機械原理類課程線上混合式教學方式探索與實踐*

李映君 王桂從 張明遠 李發(fā)家

濟南大學機械工程學院 濟南 250022

0 引言

機械原理類課程是國內(nèi)外具有工科背景的院校機械類專業(yè)和近機械類專業(yè)一門具有很強的工程性、實踐性和應用性的最重要的專業(yè)技術基礎課之一。作為機械類學生接觸的第一門培養(yǎng)學生機械認識和思維的基礎專業(yè)課，學生了解認識機械，掌握常用平面機構運動簡圖繪制方法、運動分析方法、平面機構設計、凸輪機構、齒輪機構等基礎知識和原理，掌握應用學過的專業(yè)知識對機構求解、設計、實驗等機械專業(yè)的基礎理論和方法，培養(yǎng)學生的機械思維、機構創(chuàng)新和系統(tǒng)創(chuàng)新的能力，從而具備對復雜工程問題進行識別、判斷、分析、解決、設計、實驗的能力，為后續(xù)機械設計等機械類專業(yè)課程打下堅實的理論基礎，增強學生對機械技術工作的適應性，對學生日后的工作、科研具有重要的指導意義。

1 機械原理課程教學現(xiàn)狀

與其他高校相比，筆者所在學校機械原理課程經(jīng)過多年變革，現(xiàn)學時調(diào)整為42 理論學時和6 學時實驗。機械原理是面向大學二年級第二學期學生開的一門理論性、實踐性、獨立性和邏輯性非常強的課程，與日常生產(chǎn)生活實際中廣泛應用的機械實踐聯(lián)系非常緊密。課程知識點多、學習難度大，各知識點之間要融會貫通，而且各章內(nèi)容彼此獨立，前后聯(lián)系不甚密切，在“新工科”建設要求重點培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的背景下，對學生提出了“學以致用”的較高要求，不要求死記硬背，關鍵在于理解，重點在于應用。傳統(tǒng)機械原理授課過程中教學任務重而授課課時少，而且教學過程中多以教師講—學生聽的課堂填鴨式講授為主，無法充分調(diào)動和激發(fā)學生學習的積極性、主動性和獨創(chuàng)性，難以完全起到體現(xiàn)以學生為中心的教學理念，學生難以在課堂及時理解知識導致課堂參與度較低。教學過程中，教師也只能通過課堂提問和課后作業(yè)的方式來把控學生學習效果，課堂教學難以給學生提供足夠自學和鞏固知識的時間，對于教師提出的問題討論不夠積極和充分[1]。

2 機械原理在線教學平臺搭建

采用線上+線下的混合式教學模式拓寬學生的學習途徑和方法，將教師主導模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生主導模式，課程組構建了在線教學平臺（學習通）+課堂重難點講解的機械原理網(wǎng)絡教學平臺的總體框架（圖1 所示），并在濟南大學教務處網(wǎng)絡教學綜合平臺的基礎上開發(fā)和實現(xiàn)了機械原理網(wǎng)絡教學應用平臺，為廣大師生提供了一種自主式、開放式、立體式的教學環(huán)境，有效地突破了時域和地域的限制。

圖1 教學體系構建

圖2 資源基礎統(tǒng)計數(shù)據(jù)

在線教學平臺課程包含課程介紹、學習指南、教學目標、成績組成、試題庫、試卷庫、各章節(jié)理論課、作業(yè)、通知、課程問卷、答疑討論等內(nèi)容。另外，還有大量與機械相關的圖片、視頻、動畫等課程資源。理論課程內(nèi)容包括各章節(jié)的PPT 演示文稿、重點難點提醒、視頻微課、單元匯總、章節(jié)測驗等內(nèi)容。通過學習通上的PPT 課件、視頻、教材、習題等模塊組織學生進行線上學習，結合學生網(wǎng)絡學習注意力的特點，將課堂進行10 ～15 分鐘微課式內(nèi)容的切割，視頻資源總數(shù)176 個，總時長2517 分鐘，非視頻資源358 個。基于超星爾雅平臺技術，建立了完善的習題庫，包括填空題、判斷題、選擇題、簡答題、計算題等500 余道試題，題型量多、題型豐富，方便學生課堂測驗、布置課后作業(yè)、進行章節(jié)測驗和考試環(huán)節(jié)等，可以實現(xiàn)題型亂序和隨機選題，其中客觀題可自動批閱，主觀題由教師批閱。

學生學習完視頻課程內(nèi)容后，完成老師在超星學習通APP 中布置的簽到、選人、投票、搶答、評分、討論、問卷、隨堂練習、分組任務等多種形式的課堂活動，通過問卷和評分環(huán)節(jié)把控學生的知識點掌握情況，不斷改進教學方法和調(diào)整教學內(nèi)容。在學生完成各章學習任務后，發(fā)布本章填空、選擇和判斷為主的測驗，老師通過對在線測試結果匯總，及時關注學生的線上學習數(shù)據(jù)，分析學生的線上學習行為，教師查看學生在線學習數(shù)據(jù)的記錄，及時督促進度較慢學生，在課堂中作為師生互動、重點提問和隨機隨時提問的對象。每章內(nèi)容學習完成后，通過學習平臺及時發(fā)布課后作業(yè)，作業(yè)主要是簡答題、作圖題和計算題等主觀題。學生通過課前網(wǎng)絡自主學習、課堂聽講和課后復習鞏固不同學習方式的配合，對機械原理授課內(nèi)容的學習形成了整體性和立體化，具備初步的常用機械機構設計能力，并能將所學知識用以解決實際復雜工程問題。通過混合式教學，教師與學生之間可以搭建起一種教和學穩(wěn)定且有效的教學模式，從而真正實現(xiàn)“以學生為中心”的教學理念。根據(jù)新的教學模式制定了新的考核機制，降低期末考試在課程考核中所占的權重，加強在線上教學效果的考核包括章節(jié)學習次數(shù)、討論、章節(jié)測驗、作業(yè)和課堂互動等學習全過程各環(huán)節(jié)的考核權重，避免部分學生通過學期末集中學習也能通過考試，但對課程知識的理解和把握不足現(xiàn)象，從而對學生學習過程有效把控[2-3]。

3 課程思政教育內(nèi)容建設

課程思政是當前高校各專業(yè)課程改革的新趨勢。與其他專業(yè)相比，機械專業(yè)更側重于工程技術，當前國內(nèi)外機械行業(yè)普遍存在工作環(huán)境較差，發(fā)展?jié)摿Σ桓撸劫Y待遇較低等狀況，導致本科畢業(yè)生選擇從事與機械行業(yè)相關專業(yè)崗位的主觀意愿不強，因此缺少對專業(yè)課程學習熱情，甚至部分學生選擇跨專業(yè)考研。國內(nèi)部分高校存在部分教師在教學時重教書輕育人現(xiàn)象，只側重知識傳授和能力培養(yǎng)，對學生的三觀、法治意識、責任感、職業(yè)道德及愛國情懷等人文關懷方面的培養(yǎng)缺乏關注[4-5]。為響應習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上的講話精神，濟南大學機械原理課程組從立德樹人角度出發(fā)，進行了機械原理類課程思想政治建設，以愛黨、愛國為主線，圍繞家國情懷、文化素養(yǎng)等從多角度多層次挖掘機械原理課程中的思政元素，建立機械原理課程內(nèi)容思政元素共享數(shù)據(jù)庫，圖3 所示為機械原理課程教學內(nèi)容思政元素挖掘的思路。

新時代大學生普遍具有獨立自主思想，為充分發(fā)揮高校思想政治工作融入專業(yè)知識授課的作用，提升課程“才”與“德”兼顧育人實效，課程組立足于混合式教學模式改革，轉(zhuǎn)變教育理念，實施專業(yè)育人，線上線下融入思政元素優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，融入德育環(huán)節(jié)完善考核方式等，培養(yǎng)學生的社會責任感和使命感，樹立正確的三觀，把理想信念、職業(yè)道德、工匠精神、奉獻社會等思想政治教育要素納入課程體系中。采用教師主導—學生為主體的案例式、啟發(fā)式和互動式相結合混合式教學方法，以實際案例（例如口罩生產(chǎn)設備、醫(yī)用設備、絨布生產(chǎn)設備等）促進學生學習的興趣，在線教學平臺添加例如《大國重器》《大國工匠》等紀錄片，使學生有機會了解和掌握現(xiàn)代先進的機械系統(tǒng)分析與設計方法，彌補學生理論與實踐知識結合不足的現(xiàn)實，培養(yǎng)學生精益求精的工匠精神，熏陶大學生民族自豪感和樹立家國情懷，同時提高課堂教學效果，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設計能力、獨立分析和解決問題能力。

4 改革存在的主要問題及解決方案

首先，學生積極性有待提高。由于大部分學生初次使用在線教學平臺，盡管授課教師多次提醒學生需要及時完成布置的任務點，有時會因為時間管控不合理，未能按時完成課程預習和課堂活動等任務。因此，授課教師通過多次督促，發(fā)布通知等方式，及時提醒學生，發(fā)放簽到總數(shù)126（次），參與簽到總數(shù)8 119（人次）；發(fā)放投票總數(shù)24（次），參與投票總數(shù)1 247（人次）；發(fā)放問卷總數(shù)166（次），參與問卷總數(shù)8 490（人次）。此外，部分任務點設置時間節(jié)點，學生須在規(guī)定時間提交作業(yè)、完成任務點等。以上措施對學生學習該課程積極性起到了一定的效果。

其次，學生挑戰(zhàn)性有待提高。課程改革之前，學生平時成績考核比較單一，僅包括課堂考勤和課后作業(yè)，學生只要完成作業(yè)，保證一定的出勤率，就比較容易拿到平時成績。改革后，平時成績由作業(yè)、課堂互動、視頻任務點、章節(jié)測驗等組成。學生普遍反應任務多了，拿分不容易，挑戰(zhàn)度得到提高。同時課堂活動增加了隨堂測驗，學生需要對剛學習的知識點熟練掌握，本年度發(fā)放隨堂練習總數(shù)101（次），參與隨堂練習總數(shù)5 585（人次）。以上措施對學生學習該課程挑戰(zhàn)度起到了一定的效果。

最后，學生平時成績公平性有待提高。本課程面向本科二年級學生，學生的成績對評獎學金和保送研究生具有重要的影響作用，學生更關注平時成績?nèi)昙壒叫浴Ｒ虼耍P者對所有班級學生平時成績通過在線學習平臺進行統(tǒng)計，所有的視頻、章節(jié)測驗等任務點以及每位授課教師的課堂活動做到全年級統(tǒng)一，平時成績權重也相同。學生普遍反應平時成績更客觀、更公平。以上措施對學生學習該課程平時成績公平性起到了一定的效果。

5 機械原理在線教學平臺實踐效果

教學實踐表明，教師無法通過線上教學學生的表現(xiàn)全面了解學生對課程知識的掌握情況，通過混合式教學，可以對教師提前發(fā)布的導學內(nèi)容進行自主學習，學生普遍反映課前、課后自主學習放寬了學習時域和地域的限制，通過學習通平時成績組成，提高了自我學習能力和學習積極性，線下課堂教學又進一步學習、鞏固和加深了在自主學習中難以理解的問題。通過對機械工程學院2018—2020 年級機械工程、車輛工程、智能制造、機械設計制造及自動化等專業(yè)共計約1 200 人的學習效果進行分析，在線教學平臺點擊率達到440 萬余次。雖然考核的內(nèi)容增加了，但是考核的比重卻分散了，學生對知識的掌握程度和自主學習的能力反而得到了大幅度提高，學生取得了比以往更好的學習成績，優(yōu)良率達到57%，及格率達到97%，將思政引導引入課堂教學和在線教學，通過中國古近代文明史和《大國重器》等具有明確背景的機械專業(yè)工程實際案例以及創(chuàng)新設計分組任務，增強了學生團隊感和協(xié)作精神，明顯提高了學生學習的積極性和主動性以及創(chuàng)新能力和意識。