新冠肺炎疫情下机械原理课程在线教学探索

张洪申　吴海涛　何家宁

［摘 要］高等教育是现代化教育的重要组成部分，是人才培养中最为重要的一环。新冠肺炎疫情影响了高校的教育和教学工作。在教育部“停课不停教、停课不停学”的号召下，机械原理课程开展了线上教学。文章从机械原理课程的特点着手，综合分析了几类在线教学工具，结合学生实际情况选择适宜的教学模式，从教学内容、教学方式、教学管理等角度调整了教学设计，并对在线教学效果进行了深入分析，探索了该课程的在线教学方式和方法，为该课程的线上教学提供了参考。

［关键词］机械原理；在线教学；教学设计；教学效果

［中图分类号］ G642.3 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2022）09-0033-05

一、绪论

高等教育是现代化教育的重要组成部分，是人才培养中最为重要的一环。为全面提升高校本科专业及课程建设质量，2019年，教育部先后启动了一流本科专业建设“双万计划”，一流本科课程“双万计划”[1-2]，旨在全面推动本科专业及课程建设。新冠肺炎疫情全面影响到人们的生产和生活，教育也概莫能外。教育部要求采取政府主导、高校主体、社会参与的方式，共同实施并保障高校在疫情防控期间的在线教学，实现“停课不停教、停课不停学”[3]。为响应教育部的号召，2020年春季学期机械原理课程革新了教学方式，理论教学全面实施了线上教学。

机械原理課程是高等院校面向机械工程、交通工程、航空机械等相关专业开设的主干技术基础课。该课程为学生学习相关技术基础课和专业课起到承前启后的作用[4]，旨在通过机构学、机械动力学及机械系统方案设计等内容的学习[5]，培养学生的机械原理设计基础能力和创新能力，为学生今后从事不同行业机械产品的研究、设计、加工制造和运维等奠定基础[6]。该课程也是机械专业大学生知识、能力和素质培养的重要组成部分。

按照教学要求，课程采取了在线教学的模式。文章从课程特点着手，对不同在线教学平台进行了对比分析，依据在线教学要求调整并优化了教学设计，对学生课程学习及考核结果进行了分析，为开展机械原理课程线上教学或混合教学提供参考。

二、课程特点

作为机械工程、车辆工程等大机械类专业的必修技术基础课，机械原理课程涵盖常见机构的动力学及运动学、机械系统方案设计等基础内容，具有涵盖知识点多、理论性强且内容分散等特点，具体表现在以下几方面。

1.课程涵盖知识点广泛。该课程研究有关机械的基本理论问题，涵盖机构的结构分析、运动分析、受力分析，机械的效率、自锁、平衡、运转及速度波动的调节，平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系、工业机器人机构、其他常用机构的设计计算以及机械系统的方案设计等内容，基本概念及知识点众多[7-8]。

2.课程涵盖内容理论性较强。机构运动分析、受力分析及设计中，包含理论分析内容较多，需要学习者具备一定的高等数学、理论力学等基础知识。如在机构的运动分析中，做构件的位移、速度及加速度和角位移、角速度和角加速度等运动分析时，离不开科氏加速度、复数和矩阵理论等力学和高等数学知识。在做机械运转及速度波动调节分析中，机械运动方程的建立又以机构转动惯量等力学以及微积分变换等高等数学内容为基础。

3.课程内容较为分散。机械原理课程不仅涵盖内容较多，而且各部分内容之间又具有一定的独立性，内容较为分散。机构设计部分，包括平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、棘轮机构、槽轮机构、螺旋机构等常见机构，各部分之间关联性较弱，内容多且分散，需要学生逐一展开学习，难度较大。

三、在线教学平台分析及使用

机械原理的教学涉及大量的机构、零件及机械三维模型演示，同时还涉及大量公式推导，在线课堂上需能满足实时互动和板书撰写的需求。因此，采用适宜的在线教育平台开展教学，是保证教学质量的关键因素。在正式开课前，团队教师对SPOC、腾讯课堂（极速版）、腾讯会议、QQ群、雨课堂等在线教学平台进行了试用，并进行了对比分析，见表1[9]。最终选择“腾讯课堂+雨课堂+QQ群+SPOC”混合模式作为课堂在线教学方式。

在采用的“腾讯课堂+雨课堂+QQ群+SPOC”混合模式中，“腾讯课堂”作为主要的实时在线教学平台，“雨课堂”“QQ群”和“SPOC”作为辅助平台。课前，教师通过雨课堂和QQ群的“公告”功能发布上课通知及课前预习内容，确保每位学生都能收到通知，保证学生按时上课。同时，通过SPOC平台发布对应MOOC视频及课件[10]，引导和督促学生完成课前预习环节。课堂上，以腾讯课堂为载体，通过其“屏幕共享”功能分享屏幕，呈现教学课件及视频等教学材料；同时，教师通过启用雨课堂进行界面共享，让学生通过扫描雨课堂二维码实现签到。此外，通过腾讯课堂“举手”功能，实现师生实时语音互动，弥补雨课堂只能弹幕反馈的短板，也可通过雨课堂“随机点名”功能，实时和学生互动，了解学生的学习情况。课后，学生通过QQ群或微信群进行课堂信息反馈和实时互动交流，这便于教师及时解答学生学习过程中的疑惑或困难；同时学生可以通过查看腾讯课堂视频回放、SPOC教学平台的MOOC视频等教学材料，查漏补缺，完成教学内容学习。教师通过查看雨课堂或QQ群布置作业，学生完成作业后实时上传，教师通过作业掌握学生的学习情况，并制订下一步教学计划。

四、教学设计

（一）教学内容设计

近年来，为保障大学生自主学习能力及综合素质的提升，各高校技术基础课和专业课程教学学时与学分不断压缩[11]。目前，昆明理工大学（以下简称“我校”）机械原理课程共安排64学时，其中理论教学58学时，实验6学时。课程选取西北工业大学机械原理与机械零件教研室孙恒等编著、高等教育出版社出版的《机械原理》为教材，该教材内容丰富，涵盖常用机构分析、设计、机械系统分析等机械基础知识，共计14章内容。内容多、课时少，如何在有限的课时中保质保量完成课程教学任务，是本课程面临的重大挑战。

针对这一情况，结合机械工程、车辆工程等专业需求和学生学习情况，任课教师依据教学大纲对机械原理教学内容的教学组织形式进行了梳理和优化，详见表2。

从表2可以看出，教学中对机械原理教学要求内容做到了全覆盖，对于基础且适用范围较广的内容进行深入讲解，在授课过程中，教师引导学生通过课堂讨论激发学生的学习兴趣。另外，对于相对简单的或部分拓展内容，则采取“课堂引导+学生自学”的方式开展。如其他齿轮简介所含内容较为简单，只介绍了基本概念，学生自行阅读学习即可；再如第12章其他常用机构部分，简要介绍了棘轮机构、槽轮机构、擒纵机构等用途相对较为特殊的机构，教师在课后通过雨课堂、班级QQ群、微信群以及SPOC在线平台发布相应学习材料，引导学生自学即可。上述教学内容设计方式，在有限的课堂教学时限内，既完成了规定内容的教学，又培养了学生的自主学习能力、拓展了学生的视野。

（二）教学过程设计及管理

1.教学过程设计

科学的教学过程设计及管理是取得良好教学效果的前提和重要保证。课前教师通过雨课堂和QQ群发布上课信息和课前预习内容，通过SPOC平台发布对应的MOOC视频及课件，引导和督促学生完成课前预习。在课堂教学中，为防止因学生长时间观看手机、电脑等设备屏幕产生倦怠，教师每隔15分钟左右就会通过雨课堂或腾讯课堂随机点名提问、举手连麦互动，或开展随机课堂小测验等进行师生互动，在消除学生学习困倦的同时，了解学生实时学习情况。课后，师生通过QQ群或微信群进行互动交流，教师及时解答学生在学习过程中的疑惑或困难；教师通过雨课堂或QQ群布置作业，学生通过查看SPOC教学平台的MOOC视频等教学材料，查漏补缺，完成教学内容学习和课后作业。

2.教学管理

教学组织管理主要包括课前管理、课堂管理和课后拓展三个环节。

（1）课前管理。在课前管理中，教师通过雨课堂、SPOC教学平台发布MOOC视频、课件、参考文献等学习材料，尽量做到QQ随时在线，及时解答学生关于上课和课前预习中的各类问题，增进师生之间的相互交流。

（2）课堂管理。为让学生更好地适应在线教学环境，教师在教学过程中应尽可能多地开启视频模式，同时鼓励学生积极参与课堂讨论，并在讨论时开启视频，提升学生学习的真实感。为提升学生课堂学习的积极性，教师通过课前扫码签到、课堂随机点名等引导和督促学生。同时，教师依据教学内容的不同，在每节课互动环节中设置若干互动问题，并做好时间设置。

（3）课后拓展。课后，教师指导学生开展课堂未讲授部分内容学习，并引导学生查阅机构设计、创新设计等专题报告或论文，让学生了解机械研究的最新动态，拓展学生知识学习的广度和深度。

五、线上教学效果分析

一个学期下来，借助“腾讯课堂+雨课堂+QQ群+SPOC”混合教学模式，机械原理课程理论教学初次全程采用线上教学（课程实验为返校后补做）。从考核结果来看，教学效果不尽如人意。下面从课堂出勤、课堂教学、期末考核等三个方面进行详细分析。

课堂出勤。本课程线上教学整体出勤率不高，平均不到90%。主要原因是线上教学的初始阶段，相当一部分学生由于网络不通畅或者电子设备故障等原因，未能按时上课。课程教学中期上述问题才得以解决，影响了班级的整体出勤率，也在很大程度上影响了这一部分学生的学习及考核结果。

课堂教学。主要从教师基本能力、学生学习能力和教师课堂管理等方面衡量课堂教学情况。从匿名问卷调查结果来看，在教师基本能力方面，53名学生（有效上课人数）对教师在线教学中是否善于启发学生思维、培养学生的实作（实算）能力满意度反馈如图1所示，认为非常好的比例为79.25%，1.89%的学生认为一般；在任课教师在线课堂教学中能否做到突出重点、化解难点、讲授熟练及清晰透彻方面的反馈如图2所示，认为非常好的比例为83.02%，较好的比例为16.98%。上述方面整体反映出学生对教师是比较认可的。

在学生学习能力方面，学生在是否按时在线上课并认真积极完成课后作业等方面的反馈如图3所示，认为做得非常好的比例只有58.49%，即超过四成的学生认为自己在这方面做得不是很好，该情况与出勤和作业反馈情况一致。另外，在自身的知识结构和学习能力方面的反馈如图4所示，非常好的比例为33.96%，32.08%的学生认为自己一般，1.89%的学生认为自己基础很差。从上课情况来看，主要表现在学生对力学及数学基础知识遗忘较多，这在一定程度上影响了本课程的学习效果。

在教师课堂管理方面，学生在任课教师在线教学中是否保持精神饱满，声音是否洪亮方面的反馈如图5所示，认为做得非常好的比例为92.45%，这说明大多数学生认可教师授课的精神风貌等基本情况。另外，教师与学生课堂互动方面，学生认为非常好和较好的比例为84.90%，15.09%的学生认为一般。这从一定程度上反映出，师生的课堂互动还应继续加强。另外，从调查和学生的日常反馈中笔者得出，学生更喜欢通过QQ群或雨课堂文本交流的方式与教师沟通，可能这是由于机械类专业学生相对内向和含蓄一些。该方式较语音或视频沟通，效率较低。

从图6 可以看出，该班期末考核成绩很不理想，成绩良好的学生只占班级人数的2%，而不及格比例约占53%，其中45～59分占比29%，45分以下占比24%。究其原因，主要存在以下幾方面问题。

第一，教师教学调整力度还应进一步加大。本课程第一次采用完全线上教学模式，需要教师在教学方案设计、教学内容调整、教学方式变革、学情监控等方面深入研究，充分激发学生学习的内生动力。

第二，学风建设还需常抓不懈。受限于网络等客观因素，教师难以通过视频实时观察学生的学习情况，加之课程安排在周一上午第一、二节课，部分学生上课状态不是很好，甚至有个别学生躺着通过手机听课，学习效果难以保证。同时，上课中个别学生虽然显示在线，但是人在做其他事情，即便是教师点名实时互动，经常以网络信号不好或是设备故障等为借口，未能有效参与到课堂学习及互动中。

第三，网络等外在因素的影响。个别学生家庭所在地偏远，网络信号不好，导致不能按时、保质保量完成学习任务，进而影响学习效果。

第四，疫情影響实验及考试安排。课程实验是辅助教和学的重要环节，但是受疫情等外在因素影响，此次实验教学是在所有理论教学完成之后才开展，一定程度上影响了理论教学效果。此外，从理论教学完成到考试间隔一个月时间，时间长了以后学生反而将很多内容忘记了。在该时间段内穿插学生健康检查、返校等诸多其他事项，未能再安排线下教学辅导，学生亦未能全心复习，这也是影响考核成绩的重要原因。

此外，还存在部分学生复习不仔细，对许多问题一知半解，盲目自信，基础理论和知识掌握不扎实，在考试中遇到熟悉题型，觉得会，但是却无从下手，导致考核结果不理想。

六、结论

新形势下，如何开展机械原理课程的在线或线上线下混合教学，是广大机械类基础课程教师面临的重大课题。笔者从教学模式、教学设计等方面着手，对机械原理课程在线教学进行了探索，为该课程的线上教学提供了参考。由于该课程理论教学首次采用在线教学模式，从考核结构来看，效果并不理想，其原因涉及教师教学设计、教学平台支持和学生学习风气等多方面。

综合而言，机械原理课程线上教学的顺利开展，需要教师依据课程特点综合研判各类在线教学工具，结合学生实际情况选择适宜的教学模式，同时要全面调整教学内容、教学方式、教学管理等教学设计，并根据教学进程中课堂反馈、学情变换等实时调整教学过程，从课前准备、课堂互动、课后拓展等环节着手，积极引导学生树立正确的学习观，激发学生学习兴趣，进而提高课程教学质量。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 董颖博，林海.“双万计划”背景下线下课程教学改革与实践：以“矿业环境污染治理工程”课程为例[J].教育教学论坛，2020（43）：277-279.

[2] 廖雯琦，梁雪清.“双万计划”下医学类院校“大学英语”多元混合式教学改革与实践[J].教育教学论坛，2020（38）：164-165.

[3] 教育部. 疫情防控期间做好高校在线教学组织与管理工作[EB/OL].（2020-02-05）[2020-08-26]. http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202002/t20200205_418131.html.

[4] 赵燕.基于成果导向的机械原理课程改革研究[J].科技经济导刊，2020（20）：118-119.

[5] 李树珍，张亮，石磊，等.地方应用型本科机械原理课程教学改革探析[J].现代农业科技，2020（15）：262.

[6] 何丽红，刘兰，王先安，等.新工科背景下机械原理课程思政教学建设[J].科教文汇（中旬刊），2020（6）：81- 82.

[7] 彭翔，秦宝荣，李吉泉，等.面向工程能力培养的机械原理混合式课程教学改革研究[J].教育教学论坛，2020（23）：182-183.

[8] 陈珍珍，金明生，齐欢，等.基于翻转课堂的“机械原理”课程项目式教学研究[J].教育教学论坛，2020（17）：240-241.

[9] 李瑞娟，周海波，钟冠男，等.战“疫”时期“病毒生物学”课程的教学调整与思考[J/OL].微生物学通报：1-8[2020-10-07].https：//doi.org/10.13344/j.microbiol.china.200258.

[10] 葛文杰. 中国大学MOOC（大型开放式网络课程）—机械原理[DB/OL]. （2014-10-08） [2020-08-10]. http：//www.icourse163.org/course/NWPU-20007？tid=1206714212.

[11] 李颖峰.新形势下高校专业课程教学质量评价与保障体系建设[J].中国电力教育，2019（12）：73-74.

［责任编辑：陈 明］