SPOC混合式教學在機械原理課程教學中的應用

摘要：伴隨互聯網技術的飛速發展，以計算機為媒介的線上和線下教學相結合的教學得到教育界越來越廣泛的關注。文章以機械類專業機械原理課程為例，基于“一致性建構”課程設計概念，探索SPOC混合式教學模式在該課程中的應用。課前，教師在線上平臺上傳學習資料，學生線上進行課前預習。課堂活動采用線上線下相結合的方式，提高學生在課堂學習中的主體意識，幫助學生進行主動知識建構。課后，師生持續構建線上的探究學習社群。旨在為同行進一步推進基于SPOC混合式教學模式進行“以學為中心”的課程實踐提供參考。

關鍵詞：SPOC；混合式教學；一致性建構；機械原理

伴隨互聯網技術的飛速發展，傳統課堂教學模式面臨著“慕課”“翻轉課堂”“微課”等的挑戰。由于新生一代在成長過程中對智能終端的使用習慣，學生的泛在學習需求與傳統課堂教學特定時空限制之間的矛盾日益凸顯。以計算機為媒介的線上學習和線下面對面課堂教學相結合的混合式教學方式得到當今教育界越來越廣泛的關注。在混合式教學模式當中，小規模私有在線課程［1］即基于SPOC（smallprivateonlinecourse）的混合式教學”［2］，其在大學混合式教學實踐中取得良好效果。以“慕課”“微課”“虛擬仿真實驗室”等為代表的在線資源，由于其學習方式以異步的文本、圖片或視頻資料等的自主學習為主，學生可根據自己的認知水平把握學習進度，這將大大降低學生的認知負擔，減弱依靠短時記憶處理大量事實和觀點的需求，為學生提供足夠的有利條件處理信息以進行知識建構［3］。但由于在線方式相比面對面課堂教學方式缺乏社交線索，不利于參與者產生歸屬感以及相互之間構筑情感紐帶［4］。SPOC混合式教學重新定義了教師的作用，創新了教學模式并能夠賦予學生完整、深入的學習體驗，提高了課程的完成率［5］。實踐證明，采取線上線下相結合的基于SPOC的混合式教學模式，可以將在線課程和課堂教學的優勢相結合［6-9］：教師通過選取適當的內容作為線上部分，降低了課堂教學過程的時間成本，同時，學生的學習過程在教師的引導和監督下完成，學生課程學習的完成度得到了保障。

“一致性建構”由澳大利亞教育心理學家約翰·比格斯（JohnBiggs）提出，作為課程設計的基本原則，它整合了“一致性”和“建構主義”兩個概念［10］。在教學系統中的各個組成部分，特別是所用的教學方法和評價任務，要與學習目標有直接的關系，保持一致。在建構學習中，學生不是簡單被動地接收信息，而是主動地建構知識的意義，學習過程是學生主動建構知識的過程。

本文針對專業基礎課機械原理課程，基于“一致性建構”課程設計概念，進行了SPOC混合式教學方案的實踐應用。在線上部分，安排學生完成基本概念的學習與理解，在線上平臺實現作業、課前測試和隨堂練習的發放、提交和批改，實時掌握學生學習動態并對教學過程實現記錄評估。在課堂教學環節，充分發揮面對面課堂教學的優勢，強化學生對重難點的理解以及理論知識的應用。制定合理評價體系，在線上平臺進行作業、課前測試和章節測試的發放、提交和批改，實時掌握學生學習動態并對教學過程實現記錄評估。對學生適時發放調查問卷并進行訪談，教學團隊定期溝通，對教學效果進行全方位的把控，并將學生學習效果反饋至課程的優化設計。

一、教學設計要求

機械原理課程是機械專業的專業基礎課程，是機械專業研究機械共性問題的一門主干技術基礎課。該課程建立在以高等數學、大學物理、理論力學等基礎課程構建的理論體系基礎上，所研究的問題相對基礎課程更接近工程實際［11］。同時相比專業課程，機械原理研究的重點是機械具有的共性問題，具有更寬的研究范圍及普適性。

本科生專業基礎課程既是專業課程的理論基礎，又是基礎課程向專業的延伸，其在基礎課和專業課之間起著承上啟下的作用，在本科生專業教學體系中占有非常重要的地位。對于專業基礎課課程的學習，一方面，要求學生具備一定的綜合分析能力，在教師有針對性的引導下，利用理論知識基礎在實踐中觀察現象，發現問題，提出問題并嘗試解決問題；另一方面，由于專業基礎課所涵蓋的學科知識具有相對穩定的核心部分以及發展較快的技術前沿，而教材等資料由于出版周期等原因往往有滯后，需要學生具備一定的信息檢索能力。因此，機械原理作為機械類本科生一門重要的專業基礎課程，具備混合式課程教學的適用性特點。

專業基礎課程的教學設計需要充分調動學生的積極性，理論結合實際，將基礎課的理論與工程實踐有機融合，充分鍛煉學生解決復雜工程問題的綜合能力，培養學生綜合考慮問題的高級思維，體現出課程的“高階性”。同時，課程內容需保證前沿性和時代性，通過與信息化技術相結合進行混合式教學，呈現出教學模式的先進性和互動性，使學生充分參與其中，在兼顧教學內容、教學模式、教學過程“創新性”基礎上，力爭獲得探究性和個性化的學習效果。另外，本課程在抽象理論的基礎上注重理論結合實踐，課程內容具有一定的難度，一方面，要求授課教師具備扎實的數學物理基礎，同時能夠結合課程特點進行教學資料的更新迭代，高質量備課；另一方面，要求學生在理解理論知識的基礎上充分發揮主觀能動性，完成具有“挑戰度”的課程內容學習。

二、教學方案設計

課堂面對面教學前，教師在線上平臺發布學習目標、學習內容、重點難點、知識框架，使學生對學習內容在課堂教學前建立概括性了解，構建知識體系的認知版圖。同時在線上平臺上傳包含教學內容的PPT、視頻，學習方式以文本、圖片或視頻資料等的自主學習為主，學生可根據自身認知水平把握學習進度，進行線上學習。

通過線上線下相結合的方式完成課堂學習，此階段教師鼓勵學生進行口頭表達和線上答題反饋學習效果，通過教師精講和師生互動，針對課程的重難點進行課堂學習，同時根據學生談論結果和線上答題統計數據結果對學生共性問題進行指導，使課堂學習更有針對性。鼓勵學生根據教師提出的問題進行小組間談論，實現生生互動，對于個別學生在學習過程中的疑問進行師生互動，并通過課堂PPT、視頻、線上測評和搶答等實現學習者和學習內容之間的互動。使學生根據自己的已有知識及經驗背景，對外部信息進行選擇、加工和處理，生成自己的理解，實現“以學為中心”的知識建構。

課堂考查評價圍繞學習目標開展，學習活動與學習測評保持一致，學習測評以客觀題為主，強調知識學習。課堂討論設置開放討論題目，討論題目為教師根據往年教學反饋結果擬定，通過師生、生生間針對開放問題的分析討論，培養學生觀察、分析問題的能力，學生經過傾聽、溝通，相互支持，共同成長，使學生在建構知識的同時建立對該專業課程的興趣，實現能力和情感價值學習目標的達成。

課后教師在線上學習平臺布置作業，作業內容的安排遵循一致性原則，內容圍繞教學目標進行設定，難度有分層，兼顧重點知識的靈活應用和難點知識具有挑戰度的練習，使學生在完成作業的過程中，針對課堂內容查漏補缺，繼續完善知識建構。教師通過線上平臺批改學生作業，將批改結果反饋學生，并根據平臺數據統計了解學生學習目標達成情況，實時掌握學生學習動態并對教學過程實現記錄評估。評估結果可作為下一輪教學方案設計的參考依據，實現課程方案設計的可持續優化迭代。同時，教師在線上學習平臺上傳擴展自學內容，鼓勵學生自主學習拓展內容，并通過學生留言反饋，繼續構建線上探究學習社群，適時通過調查問卷、訪談等形式了解學生在混合式教學模式下的學習體驗和感受，并保持課程教學團隊的定期溝通，對教學效果進行全方位的把控，從而反饋至課程的優化設計，實現課程的持續改進。

三、SPOC混合式課程教學實踐案例

本部分內容以“平面機構結構分析”為例，開展了SPOC混合教學模式在機械原理課程教學方案設計和實踐中的應用。

課前在線上平臺上傳教學大綱、課程基本內容、知識框架圖、教學內容的PPT、視頻等內容。下表是以“平面機構結構分析”為例，列出該學習單元在線上平臺發布的包含學習目標、學習內容和重難點的課程基本內容，方便學生在課前清晰把握該單元內容的學習要求。圖1是該學習單元的知識框架，幫助學生在課堂教學前了解該學習單元的知識脈絡，并將其納入機械基礎課程知識體系的個人認知版圖之中。

“機構組成原理與結構分析”學習單元的課堂教學設計包含復習回顧、課前診斷、重難點內容教學、歸納總結以及內容拓展。每個教學環節根據教學內容的需求，安排相應的教師活動和學生活動，活動的安排遵循一致性建構原則，圍繞學習目標，教學活動均與學習目標有直接關系，幫助學生主動地建構知識的意義，將學習過程從學生被動接受信息轉化為學生主動建構知識的過程。

在復習和課前診斷環節，學生首先在教師的引導下結合PPT討論復習平面機構自由度的內容，并在線上平臺進行平面機構自由度計算的習題作答，之后結合PPT、動畫及教師講解回顧線上平面機構組成原理的學習內容，并在線上平臺完成課前測試題。教師通過機構自由度計算習題和課前測試題的作答情況，統計分析結果，為學生查漏補缺。

在課程重點難點內容教學環節，針對教學重點平面機構的組成原理，教師發布討論任務：討論桿件組的自由度，以及能否將同一桿組的外接副連接于同一構件（機架除外）上，引導學生根據線上學習內容進行分組討論并得出小組結論。針對教學重點平面機構的結構分析，結合PPT，學生跟隨教師講解，通過自由度計算公式理解基本桿組概念并認識典型桿組形式，之后學生在教師引導下思考是否存在包含兩個內接副和一個外接副的Ⅱ級桿組，以及Ⅱ級桿組的兩個外接副是否可以在同一構件上，并口述發表個人看法。針對教學難點，教師在線上平臺發布簡單機構拆分習題的搶答，并根據學生答題情況為其加課堂表現分；結合PPT介紹結構分析的目的和方法，并結合流程圖介紹結構分析的步驟；結合案例分析——破碎機的拆分，進一步深入講解平面機構結構分析的方法和步驟；通過機構實例提高學生機構結構分析的能力；通過指定不同的原動件，提升習題的深度，幫助學生進一步理解機構的結構分析方法。

最后，學生在教師引導下，結合PPT對課堂學習內容進行歸納總結。教師在線上平臺上傳課后作業以及擴展自學內容——采用探討模塊法搭建復雜機構。

“機構組成原理與結構分析”學習測評及作業題目如下：

（1）課前測試題：

復習考查目標：平面機構自由度的計算。

選擇題：在平面內，運動副所提供的約束是（）個。

A.0B.2C.3 D.1或2

判斷題：一個自由構件具有3個自由度。（）

計算題：計算下圖（見圖2）所示機構的自由度。

考查目標：平面機構的組成原理。

判斷題：任何機構都是由機架、原動件和若干自由度為零的桿組組成。（）

判斷題：任何機構的從動件系統的自由度都等于零。（）

（2）課堂測試題：

考查目標：平面機構分析方法。

分析題：請對以下機構進行結構分析，說明其組成原理，判斷機構的級別和所含桿組的數目。

（3）課后作業：

考查目標：平面機構組成原理和結構分析方法。

分析題1：請對以下機構（如圖3）進行結構分析，說明其組成原理，判斷機構的級別和所含桿組的數目，并討論，當主動件更換為構件4時，機構的級別是否發生變化。

分析題2：請同學們在日常生活中找一個平面連桿機構的應用，繪制其運動簡圖并分析機構組成。

結語

本文基于SPOC混合式教學，按照一致性建構原則，進行了機械原理課程的教學方案設計和教學實踐應用。課前教師在線上學習平臺上傳學習目標、學習內容、重點難點、知識框架，包含教學內容的PPT、視頻，學生線上進行課前預習。課堂教學活動采用線上線下相結合的方式，提高學生在課堂學習過程的參與度，幫助學生建立學習過程中的主體意識。課后通過作業、自主學習內容發放，繼續構建線上持續的探究學習社群。后續擬持續系統改進機械原理課程的教學設計，以實現“以學為中心”的課程設計和教學改革，打造具有高階性、創新性和具有挑戰度的一流本科生專業基礎課程。

參考文獻：

［1］徐葳，賈永政，阿曼多·福克斯，等.從MOOC到SPOC——基于加州大學伯克利分校和清華大學MOOC實踐的學術對話［J］.現代遠程教育研究，2014（04）：13-22.

［2］王祖源，張睿，顧牡，等.基于SPOC的大學物理課程混合式教學設計與實踐［J］.物理與工程，2018，28（04）：3-19.

［3］RobertH，HalaA.AContentAnalyticComparisonofLearningProcessesinOnlineandFace-to-FaceCaseStudyDiscussions［J］.JournalofComputerMediatedCommunication（2）：2.