工程认证背景下“机械原理”课程“线上+线下”混合式教学研究

2022-05-26宋宪臣黄伟莉林亮华

东华理工大学学报(社会科学版) 2022年1期

宋宪臣，黄伟莉，林亮华，赵杰

(东华理工大学机械与电子工程学院，江西南昌 330013)

伴随着新工科建设以及工程教育专业认证工作的推进，各种现代教学手段、教学理论、教学方法以及教学改革不断涌现。其中，教学方法包括项目教学法、翻转课堂等[1-3]；教学改革则包括实践教学改革、课程教学综合改革等[4,5]。教育回归本质，促使教学工作高效实施成为当代教师迫切需要解决的课题。将以上手段有机结合起来，发挥各自优势，有效提高教学质量和教学效果成为课程教学的最终目标。

“机械原理”课程是机械类各专业中研究机械共性问题的一门主干技术基础课，内容主要包括现代机械中常用机构的工作原理、分析及设计方法等。课程目标是使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能，并初步具有拟定机械运动方案、分析和设计机构的能力，培养学生的工程实践能力和创新能力。以机械工程专业为例，在工程教育背景下课程目标主要指标点为工程知识、问题分析、研究、沟通。如何提高教学质量、提高课程目标达成度是工程教育背景下“机械原理”课程教学过程面临的主要问题。

“线上+线下”混合式教学作为一种能够兼顾线上教学随时性、分散性和线下教学实时性、集中性的特点，实现线上教学和线下教学良性互补，并充分发挥各自优势的一种新型教学模式，越来越受到教师们的重视[6,7]。尤其在学生线下学习时间不确定的情况下，混合式教学提供了一种新的教学模式。

1 线上线下混合式教学设计思路

从提高课程目标达成度的角度出发，本研究教学设计思路以清华大学李曼丽教授提出的伞形结构为蓝图[8]，具体结构结合教学实际进行设计，如图1所示。课程教学设计具体内容如下。

图1 混合教学结构组成

1.1 线上部分设计

1.1.1 线上视频设计

线上视频内容设定为某知识点的精讲，要注意对视频时长的控制和视频质量的把控。考察大多数主流线上课程时长设置，在前期调研本教学班学生的基础上，视频时长设置为10分钟左右。视频尽量在语音室录制，做到无噪声。合理设置视频任务点，让学生更加有效地观看视频，将视频权限设置为禁止拖拽并防止窗口切换，此外学生看视频时需要回答随机跳出的问题，回答错误则自动回退2分钟，避免学生为应付任务而进行刷分。

1.1.2 线上作业布置

学生观看视频的同时，做一些概念性的题目(例如视频中插入习题)可以加深对知识点的理解和掌握，无形中也完成了作业任务。每个章节准备相应的习题库以备学生练习，习题可加深难度和深度，进一步促进学生对知识点的掌握；讨论分为课前—线上、课中—线下、课后—线上线下兼有，课前讨论作为作业的一部分进行考核并在线上直接打分；学生个人的活跃度、答案认可度均作为评分指标，以此调动学生学习积极性，深化其对知识点的掌握程度。

1.1.3 线上依托平台

线上平台提供的功能有备课、创建习题、创建试卷、签到、随堂测试、课堂提问、分组教学、抢答以及成绩管理等，学生可以在PC端和手机端登录平台并进行操作。这些功能可以将线上和线下的教学活动有机结合起来，便于进行教学活动的模块化管理。

1.2 线下部分设计

1.2.1 线下教学平台

线下教学采用学校提供的“智慧教室+终端”的方式进行，充分发挥智慧教室作用，具有小组讨论、举手发言等功能。智慧教室功能较为丰富，配备了大屏幕、活动桌椅、手写板、录像录音等适用于智慧教学的设备。同时，为保证教学效果，学生人数限制在50人以内。

1.2.2 线下教学内容组织与设计

线下教学作为教学活动的主要部分，教师在指导学生完成了一定程度的线上预习后，需进行线下教学活动。线下活动要合理设计教学内容，注意激活学生思维和做好知识的串联。教学活动时间分配：教师讲解占60%，学生讨论占30%，教师讲评占10%。教师线下讲解被压缩的部分可在线上部分得到弥补。学生可以通过终端进行举手发言，举手次数、发言正确与否最终都将被计入总成绩。

1.3 实验教学活动组织

实验教学是理论教学的延续和补充，实验进行也采用“线上+线下”的方式。线上部分是运用教育部虚拟仿真教学平台，首先让学生进行线上虚拟实验，此外提前组织预实验小组先进入实验室进行预实验，并全面掌握实验内容，录制讲解视频上传至课程网站作为视频教程供学生预习。实验过程则采取学生(预先做好实验的成员)分组指导和教师集中指导相结合的方式。这样提高了实验速度，减少了线下时间，保证了实验效果。

2 具体教学方案的设计

以“平面机构自由度”为例，整个教学过程设计如下。

2.1 线上线下任务的合理分配

线上部分包括以下4个部分：第一，自由度概念；第二，约束的概念；第三，平面运动副的约束条件；第四，平面机构具有确定运动的条件。

线下教学包括以下2个部分：第一，平面机构自由度的计算公式；第二，平面机构自由度计算的注意事项。

2.2 线上教学任务的执行

在混合式教学前提下，线上教学内容部分是先行的，要提前发布任务内容，并规定学生完成任务的时间，且在规定时间内完成才能得到相应积分。进入任务环节后，学生可以通过观看线上视频，回答视频中嵌入的任务问题以完成视频观看任务。教师可设置讨论题目鼓励大家积极发言，例如通过举例说明生产生活中涉及自由度应用的例子(可以从多个角度说明，运动确定的机构、运动具有不确定性的机构，在理解概念的基础上开发、拓展学生的思维)以此完成课程讨论任务，明确机构自由度分析的重要意义。经过线上环节的学习，学生应较好地掌握相关知识点，明确此部分教学内容的重要意义，并产生浓厚的学习兴趣，为线下学习做好预热工作。为检验线上教学的效果，教师应通过后台查阅学生观看视频情况以及讨论区讨论情况，并在学生需要答疑时及时进行在线答疑，实现并持续进行线上教学的良好互动。线下学习结束后，教师还应考虑学生经过线下学习后对线上内容的反哺，对线下学习情况及时进行总结。线下学习总结完成后，教师给学生发放综合型习题，以便深入学习和知识固化。

2.3 线下教学任务的执行

分析线上学习情况后，教师根据线上学习反馈情况设计好线下学习的重点、难点，教学过程注意突出重点，突破难点。同时，教师要注意做好衔接，课前通过几分钟时间将线上内容引入线下，将线上学习情况线下展示给现场学生，快速引导学生进入学习场景。每次线下课程根据线上讨论情况将学生分组，便于学生之间产生有效互动。课程讲授方式采用启发式教学、案例法教学、思维导图、项目教学法、试错法教学等。例如在讲解计算自由度的注意事项中，教师以试错法教学为主，先让学生直接套用公式计算，待发现计算结果与正确结果不符时，提醒学生注意一些特殊情况的处理，并引导学生给出处理方法，鼓励学生参加讨论，加大学生课堂参与度，提高教学效果。线下课程结束后，教师及时发布作业并限时完成，且在总结后将整改结果反馈至线上部分。

3 考核方式改革与设计

采用混合式教学以后，为体现线上线下结合的特点及学习过程的重要性，激发学生自主学习参与度，考核方式也可进行相应调整，调整后的考核方式由“线上+线下+理论+实践”组成。其具体为：学生总成绩100%=视频观看15%+评论10%+签到5%+举手回答问题10%+作业10%+期中考试20%+期末考试30%。此考核方式注重学习过程与学习深度的考核，将会促进学生(课前+课中+课后)学习过程的全面参与度，充分体现工程认证课程目标指标点。

4 课程运行

基于“线上+线下”混合式教学模式，“机械原理”课程在校在线平台运行了一个学期，一个教学班的点击次数达到了12.6万次之多，运行期间发起了多种多样的线上线下教学活动，通过问卷调查收集了学生的反馈意见。调查问卷的内容包括：学生对视频的针对性、长度的要求；学生对教师组织的互动活动的参与意愿；学生对整个教学过程的满意度等。教师根据学生的反馈，对教学过程进行了动态优化。例如使视频更加具有针对性，视频的时长控制在10分钟左右，加强线上作业批改环节的互动交流等。

课程结束时，将课程考核结果与没有采用混合式教学的教学班级进行对比发现，学生成绩有了一定程度的提高，平均分由72.3分提高到76.8分，课程目标指标点(工程知识、问题分析、研究、沟通)达成度也得到了全面提高。这主要是因为课程实施过程中更加注重于过程考核和学生参与度的考核，在提高学生参与度、积极性的同时，实现了学生成绩的总体提升。