基于SPOC模式的机械工程材料课程线上线下混合式教学体系的构建与实践

袁秋红，周国华，廖 琳，曾文武，蔡立志

(宜春学院 物理科学与工程技术学院，江西 宜春 336000)

机械工程材料是实践性很强的专业基础课程，其教学目标是培养机械设计制造及其自动化等机械制造专业学生在进行零件设计和制造时，具备能够合理地选用材料，正确的制定零部件的加工工艺的职业技能，是培养高素质现代机械工程师的关键性环节之一。[1-2]因此，探索新的教学模式，提高课程教学质量，将有助于实现课程的教学目标，促进高素质现代机械工程师的培养。

当前，线上线下混合式教学模式已成为“金课”建设的热门方向之一。[3]线上线下混合式教学新模式，有效的弥补了线上和线下教学的缺点，能有效提高课程教学质量。[4]另一方面，将思想政治资源融入课程教学中，发挥好其育人的作用，能进一步提高人才的培养质量。[5]如何将思政元素有机的融入到课程教学中，已成为影响课程教学目标的另一关键性因素。[6]

受上述教育理念启发，我们将德智元素、科研项目、学科竞赛与教学内容深度融合，探索出了一条“德智-科研项目-教学内容-学科竞赛”互通互融的教学新模式，并与慕课(MOOC)资源相结合，构建了一套较完善的基于SPOC(Small Private Online Course)模式的机械工程材料课程教学体系。将前沿性的科研项目和学科竞赛深度融入到课程教学过程中，不仅增加了课程高阶性和创新性，还增加了课程的挑战度和趣味性。同时，融合过程中增添了德智元素，提高了课程教学质量。将优质的“MOOC”资源，通过本地化改造融入到课程教学中，有效解决了学时少，单一教学模式等，显著提高了课程教学效果，实现了课程教学目标。

1 课程改革现状与意义

1.1 课程改革现状

当前，机械工程材料课程教学的现状是思政教育内容缺乏、课程内容多、杂、课时少。理论教学内容枯燥乏味、学生缺乏兴趣。实践教学以认知实验和验证性实验为主，缺乏创新性和挑战度。

为解决以上问题，许多高校在不断的探索新的教学模式和教学方法，并逐渐形成了三种模式：(1)理论偏重型。顾名思义，偏重理论教学，如将材料的扩散机理、强化机理、断裂机理等理论内容单独成章进行授课，增大了课程的理论深度和授课难度。(2)理论-实践兼顾型。将深奥的材料强化机理等理论融入到案例当中进行授课，同时兼顾理论和实践。(3)理论够用型。其特点是倾向于材料机理概念的介绍，同时增加了实践案例教学内容，目的是使学生掌握基本的专业知识，提高操作能力，为后续专业课程学习和专业能力的提高打下良好的基础。

将课程理论教学内容划分成小块的知识点，制作成小视频，开发出趣味性强的线上教学视频，有效的提高了学生学习兴趣，改善教学效果，推动了MOOC的发展。据调查，目前共有14所高校在中国大学MOOC、学堂在线、智慧树、智慧职教平台等建立了机械工程材料线上课程(见表1)，丰富了课程教学模式。近年来，在MOOC基础上又推出了小规模在线课程(Small Private Online Course，SPOC)以解决线上课程不能面对面答疑、现场操作等缺点。SPOC是MOOC与课堂教学结合而形成的一种实体课堂与在线教育的混合式教学模式，是当前课程教学改革的研究热点之一。

表1 工程材料课程MOOC资源调查统计表

1.2 课程改革模式框架

课程改革模式从“课程目标、课程资源开发与课程活动设计”三方面进行，具体见图1所示。结合背景及现状，重新确立了课程建设目标。开发课程教学新资源，并落实到教学活动设计中。结合课程运行效果，对课程教学体系、模式等内容进行不断的完善、优化，以实现“金课”建设目标和要求。

图1 机械工程材料“金课”三步式模式构建框架图

1.3 课程改革目标

结合“金课”标准，设立了教学理念、学生能力提升、课程教学新模式的推广和课程教学队伍建设四个方面的课程改革目标，具体如下：

(1)改革教学理念：以应用型人才培养为中心，充分调动学生的主动性和积极性，培养学生掌握工程材料科学知识，具备正确选用材料，合理制定零部件加工工艺的实践技能，为后续专业课程学习及工程应用打下坚实基础。

(2)学生能力提升：培养学生德智发展、科学探索精神，创新创业能力、基础理论扎实、动手能力强和善于解决工程技术问题的现代机械工程师人才。

(3)课程教学新模式推广：通过课程建设、实践和完善，改善教学质量，基于本课程的教学改革形成可推广的方法经验，为其它专业课程提供改革方向和建议，为制造行业培养并输送高素质专业人才。

(4)课程教学队伍建设：通过本课程教学改革，培养一支视野宽阔、实践能力强和教学经验丰富的中青年教师为骨干的课程教学队伍，以适应新时代的需求。

2 课程资源开发与教学活动设计

机械工程材料是机械制造及其自动化专业的专业基础课程。经历了近15年的实践教学，课程面向“金课”标准与江西省转型发展需求，在课程教学资源开发、教学环节设计等积累了丰富的素材、资源。在课程教学内容、教学方法、教学理念、授课模式与课程考核机制5个方面进行了一系列的改革和实践。

2.1 教学内容

教学内容是课程资源开发的基础与核心，其目标是注重德智教育、更新课程教学内容，优化理论-实践教学，使学生掌握基本理论的同时，具有较强的实践能力。具体举措课概括为：通过对MOOC资源本地化改造，并将德智元素、前沿性科研项目和学科竞赛融入课程教学内容，构建基于SPOC模式的机械工程材料课程线上线下混合式教学新体系(图2所示)。

图2 机械工程材料课程教学新体系建设路线图

(1)MOOC资源本地化改造

为更好的服务于本校，应结合校情，对MOOC资源进行本地化改造，构建适合地方高校学生的SPOC资源，具体做法如下：(1)构建课程知识点线上视频资源。将课程重点教学内容划分成知识小点，通过对MOOC资源剪辑、整理等制作成带有趣味性的小视频。目的是方便学生线上完成指定的课程理论内容的学习，以解决课程学时少、内容枯燥乏味等问题。(2)搭建课程基础知识试题库。收/编集机械工程材料试题，按知识点进行分类、整理成基础知识试题库，以便及时检验学生线上学习效果。(3)搭建课程论坛等互动模块。目的是促进教师与学生间的线上咨询、讨论与交流。

(2)科研项目与课程内容的深度融合

要实现科研项目与课程教学内容深度融合，主要措施是将科研项目中涉及到与机械工程材料相关的知识点，提炼出来，形成案例融入到课堂教学中。表2为部分提炼的知识点案例，如知识点1，通过以科研项目研究对象镁合金为例，系统介绍工程材料的强度、硬度、塑形等定义以及其测试方法和测试设备操作等。学生通过直接参与项目研究，有具体的对象，结合试样制备、性能测试等实际操作，既提高了学生对概念的理解和知识点的掌握，又增加了课程的趣味性。

表2 与科研项目内容相关的课程内容知识点案例一览表

(3)学科竞赛的融合

学生通过参与科研项目，完成了课程的理论和实践学习，并对相关成果进行提炼、分析和总结后，参加各类学科竞赛，不仅改善了课程的教学效果，还提高了学生表达、分析问题、团队合作等综合素养。从科研项目中提炼出探索性的实验项目，同时将原来的金相制备及组织观察、热处理等验证性实验融入到提炼的实验项目中，学生通过完成这些实验项目并对结果进行分析和总结后参加学科竞赛，形成了“科研项目-探索性实验-学科竞赛”实践教学新模式，实现了学科竞赛与课程内容的深度融合，具体见表3。实验教学内容来源于在研的科研项目，有效保证了实践教学内容的前沿性、时代性，同时学习过程体现了探究性与个性化。

表3 基于“科研项目-探索性实验-学科竞赛”融合的实验项目一览表

(4)课程教学的德智化融合

课程思政教育是培养我国社会主义建设合格人才的基石，有利于促进课程教学目标的实现。鉴于此，将德智元素贯穿整个课程教学，实现课程教学的德智化，其切入点是将德智元素与教学内容、科研项目和学科竞赛进行深度融合(见表4)。

表4 课程教学德智化

1)理论教学德智化。基于具体知识点，引入马克思主义哲学理论和社会主义核心价值观，如在学习工程材料的分类、应用与发展内容时，通过材料科学的发展历史中的典型案例，融入勇于探索、不懈追求的科学精神。

2)实践教学德智化 。学生通过参与科研项目和学科竞赛提高3个方面的素养：①注重实验细节，实事求是地记录实验数据，引导学生养成严谨负责、精益专注、诚实守信的良好职业素养。②掌握本课程研究领域与国外存在的差距，激发学生的爱国热情与主人翁的责任感，激励他们为国家强盛努力学习的素养。③通过项目实施和学科竞赛，培养学生团结合作、勇往直前探索和创新素养。

2.2 授课方式

对传统的教学方式和方法进行改革，主要体现在互动式教学、信息化教学和实践性教学3个方面。

(1)互动式教学

课程建设中，构建了基于网络课程资源共享、云平台等互动式的教学新模式。在网络课程资源库中搭建了问题讨论模块，在云平台服务器上创建了机电专业教学微信公众号，利用它们实时性强、信息扩散快等特点完善了互动学习平台，实现了签到、讨论、提问、抢答、作业等线上教学，满足学生任意时空的学习需求，实现了师生跨越时空“隧道”的互动交流，有效解决了该课程学时安排少，传统教学模式过于单一的问题。

(2)信息化教学

通过MOOC本地化改造、开发实验操作视频等，在学习通平台上搭建了课程教学资源库，使课程学习资源与时俱进，并补充线下教学的短板和不足。课程线上资源包括教学大纲、教学内容关键知识点授课、课件、实验指导书、生产及科普视频、科学家艰苦奋斗的人生经历等，学生能随时随地登入课程网站进行学习。

(3)实践性教学

改革实践教学模式。一方面将前沿性的科研项目引入课堂，让学生参与项目实施，完成项目实验，对其结果进行分析和总结后参加相应的学科竞赛。通过科研项目、学科竞赛与课程内容的融合教学，将理论和实际应用联系起来，有效锻炼了学生的实践技能。另一方面，充分利用“创客空间”等创新创业实践平台优势，引导学生参加大学生创新创业项目申报。组织学生到制造行业典型企业参观。学生通过申报大学科创新项目、参观企业等，有助于将课程学习内容联系实际应用，促进教学质量。

2.3 教学方法

积极探索新的教学方法和教学形式，鼓励学生融入课堂，培养其自学能力、专业表达能力等，具体措施如下：

(1)线上学习+线下课堂教学。为解决本课程教学内容多而杂，课时少的问题，教师通过课程公众号或线上资源平台提前布置好需要线上学习完成的章节内容，如观看完指定的教学视频、教材内容阅读、完成课后习题等。线下课堂教学环节主要是：1)对线上教学结果进行检验，根据学生学习反馈情况进行必要的知识点补充讲授。2)对教学内容重要知识和难点知识进行讲授。

(2)探索翻转课堂新模式。开展教师指导下的自学活动，将难度适中的知识点布置给学生小组进行自学，要求课件制作等，在下次课时各小组派出代表对指定知识点进行3-5分钟分享。教师、学生听众从知识点内容、课件制作、语言表达及讲述逻辑等方面进行现场评分，记录平时成绩。这种方式丰富了课程考核方法、提高了学生课程参与度、增加了课程学习的挑战性。

(3)专业文献分享。根据科研项目情况，将学生按组分配到各科研项目组，让学生查阅专业文献，完成调研报告或综述，并在课堂上进行分享。报告或综述的撰写要求有规范正确，如摘要、关键词、引文标注格式等，以培养学生仔细、严谨的科研素养。

2.4 考核机制

针对“金课”─“高阶性、挑战度和创新性”目标，本课程分类设计了完善的考评机制，其中理论课程考核、验证类实验考核和探究类实验考核分别占比为：50%、30%和20%，具体见图3。

(a)理论知识考核

(1)理论课程考核以学习过程、课堂教学为主。成绩由考勤、线上理论学习、课堂表现和期末成绩组成，比例分别为10%、20%、20%和50%(图3a)。重视课程学习过程的考核，注重体现学生学习自觉性与主动性。以综合运用课程知识解决实际问题能力为指导，增加以项目、实验等为载体的作业方式。

(2)完善实验教学考核。将实验项目按验证性实验和探索性实验进行分类考核。验证类实验项目按预习效果、实验操作、实验结果和实验分析与总结4方面进行，比例分别为10%、30%、20%和40%(图3b)。预习考核：每组随机抽查学生代表进行提问，以考察学生对实验知识点、原理和设备操作方法的掌握情况。实验操作：注重考察学生的对仪器的使用方法、步骤是否合理正确。实验结果：注重考察所得结果是否理想。实验结果分析和总结：主要检验学生利用专业知识分析实验结果，并总结、撰写实验报告的能力。对探究类实验从方案设计、实验过程、实验结果和实验分析与总结四个方面进行考核，比例分别为20%、30%、20%、30%(图3c)，重点考察学生综合运用课程知识解决问题的创新思维和方法。

3 课程教学效果

将新课程体系进行试点应用，学生学习积极性明显增加，教学效果显著提高。据统计，17级和18级机制专业学生中，申报大学生创新创业项目10项，获批6项。参加专业学科竞赛63人次，其中获互联网+大学生创新创业大赛国际金奖1项，国家银奖1项，省级金奖2项，校级一等奖3项，二等奖2项。获机械创新设计大赛、“挑战杯”大学生系列科技学术竞赛、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛等校级以上奖项56人次，学生受益面达80%。此外，学生授权国家专利10件，其中发明专利4件，发表论文2篇。学生表达技能、团结合作等综合素质显著提高。

4 结语

课程是人才培养最核心的基础要素，其教学效果直接影响到人才质量的培养。如何建好“金课”是高校教学改革不断探索的方向。《机械工程材料》课程依托机电特色专业群，为新工科人才培养提供有力支撑。通过将德智元素、科研项目和学科竞赛与教学内容深度融合，并与“MOOC”资源本地化改造结合，构建了基于SPOC模式的机械工程材料课程线上线下混合式教学体系，探索出了一套可操作性的教学新方法，走出了具有高阶性、创新性和挑战度的课程新路径，为培养高素养专业人才提供可以借鉴的模式。