工程認(rèn)證背景下“機(jī)械原理”課程“線上+線下”混合式教學(xué)研究

宋憲臣， 黃偉莉， 林亮華， 趙 杰

(東華理工大學(xué) 機(jī)械與電子工程學(xué)院，江西 南昌 330013)

伴隨著新工科建設(shè)以及工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的推進(jìn)，各種現(xiàn)代教學(xué)手段、教學(xué)理論、教學(xué)方法以及教學(xué)改革不斷涌現(xiàn)。其中，教學(xué)方法包括項(xiàng)目教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂等[1-3]；教學(xué)改革則包括實(shí)踐教學(xué)改革、課程教學(xué)綜合改革等[4,5]。教育回歸本質(zhì)，促使教學(xué)工作高效實(shí)施成為當(dāng)代教師迫切需要解決的課題。將以上手段有機(jī)結(jié)合起來，發(fā)揮各自優(yōu)勢，有效提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果成為課程教學(xué)的最終目標(biāo)。

“機(jī)械原理”課程是機(jī)械類各專業(yè)中研究機(jī)械共性問題的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課，內(nèi)容主要包括現(xiàn)代機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)的工作原理、分析及設(shè)計(jì)方法等。課程目標(biāo)是使學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)械動(dòng)力學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，并初步具有擬定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案、分析和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。以機(jī)械工程專業(yè)為例，在工程教育背景下課程目標(biāo)主要指標(biāo)點(diǎn)為工程知識(shí)、問題分析、研究、溝通。如何提高教學(xué)質(zhì)量、提高課程目標(biāo)達(dá)成度是工程教育背景下“機(jī)械原理”課程教學(xué)過程面臨的主要問題。

“線上+線下”混合式教學(xué)作為一種能夠兼顧線上教學(xué)隨時(shí)性、分散性和線下教學(xué)實(shí)時(shí)性、集中性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)線上教學(xué)和線下教學(xué)良性互補(bǔ)，并充分發(fā)揮各自優(yōu)勢的一種新型教學(xué)模式，越來越受到教師們的重視[6,7]。尤其在學(xué)生線下學(xué)習(xí)時(shí)間不確定的情況下，混合式教學(xué)提供了一種新的教學(xué)模式。

1 線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)思路

從提高課程目標(biāo)達(dá)成度的角度出發(fā)，本研究教學(xué)設(shè)計(jì)思路以清華大學(xué)李曼麗教授提出的傘形結(jié)構(gòu)為藍(lán)圖[8]，具體結(jié)構(gòu)結(jié)合教學(xué)實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖1所示。課程教學(xué)設(shè)計(jì)具體內(nèi)容如下。

圖1 混合教學(xué)結(jié)構(gòu)組成

1.1 線上部分設(shè)計(jì)

1.1.1 線上視頻設(shè)計(jì)

線上視頻內(nèi)容設(shè)定為某知識(shí)點(diǎn)的精講，要注意對(duì)視頻時(shí)長的控制和視頻質(zhì)量的把控?？疾齑蠖鄶?shù)主流線上課程時(shí)長設(shè)置，在前期調(diào)研本教學(xué)班學(xué)生的基礎(chǔ)上，視頻時(shí)長設(shè)置為10分鐘左右。視頻盡量在語音室錄制，做到無噪聲。合理設(shè)置視頻任務(wù)點(diǎn)，讓學(xué)生更加有效地觀看視頻，將視頻權(quán)限設(shè)置為禁止拖拽并防止窗口切換，此外學(xué)生看視頻時(shí)需要回答隨機(jī)跳出的問題，回答錯(cuò)誤則自動(dòng)回退2分鐘，避免學(xué)生為應(yīng)付任務(wù)而進(jìn)行刷分。

1.1.2 線上作業(yè)布置

學(xué)生觀看視頻的同時(shí)，做一些概念性的題目(例如視頻中插入習(xí)題)可以加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，無形中也完成了作業(yè)任務(wù)。每個(gè)章節(jié)準(zhǔn)備相應(yīng)的習(xí)題庫以備學(xué)生練習(xí)，習(xí)題可加深難度和深度，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握；討論分為課前—線上、課中—線下、課后—線上線下兼有，課前討論作為作業(yè)的一部分進(jìn)行考核并在線上直接打分；學(xué)生個(gè)人的活躍度、答案認(rèn)可度均作為評(píng)分指標(biāo)，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，深化其對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。

1.1.3 線上依托平臺(tái)

線上平臺(tái)提供的功能有備課、創(chuàng)建習(xí)題、創(chuàng)建試卷、簽到、隨堂測試、課堂提問、分組教學(xué)、搶答以及成績管理等，學(xué)生可以在PC端和手機(jī)端登錄平臺(tái)并進(jìn)行操作。這些功能可以將線上和線下的教學(xué)活動(dòng)有機(jī)結(jié)合起來，便于進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的模塊化管理。

1.2 線下部分設(shè)計(jì)

1.2.1 線下教學(xué)平臺(tái)

線下教學(xué)采用學(xué)校提供的“智慧教室+終端”的方式進(jìn)行，充分發(fā)揮智慧教室作用，具有小組討論、舉手發(fā)言等功能。智慧教室功能較為豐富，配備了大屏幕、活動(dòng)桌椅、手寫板、錄像錄音等適用于智慧教學(xué)的設(shè)備。同時(shí)，為保證教學(xué)效果，學(xué)生人數(shù)限制在50人以內(nèi)。

1.2.2 線下教學(xué)內(nèi)容組織與設(shè)計(jì)

線下教學(xué)作為教學(xué)活動(dòng)的主要部分，教師在指導(dǎo)學(xué)生完成了一定程度的線上預(yù)習(xí)后，需進(jìn)行線下教學(xué)活動(dòng)。線下活動(dòng)要合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，注意激活學(xué)生思維和做好知識(shí)的串聯(lián)。教學(xué)活動(dòng)時(shí)間分配：教師講解占60%，學(xué)生討論占30%，教師講評(píng)占10%。教師線下講解被壓縮的部分可在線上部分得到彌補(bǔ)。學(xué)生可以通過終端進(jìn)行舉手發(fā)言，舉手次數(shù)、發(fā)言正確與否最終都將被計(jì)入總成績。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)組織

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論教學(xué)的延續(xù)和補(bǔ)充，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行也采用“線上+線下”的方式。線上部分是運(yùn)用教育部虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，首先讓學(xué)生進(jìn)行線上虛擬實(shí)驗(yàn)，此外提前組織預(yù)實(shí)驗(yàn)小組先進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，并全面掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，錄制講解視頻上傳至課程網(wǎng)站作為視頻教程供學(xué)生預(yù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)過程則采取學(xué)生(預(yù)先做好實(shí)驗(yàn)的成員)分組指導(dǎo)和教師集中指導(dǎo)相結(jié)合的方式。這樣提高了實(shí)驗(yàn)速度，減少了線下時(shí)間，保證了實(shí)驗(yàn)效果。

2 具體教學(xué)方案的設(shè)計(jì)

以“平面機(jī)構(gòu)自由度”為例，整個(gè)教學(xué)過程設(shè)計(jì)如下。

2.1 線上線下任務(wù)的合理分配

線上部分包括以下4個(gè)部分：第一，自由度概念；第二，約束的概念；第三，平面運(yùn)動(dòng)副的約束條件；第四，平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件。

線下教學(xué)包括以下2個(gè)部分：第一，平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式；第二，平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算的注意事項(xiàng)。

2.2 線上教學(xué)任務(wù)的執(zhí)行

在混合式教學(xué)前提下，線上教學(xué)內(nèi)容部分是先行的，要提前發(fā)布任務(wù)內(nèi)容，并規(guī)定學(xué)生完成任務(wù)的時(shí)間，且在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成才能得到相應(yīng)積分。進(jìn)入任務(wù)環(huán)節(jié)后，學(xué)生可以通過觀看線上視頻，回答視頻中嵌入的任務(wù)問題以完成視頻觀看任務(wù)。教師可設(shè)置討論題目鼓勵(lì)大家積極發(fā)言，例如通過舉例說明生產(chǎn)生活中涉及自由度應(yīng)用的例子(可以從多個(gè)角度說明，運(yùn)動(dòng)確定的機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)具有不確定性的機(jī)構(gòu)，在理解概念的基礎(chǔ)上開發(fā)、拓展學(xué)生的思維)以此完成課程討論任務(wù)，明確機(jī)構(gòu)自由度分析的重要意義。經(jīng)過線上環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)較好地掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，明確此部分教學(xué)內(nèi)容的重要意義，并產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，為線下學(xué)習(xí)做好預(yù)熱工作。為檢驗(yàn)線上教學(xué)的效果，教師應(yīng)通過后臺(tái)查閱學(xué)生觀看視頻情況以及討論區(qū)討論情況，并在學(xué)生需要答疑時(shí)及時(shí)進(jìn)行在線答疑，實(shí)現(xiàn)并持續(xù)進(jìn)行線上教學(xué)的良好互動(dòng)。線下學(xué)習(xí)結(jié)束后，教師還應(yīng)考慮學(xué)生經(jīng)過線下學(xué)習(xí)后對(duì)線上內(nèi)容的反哺，對(duì)線下學(xué)習(xí)情況及時(shí)進(jìn)行總結(jié)。線下學(xué)習(xí)總結(jié)完成后，教師給學(xué)生發(fā)放綜合型習(xí)題，以便深入學(xué)習(xí)和知識(shí)固化。

2.3 線下教學(xué)任務(wù)的執(zhí)行

分析線上學(xué)習(xí)情況后，教師根據(jù)線上學(xué)習(xí)反饋情況設(shè)計(jì)好線下學(xué)習(xí)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，教學(xué)過程注意突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)。同時(shí)，教師要注意做好銜接，課前通過幾分鐘時(shí)間將線上內(nèi)容引入線下，將線上學(xué)習(xí)情況線下展示給現(xiàn)場學(xué)生，快速引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)場景。每次線下課程根據(jù)線上討論情況將學(xué)生分組，便于學(xué)生之間產(chǎn)生有效互動(dòng)。課程講授方式采用啟發(fā)式教學(xué)、案例法教學(xué)、思維導(dǎo)圖、項(xiàng)目教學(xué)法、 試錯(cuò)法教學(xué)等。例如在講解計(jì)算自由度的注意事項(xiàng)中，教師以試錯(cuò)法教學(xué)為主，先讓學(xué)生直接套用公式計(jì)算，待發(fā)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果與正確結(jié)果不符時(shí)，提醒學(xué)生注意一些特殊情況的處理，并引導(dǎo)學(xué)生給出處理方法，鼓勵(lì)學(xué)生參加討論，加大學(xué)生課堂參與度，提高教學(xué)效果。線下課程結(jié)束后，教師及時(shí)發(fā)布作業(yè)并限時(shí)完成，且在總結(jié)后將整改結(jié)果反饋至線上部分。

3 考核方式改革與設(shè)計(jì)

采用混合式教學(xué)以后，為體現(xiàn)線上線下結(jié)合的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)過程的重要性，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)參與度，考核方式也可進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，調(diào)整后的考核方式由“線上+線下+理論+實(shí)踐”組成。其具體為：學(xué)生總成績100%=視頻觀看15%+評(píng)論10%+簽到5%+舉手回答問題10%+作業(yè)10%+期中考試20%+期末考試30%。此考核方式注重學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)深度的考核，將會(huì)促進(jìn)學(xué)生(課前+課中+課后)學(xué)習(xí)過程的全面參與度，充分體現(xiàn)工程認(rèn)證課程目標(biāo)指標(biāo)點(diǎn)。

4 課程運(yùn)行

基于“線上+線下”混合式教學(xué)模式，“機(jī)械原理”課程在校在線平臺(tái)運(yùn)行了一個(gè)學(xué)期，一個(gè)教學(xué)班的點(diǎn)擊次數(shù)達(dá)到了12.6萬次之多，運(yùn)行期間發(fā)起了多種多樣的線上線下教學(xué)活動(dòng)，通過問卷調(diào)查收集了學(xué)生的反饋意見。調(diào)查問卷的內(nèi)容包括：學(xué)生對(duì)視頻的針對(duì)性、長度的要求；學(xué)生對(duì)教師組織的互動(dòng)活動(dòng)的參與意愿；學(xué)生對(duì)整個(gè)教學(xué)過程的滿意度等。教師根據(jù)學(xué)生的反饋，對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)優(yōu)化。例如使視頻更加具有針對(duì)性，視頻的時(shí)長控制在10分鐘左右，加強(qiáng)線上作業(yè)批改環(huán)節(jié)的互動(dòng)交流等。

課程結(jié)束時(shí)，將課程考核結(jié)果與沒有采用混合式教學(xué)的教學(xué)班級(jí)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，學(xué)生成績有了一定程度的提高，平均分由72.3分提高到76.8分，課程目標(biāo)指標(biāo)點(diǎn)(工程知識(shí)、問題分析、研究、溝通)達(dá)成度也得到了全面提高。這主要是因?yàn)檎n程實(shí)施過程中更加注重于過程考核和學(xué)生參與度的考核，在提高學(xué)生參與度、積極性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生成績的總體提升。

5 結(jié)語

采用本方法后，課程目標(biāo)主要指標(biāo)點(diǎn)(工程知識(shí)、問題分析、研究、溝通)達(dá)成度得到了一定程度的提高。“線上+線下”混合教學(xué)模式作為一種新型的教學(xué)方法和手段，在今后的教學(xué)活動(dòng)以及工程認(rèn)證建設(shè)中必將發(fā)揮重要作用。