，可以實現(xiàn)學(xué)生在線瀏覽課程基本信息及學(xué)習(xí)進度的目的，安排在線學(xué)習(xí)、下載或瀏覽與該課時相關(guān)的課外資源并自動記錄學(xué)生學(xué)習(xí)時長；實現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中回答特定時間點的提問，互相提問與解答的目的。學(xué)生完成課時學(xué)習(xí)后可以進行測驗并綜合學(xué)習(xí)時長、問題回答狀況、章節(jié)測試及期末考試等多個要素給出成績。

課程資源模塊包含的功能有查看課程進度、資源管理、資源瀏覽和教學(xué)互動，可供教師管理課程各章節(jié)資源內(nèi)容，查看學(xué)生學(xué)習(xí)進度，與學(xué)生討論、答疑等互動；支持學(xué)生瀏覽課外資源，拓展知識，通過學(xué)生之間、師生之間的問題互動，增加提問的及時性和針對性。

討論區(qū)模塊包含的功能有論壇群組開通、論壇管理和動態(tài)推送。支持教師開設(shè)或發(fā)起討論區(qū)及群組，進行課程主題或知識點的提問，課程發(fā)布、問題討論等信息的動態(tài)推送。

考試、作業(yè)模塊包含的功能有考核方式、試題管理和課程考試。支持教師建立題庫，設(shè)置靈活的多要素評價的考核方式，可客觀評價學(xué)生學(xué)習(xí)狀況；學(xué)生完成學(xué)習(xí)后進行課程考試，測驗結(jié)束即給出成績。

三、教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新

（一）采用啟迪式教學(xué)，開啟學(xué)生思維心智之門，以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

新工科背景下，工程機械類課程教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力及專業(yè)技能培養(yǎng)是教學(xué)的關(guān)鍵目標(biāo)之一，工程機械類慕課課程資源建設(shè)必須服務(wù)于專業(yè)建設(shè)。緊緊圍繞培養(yǎng)大學(xué)生專業(yè)技能，根據(jù)課程目標(biāo)組織教學(xué)內(nèi)容，通過已建立的工程機械類慕課課程平臺，將課程電子教材、教案、習(xí)題、課件、實驗指導(dǎo)和參考文獻等教學(xué)資源在網(wǎng)上運行，以便學(xué)生學(xué)習(xí)，使網(wǎng)絡(luò)教學(xué)成為課堂的延伸。利用討論區(qū)及作業(yè)互評等互動環(huán)節(jié)，在時間和空間上延伸了教學(xué)，通過互動增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，實現(xiàn)知識的動態(tài)傳輸和反饋。

在教學(xué)中要突出體現(xiàn)工程機械結(jié)構(gòu)設(shè)計能力的培養(yǎng)。以工程機械企業(yè)的工作崗位對學(xué)生能力需求為依據(jù)確定教學(xué)目標(biāo)，在慕課教學(xué)中將教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系起來，建立完善包括講授、討論、測驗、作業(yè)、反饋、考核的課程體系，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生工程機械結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，提高創(chuàng)新能力。以企業(yè)工程機械產(chǎn)品為實訓(xùn)對象，在理論教學(xué)后組織實訓(xùn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能及動手能力。

（二）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)生的思維空間

好奇心和求知欲是創(chuàng)造性思維的前提。教師精心制作慕課微視頻，借助三維動畫形象講解，利用平臺和課堂互動對學(xué)生進行耐心引導(dǎo)，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

由于工程機械構(gòu)造的可模擬性和可操作性均較強，在教學(xué)過程中采取工學(xué)交替、任務(wù)驅(qū)動、動畫演示、拆裝實習(xí)等有利于增強學(xué)生能力的教學(xué)模式，使授課內(nèi)容立體、形象和直觀，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。靈活運用實例分析、分組討論、啟發(fā)引導(dǎo)等教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、樂于實踐，提高教學(xué)效果。

（三）倡導(dǎo)自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決問題的能力

在教學(xué)內(nèi)容的組織上實行理論教學(xué)轉(zhuǎn)化為慕課在線課程、隨堂專項答疑及綜合實訓(xùn)教學(xué)相結(jié)合。以工程機械實際應(yīng)用的結(jié)構(gòu)為載體組織教學(xué)內(nèi)容，搜集工程機械新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)，將素材貫穿整個教學(xué)設(shè)計與能力訓(xùn)練過程，實現(xiàn)知識與實踐的有效結(jié)合。

倡導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)性自學(xué)可以使學(xué)生在課前對課程中的難點提前設(shè)疑，提高聽課效率。通過課程設(shè)計及實訓(xùn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析、解決問題及動手操作能力，引導(dǎo)學(xué)生把學(xué)習(xí)過程看成是提出問題、分析問題和解決問題的過程。

（四）考核的設(shè)計與創(chuàng)新

采取過程考核與目標(biāo)考核相結(jié)合的方式，建立多要素的學(xué)習(xí)評價體系。過程考核由出勤（10%）、論壇互動（10%）、作業(yè)及其互評（10%）、隨堂測試（10%）、實踐試驗（10%）組成，目標(biāo)考核由期末階段測驗（50%）組成。通過學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)表現(xiàn)、出勤狀況、課堂參與任務(wù)情況、完成報告的質(zhì)量、考試測評等全面考核學(xué)生能力與素質(zhì)水平。為解決好理論學(xué)習(xí)與實際工作的脫節(jié)，將實訓(xùn)拆裝過程完成的成果直接作為課程考核的依據(jù)，以培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力，又較好地培養(yǎng)了學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣與動力。

四、結(jié)束語

新工科建設(shè)強調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力及分析和解決問題能力的培養(yǎng)，對專業(yè)課的教學(xué)方法和教學(xué)模式提出了新的要求。對于傳統(tǒng)工科專業(yè)課程，特別是實踐性較強的課程，在線課程不可能完全取代傳統(tǒng)課堂，本文對結(jié)合了慕課教學(xué)模式的混合式教學(xué)方法進行探索實踐，提出工程機械類課程可采用課堂教學(xué)模式與慕課教學(xué)模式相結(jié)合的混合式教學(xué)方法，并利用該方法對工程機械構(gòu)造課程進行了慕課課程體系設(shè)計、“微課程”設(shè)計，闡述了課程建設(shè)、課堂教學(xué)改革、學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)以及考核評價設(shè)計等方面的思考。該方法提高了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)了學(xué)生分析解決問題的能力及創(chuàng)新實踐能力。