SPOC混合式教学在机械原理课程教学中的应用

摘要：伴随互联网技术的飞速发展，以计算机为媒介的线上和线下教学相结合的教学得到教育界越来越广泛的关注。文章以机械类专业机械原理课程为例，基于“一致性建构”课程设计概念，探索SPOC混合式教学模式在该课程中的应用。课前，教师在线上平台上传学习资料，学生线上进行课前预习。课堂活动采用线上线下相结合的方式，提高学生在课堂学习中的主体意识，帮助学生进行主动知识建构。课后，师生持续构建线上的探究学习社群。旨在为同行进一步推进基于SPOC混合式教学模式进行“以学为中心”的课程实践提供参考。

关键词：SPOC；混合式教学；一致性建构；机械原理

伴随互联网技术的飞速发展，传统课堂教学模式面临着“慕课”“翻转课堂”“微课”等的挑战。由于新生一代在成长过程中对智能终端的使用习惯，学生的泛在学习需求与传统课堂教学特定时空限制之间的矛盾日益凸显。以计算机为媒介的线上学习和线下面对面课堂教学相结合的混合式教学方式得到当今教育界越来越广泛的关注。在混合式教学模式当中，小规模私有在线课程［1］即基于SPOC（smallprivateonlinecourse）的混合式教学”［2］，其在大学混合式教学实践中取得良好效果。以“慕课”“微课”“虚拟仿真实验室”等为代表的在线资源，由于其学习方式以异步的文本、图片或视频资料等的自主学习为主，学生可根据自己的认知水平把握学习进度，这将大大降低学生的认知负担，减弱依靠短时记忆处理大量事实和观点的需求，为学生提供足够的有利条件处理信息以进行知识建构［3］。但由于在线方式相比面对面课堂教学方式缺乏社交线索，不利于参与者产生归属感以及相互之间构筑情感纽带［4］。SPOC混合式教学重新定义了教师的作用，创新了教学模式并能够赋予学生完整、深入的学习体验，提高了课程的完成率［5］。实践证明，采取线上线下相结合的基于SPOC的混合式教学模式，可以将在线课程和课堂教学的优势相结合［6-9］：教师通过选取适当的内容作为线上部分，降低了课堂教学过程的时间成本，同时，学生的学习过程在教师的引导和监督下完成，学生课程学习的完成度得到了保障。

“一致性建构”由澳大利亚教育心理学家约翰·比格斯（JohnBiggs）提出，作为课程设计的基本原则，它整合了“一致性”和“建构主义”两个概念［10］。在教学系统中的各个组成部分，特别是所用的教学方法和评价任务，要与学习目标有直接的关系，保持一致。在建构学习中，学生不是简单被动地接收信息，而是主动地建构知识的意义，学习过程是学生主动建构知识的过程。

本文针对专业基础课机械原理课程，基于“一致性建构”课程设计概念，进行了SPOC混合式教学方案的实践应用。在线上部分，安排学生完成基本概念的学习与理解，在线上平台实现作业、课前测试和随堂练习的发放、提交和批改，实时掌握学生学习动态并对教学过程实现记录评估。在课堂教学环节，充分发挥面对面课堂教学的优势，强化学生对重难点的理解以及理论知识的应用。制定合理评价体系，在线上平台进行作业、课前测试和章节测试的发放、提交和批改，实时掌握学生学习动态并对教学过程实现记录评估。对学生适时发放调查问卷并进行访谈，教学团队定期沟通，对教学效果进行全方位的把控，并将学生学习效果反馈至课程的优化设计。

一、教学设计要求

机械原理课程是机械专业的专业基础课程，是机械专业研究机械共性问题的一门主干技术基础课。该课程建立在以高等数学、大学物理、理论力学等基础课程构建的理论体系基础上，所研究的问题相对基础课程更接近工程实际［11］。同时相比专业课程，机械原理研究的重点是机械具有的共性问题，具有更宽的研究范围及普适性。

本科生专业基础课程既是专业课程的理论基础，又是基础课程向专业的延伸，其在基础课和专业课之间起着承上启下的作用，在本科生专业教学体系中占有非常重要的地位。对于专业基础课课程的学习，一方面，要求学生具备一定的综合分析能力，在教师有针对性的引导下，利用理论知识基础在实践中观察现象，发现问题，提出问题并尝试解决问题；另一方面，由于专业基础课所涵盖的学科知识具有相对稳定的核心部分以及发展较快的技术前沿，而教材等资料由于出版周期等原因往往有滞后，需要学生具备一定的信息检索能力。因此，机械原理作为机械类本科生一门重要的专业基础课程，具备混合式课程教学的适用性特点。

专业基础课程的教学设计需要充分调动学生的积极性，理论结合实际，将基础课的理论与工程实践有机融合，充分锻炼学生解决复杂工程问题的综合能力，培养学生综合考虑问题的高级思维，体现出课程的“高阶性”。同时，课程内容需保证前沿性和时代性，通过与信息化技术相结合进行混合式教学，呈现出教学模式的先进性和互动性，使学生充分参与其中，在兼顾教学内容、教学模式、教学过程“创新性”基础上，力争获得探究性和个性化的学习效果。另外，本课程在抽象理论的基础上注重理论结合实践，课程内容具有一定的难度，一方面，要求授课教师具备扎实的数学物理基础，同时能够结合课程特点进行教学资料的更新迭代，高质量备课；另一方面，要求学生在理解理论知识的基础上充分发挥主观能动性，完成具有“挑战度”的课程内容学习。

二、教学方案设计

课堂面对面教学前，教师在线上平台发布学习目标、学习内容、重点难点、知识框架，使学生对学习内容在课堂教学前建立概括性了解，构建知识体系的认知版图。同时在线上平台上传包含教学内容的PPT、视频，学习方式以文本、图片或视频资料等的自主学习为主，学生可根据自身认知水平把握学习进度，进行线上学习。

通过线上线下相结合的方式完成课堂学习，此阶段教师鼓励学生进行口头表达和线上答题反馈学习效果，通过教师精讲和师生互动，针对课程的重难点进行课堂学习，同时根据学生谈论结果和线上答题统计数据结果对学生共性问题进行指导，使课堂学习更有针对性。鼓励学生根据教师提出的问题进行小组间谈论，实现生生互动，对于个别学生在学习过程中的疑问进行师生互动，并通过课堂PPT、视频、线上测评和抢答等实现学习者和学习内容之间的互动。使学生根据自己的已有知识及经验背景，对外部信息进行选择、加工和处理，生成自己的理解，实现“以学为中心”的知识建构。

课堂考查评价围绕学习目标开展，学习活动与学习测评保持一致，学习测评以客观题为主，强调知识学习。课堂讨论设置开放讨论题目，讨论题目为教师根据往年教学反馈结果拟定，通过师生、生生间针对开放问题的分析讨论，培养学生观察、分析问题的能力，学生经过倾听、沟通，相互支持，共同成长，使学生在建构知识的同时建立对该专业课程的兴趣，实现能力和情感价值学习目标的达成。

课后教师在线上学习平台布置作业，作业内容的安排遵循一致性原则，内容围绕教学目标进行设定，难度有分层，兼顾重点知识的灵活应用和难点知识具有挑战度的练习，使学生在完成作业的过程中，针对课堂内容查漏补缺，继续完善知识建构。教师通过线上平台批改学生作业，将批改结果反馈学生，并根据平台数据统计了解学生学习目标达成情况，实时掌握学生学习动态并对教学过程实现记录评估。评估结果可作为下一轮教学方案设计的参考依据，实现课程方案设计的可持续优化迭代。同时，教师在线上学习平台上传扩展自学内容，鼓励学生自主学习拓展内容，并通过学生留言反馈，继续构建线上探究学习社群，适时通过调查问卷、访谈等形式了解学生在混合式教学模式下的学习体验和感受，并保持课程教学团队的定期沟通，对教学效果进行全方位的把控，从而反馈至课程的优化设计，实现课程的持续改进。

三、SPOC混合式课程教学实践案例

本部分内容以“平面机构结构分析”为例，开展了SPOC混合教学模式在机械原理课程教学方案设计和实践中的应用。

课前在线上平台上传教学大纲、课程基本内容、知识框架图、教学内容的PPT、视频等内容。下表是以“平面机构结构分析”为例，列出该学习单元在线上平台发布的包含学习目标、学习内容和重难点的课程基本内容，方便学生在课前清晰把握该单元内容的学习要求。图1是该学习单元的知识框架，帮助学生在课堂教学前了解该学习单元的知识脉络，并将其纳入机械基础课程知识体系的个人认知版图之中。

“机构组成原理与结构分析”学习单元的课堂教学设计包含复习回顾、课前诊断、重难点内容教学、归纳总结以及内容拓展。每个教学环节根据教学内容的需求，安排相应的教师活动和学生活动，活动的安排遵循一致性建构原则，围绕学习目标，教学活动均与学习目标有直接关系，帮助学生主动地建构知识的意义，将学习过程从学生被动接受信息转化为学生主动建构知识的过程。

在复习和课前诊断环节，学生首先在教师的引导下结合PPT讨论复习平面机构自由度的内容，并在线上平台进行平面机构自由度计算的习题作答，之后结合PPT、动画及教师讲解回顾线上平面机构组成原理的学习内容，并在线上平台完成课前测试题。教师通过机构自由度计算习题和课前测试题的作答情况，统计分析结果，为学生查漏补缺。

在课程重点难点内容教学环节，针对教学重点平面机构的组成原理，教师发布讨论任务：讨论杆件组的自由度，以及能否将同一杆组的外接副连接于同一构件（机架除外）上，引导学生根据线上学习内容进行分组讨论并得出小组结论。针对教学重点平面机构的结构分析，结合PPT，学生跟随教师讲解，通过自由度计算公式理解基本杆组概念并认识典型杆组形式，之后学生在教师引导下思考是否存在包含两个内接副和一个外接副的Ⅱ级杆组，以及Ⅱ级杆组的两个外接副是否可以在同一构件上，并口述发表个人看法。针对教学难点，教师在线上平台发布简单机构拆分习题的抢答，并根据学生答题情况为其加课堂表现分；结合PPT介绍结构分析的目的和方法，并结合流程图介绍结构分析的步骤；结合案例分析——破碎机的拆分，进一步深入讲解平面机构结构分析的方法和步骤；通过机构实例提高学生机构结构分析的能力；通过指定不同的原动件，提升习题的深度，帮助学生进一步理解机构的结构分析方法。

最后，学生在教师引导下，结合PPT对课堂学习内容进行归纳总结。教师在线上平台上传课后作业以及扩展自学内容——采用探讨模块法搭建复杂机构。

“机构组成原理与结构分析”学习测评及作业题目如下：

（1）课前测试题：

复习考查目标：平面机构自由度的计算。

选择题：在平面内，运动副所提供的约束是（）个。

A.0B.2C.3 D.1或2

判断题：一个自由构件具有3个自由度。（）

计算题：计算下图（见图2）所示机构的自由度。

考查目标：平面机构的组成原理。

判断题：任何机构都是由机架、原动件和若干自由度为零的杆组组成。（）

判断题：任何机构的从动件系统的自由度都等于零。（）

（2）课堂测试题：

考查目标：平面机构分析方法。

分析题：请对以下机构进行结构分析，说明其组成原理，判断机构的级别和所含杆组的数目。

（3）课后作业：

考查目标：平面机构组成原理和结构分析方法。

分析题1：请对以下机构（如图3）进行结构分析，说明其组成原理，判断机构的级别和所含杆组的数目，并讨论，当主动件更换为构件4时，机构的级别是否发生变化。

分析题2：请同学们在日常生活中找一个平面连杆机构的应用，绘制其运动简图并分析机构组成。

结语

本文基于SPOC混合式教学，按照一致性建构原则，进行了机械原理课程的教学方案设计和教学实践应用。课前教师在线上学习平台上传学习目标、学习内容、重点难点、知识框架，包含教学内容的PPT、视频，学生线上进行课前预习。课堂教学活动采用线上线下相结合的方式，提高学生在课堂学习过程的参与度，帮助学生建立学习过程中的主体意识。课后通过作业、自主学习内容发放，继续构建线上持续的探究学习社群。后续拟持续系统改进机械原理课程的教学设计，以实现“以学为中心”的课程设计和教学改革，打造具有高阶性、创新性和具有挑战度的一流本科生专业基础课程。

参考文献：

［1］徐葳，贾永政，阿曼多·福克斯，等.从MOOC到SPOC——基于加州大学伯克利分校和清华大学MOOC实践的学术对话［J］.现代远程教育研究，2014（04）：13-22.

［2］王祖源，张睿，顾牡，等.基于SPOC的大学物理课程混合式教学设计与实践［J］.物理与工程，2018，28（04）：3-19.

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