基于数字化教材的“工程机械”课程混合教学设计与效果分析

沈嵘枫，周冉

（福建农林大学 交通与土木工程学院，福建 福州350002）

0 引言

近年来，随着信息技术的成熟，混合教学理念在整个教育界颇为盛行。混合教学模式即线下的课堂教学（面授），加上多元化的数字化资源平台进行线上教学，两种形式进行优化组合，是融合了线上、线下二者优势的一种互补教学模式[1-2]。混合教学模式具有信息化教学资源充足、教学媒介丰富的优点，使得课程可以具有教学资源丰富、传播灵活高效（即教学效率高）等好处，学生可以对课程知识与相应实际有直观形象的理解。实现课程的混合教学，有利于教育信息化，即实际教学过程的信息化；有利于老师和学生提高信息基本素养，如课程知识的信息化获取、分析、加工；有利于工程教育面向实际、面向未来、面向世界，培养出更加适应社会发展需求的人才[3-4]。

“工程机械”课程当前的教学模式存在课堂容量小、学生对机械装备原理难以理解、对装备实体等没有概念等问题；另外，当前的实际教学过程中师生存在信息技术运用目的不明确、方式不灵活、应用层次不高等问题，导致诸多资源的浪费；最重要的一点是：如何将已有的工程机械课程教学模式转变为新的教学模式，这些都促使着工程机械课程必须进行教学改革。因此，本研究针对当前教学模式的不足与课程教学的要求，抓住混合教学的优点，对应用符合“工程机械”课程要求及匹配信息技术于课堂教学的数字化教材、摸索课程混合教学模式两个方面进行了设计与分析探究。

1 工程机械数字化教材的混合教学设计理念及应用

1.1 数字化教材混合教学设计理念

1.1.1 应用原则

数字化教材是将传统教材数字化，即包含多媒体教材和在线教学辅助模式。其核心在于对课程教学内容的优化组合，可以通过图片、音频、视频、网络等多种媒体优化设计后向学习者表达课程内容。

①继承性原则：数字化教材应用是将传统纸质教材内容数字化处理过程中，不是简简单单地将原有纸质教材内容录入；而是在尊重传统教材的基础上批判性地继承老教材，在不降低课程教学要求的前提下删减无营养部分，应用逻辑顺序合理、结构层次分明的数字化教材。

②发展性原则：根据新工科建设指南和学生自身需求，利用混合教学的优势，应用的数字化教材可以利用多元化的新兴资源；在富媒体的支撑下，可以动态地展示和更新优秀的网络工程机械文化、本课程相关的前沿讯息等，这样的教材内容和变换方式亦有助于延长教材的生命力。

1.1.2 教学策略

①多轨道混合教学：[5]应用“工程机械”课程数字化教材，教学将不再仅仅局限于线下的面对面讲授课堂教学，而是有了更多的选择余地；例如：MOOC[6]（Massive Open Online Courses）、SPOC（Small Private Online Course）、借助一些直播平台进行教学，如：线下课堂和MOOC两种形式混合[7]，教师需事先将线上课堂录制、教案编写等事项完成，课前将数字化教材与前二者同时上传至相关平台，学生课前更多的是提前预习，这时学生是对新东西的自主学习和独立思考；如果有盲点和疑惑，线下课堂中教师可以安排有针对性的辅导，有的放矢，接着就可以对课程目标中的重难点进行教学；线下课堂结束后，在平台上学生仍然可以通过教案内的重难点清单等对课程进行复习相关事宜。SPOC、线下形式的混合与之类似，而直播与线下课堂的混合还多了录课平台所欠缺的教学互动、课堂交流等。无论哪种平台与传统课堂结合，首要的是将线上平台运用到教学中。

②侧重点混合教学：线上教学的巨大优势在于学生自我主导学习。很多时候自己可以决定学习的时空，学习的对象，而且数字化教材和其他教学电子档资料相比有着节约纸质资源、便于传输和存储、可多样化展示（图片、动画、音视频）等优点，其各方面的灵活性对于传统教学资料来说是无可比拟的；但传统教学也有不可替代的作用，教师对课堂的掌控、精神的传递，如师生面对面的情感交流、气氛感染等；这就是为什么混合教学模式可以有多种实行方式，如翻转课堂、远程混合教学、基于特有目标的混合教学等等；而具体采用哪种混合形式便需要结合课程教学目标来定，这也就是所谓的侧重点混合教学，对于线上和线下其中一种形式必须具有侧重性[8]。

1.2 数字化教材的混合教学应用

1.2.1 基于MOOC平台的线上教学介绍

①课前阶段：[9]学生学习MOOC平台线上的数字化教材，知识点初步理解

在课前阶段，教师利用MOOC平台录制与上传视频教程（分课前、课后），视频中提炼章节基本知识点，学生对照数字化教材自主学习，并且安排学生完成相关数字资源查阅任务，布置在线作业，学生按课前任务清单阅览课程各节小视频，在完成线上作业与相关活动后，可对本章内容有一个初步的认知；在此过程中，学生自我主导学习。

②课中阶段：课堂利用数字化教材面对面教学，深入认知与领会

学生在课前已经看过了章节MOOC视频，学生已经对本章内容整体上有了初步的把握。在课堂这个环节，首先，教师需要先对学生的课前自主学习进行考察，以分节提问的形式对学生摸底，教师可以将学生小单位分组，然后小组内、组间相互答疑；最后教师就学生无法解决的课前阶段各种问题进行集中答复；其次，教师依据课前学习任务清单对课前内容进行课堂内复盘，加深学生对本章内容基本知识点的认知；最后，除了纸质教材，教师根据课堂任务清单再次利用数字化教材讲解重点内容与提升知识点，如动力系统的工作原理，并且留下课后思考、数字资源拓展阅读部分等，以助学生巩固知识。

③课后阶段：知识消化，掌握与运用

学生在课后进行扫尾完成教师留下的课后思考、拓展阅读部分，对无法解决的部分同学之间先自行线上、线下交流；如果仍然无法解决这部分疑难点，则可以再次登录MOOC平台，观看相关部分的课后解答视频与在线咨询教师答疑板块。学生在掌握本章各节内容后，即可参加学校组织相关内容的实践课，最后可以达到知识灵活地运用在实际中。

1.2.2 基于线下课堂的教学案例介绍

教学设计案例：以“工程机械”课程混合教学进行预设计，[10-11]选取第二章第二节四冲程与二冲程内燃机的工作原理作为示范（该数字化教材以林波等主编的《内燃机构造》为主要参考制作）；如图1

图1 教学流程图

2 以AMOS软件对基于数字化教材的混合教学效果分析

2.1 AMOS模型构建与运行

AMOS（Analysis Moment of Structure），一款使用结构方程式，探索与观测变量间的关系的软件，广泛应用于社会学、心理学、管理学、金融学等。研究通过AMOS软件搭建混合教学相关因素的结构方程模型进行观测分析。基于数字化教材的混合教学模式主要由教学资源、教学媒介、教学策略三个因素观测确定，教学效果主要从学习成绩、学习动机、自我效能来观测。其中，学习成绩主要由平时分、结课时不同形式所得的成绩组成；学习动机指的是学生的学习需要和学习期望，它支配着学生的学习行为，也就是一个激发和维持学习行为的心理过程；而自我效能指的是完成目标的一种理念或自信程度。通过AMOS软件，结合教学设计流程，对混合教学模式构建出测试教学效果的初始结构模型[12-13]，方程模型如图2所示。

图2 初始结构模型

图中，矩形框为观测变量，即观测指标；椭圆框为潜变量，即通过观测变量才能测量或推断出的变量。观测变量与潜变量有直接路径指向的称之为直接影响因素，存在间接路径指向则为间接影响因素。由图2模型路径指向可知，教学资源、教学媒介、教学策略对教学模式存在直接影响，对教学效果有间接影响。研究根据预设模型设计了教学效果因素评价问卷表，以教学模式与教学效果为潜变量，以教学资源、教学媒介、教学策略、学习成绩、学习动机、自我效能为观测变量；问卷对观测变量进行调查，以李克特5级量表将标准量化：很不同意、不同意、一般、同意、很同意，按同意程度从1到5赋值打分。通过向某大学土木工程专业本科生发放问卷进行调查，共发放73份问卷，回收有效问卷72份。对调查所得数据利用Excel处理，并导入AMOS进行运算分析。经对模型进行调整、修正后，模型运算出标准化路径如图3所示：

图3 调整后的结构模型

其中，潜变量与观察变量之间箭头上的系数称载荷系数，代表着观测变量对潜在变量的影响程度，潜变量之间的系数成为路径相关系数，e代表测量误差。影响分析的测试结果主要通过路径关系反映，所以下面主要分析各变量之间的路径关系。

2.2 模型结构关系与教学效果分析

结构方程模型反映变量之间的结构关系，这些关系在模型中通过载荷系数来体现。将数据导入模型运行，从软件的输出文本中发现模型结构需要调整，在对变量的结构关系进行微调后，模型与数据拟合状况达到良好，拟合指标达到要求，具体如表1所示:

表1 拟合指标及评价标准

模型运行结果表明：

首先，从混合教学模式的直接效应看，其影响因素教学资源、教学媒介、教学策略的直接影响效力值分别为0.97、0.98、0.93，这说明了数字化教材的应用对课程混合教学产生了很大的影响。一方面，教学媒介对混合教学模式影响最大，从物理维度来看，这是信息技术的突破所带来的影响，混合教学模式是建立在信息技术基础上出现的，进而可以运用数字化教材进行教学改变了教学模式与促进教学效果；另一方面，在信息技术应用于教学之后，各种丰富的数字化教学资源也对混合教学产生巨大影响，该课程的数字化教材配以各种教学工具、介质，二者相得益彰；再者，教学策略对教材混合教学虽然没有前两者大，但混合教学模式实践过程中，从简单混合发展到成熟阶段则仍然需要注重教学策略方面的设计，如不同教学领域、教学对象等，不同的混合策略就是不同的教学体系，对应教材的就是大相庭径的混合教学模式。此外，初始模型运行后，根据分析输出文本中模型修正指示，模型更好的拟合需对教学策略与教学效果建立直接联系，运行之后得二者之间有0.13的直接效力值，说明数字化教材的混合教学策略不仅间接通过模式作用于教学效果，且有少许直接影响教学效果。

其次，从教学效果的响应来看，反应教学效果的主要三个部分学习动机、自我效能、学习成绩，其直接效力值分别为0.92、0.94、0.95。具体来看就是：基于数字化教材的混合教学模式，教学资源的丰富性、趣味性、可获得性都满足了学生的学习期望与需要（学习动机），教学媒介的多样性、交互性、优越性等都极大地增强了学生完成学习目标的自信（自我效能）；且二者支撑起数字化教材的建设应用，这时学生的学习成绩也就自然而然地提高了。因此，数字化教材应用对课程混合教学起着非常积极的作用。

另外，由图3可知，潜变量混合教学模式与教学效果之间的路径系数达到0.88，即应用数字化教材的混合教学模式对课程教学效果有0.88的直接影响效力，这个系数说明课程运用这种教学模式是非常理想的。混合教学模式从数字化教材本身角度出发，即配合教学资源与教学媒介，并动态化调整混合策略，实现混合教学模式的不断完善与数字化教材应用的有机统一，可以提升“工程机械”课程教学效果。综上所述，工程机械课程运用数字化教材进行混合教学是十分有效的。

3 结语

当今，信息化时代下工程学科教育的改革十分关键。为促进教育信息化与工程教育面向实际、面向未来，培养出符合社会发展需求的人才，对基于数字化教材的“工程机械”课程进行混合教学设计与教学效果分析，得出了课程应用数字化教材进行混合教学科获得良好的教学效果，同时为同类课程进行混合教学提供了一条可参考的路径。然而，不同的课程仍然需要考虑不同的特点，则可以采取的混合教学方式有很多种；因此，工程学科的混合教学模式改革还需要进一步探讨和摸索，只有在实践中才能不断完善。