信息技术条件下机械原理课程的教学改革与实践

刘晓霞　武照云　丁浩　阮竞兰　申会鹏

[摘 要]课题组针对当前传统的机械原理课程教学中存在的“教学模式单一”“先进教学手段匮乏”“考核方法落后”等诸多问题，以新建构主义学习理论和布鲁姆精熟学习理论为指导，坚持“以学生为中心”“成果导向”和“持续改进”等核心理念，设计了信息技术条件下机械原理课程的教学新模式，对教学过程和评价方式进行了重构，并借助网络教学平台进行实现。机械原理课程的教学新模式将移动互联网技术充分应用到课程教学的全过程，实现了课程教学的数字化、网络化和智能化，为学生创建了一个开放、共享的泛在化學习环境。经过一个周期的教学实践结果表明：该教学新模式有效地激发了学生的学习兴趣，使学生的知识、素质和能力均得到了较大的提升。

[关键词]信息技术;机械原理;教学重构

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）10-0044-03

随着互联网的出现，各种在线资源通过网络进行传播，信息化教学成为教学的热点，也成为学校、国家提升教学质量的主要措施[1]。

信息技术的发展促进了教学环境的变化，进而促进了教学模式以及教学方式方法的变革。目前，构成信息化教学环境的终端设备也在发生着巨大的改变。根据中国互联网信息中心提供的数据，截至2017年12月底，我国网民使用手机上网的比例高达97.5%，手机已经成为主要的网络接入设备。因此，作为学习者的学习终端，以PAD和手机为代表的个人自带设备已经成为大学生学习的主要终端设备。智能终端设备的普及，让信息化教学成为可能，也催生了我们的教学要向学习者所喜欢的学习模式和他们所喜欢使用的学习介质方面发生转变。

在学习环境发生变化的同时，促进我们教学变革的主要原因是对人才培养质量提出了更高要求。对于大学教育，国家提出了以提高人才质量为核心的内涵式发展思路，并提出了要求：一是要创新教育教学理念和教学模式。二是要创新教学方式方法和手段，从传统课堂的“满堂灌”“填鸭式”教学，向启发式、讨论式、参与式等互动型课堂教学转变。学生的创造思维、创新意识、解决问题的能力等在教学的全过程要得到有效的发展。三是要创新学习方式，加强自主学习、探究式学习以及终身学习，构建泛在移动学习，让学生“人人皆学、处处能学、时时可学”。要实现上述内涵式发展，课堂教学变革是关键，相应的教学模式的变革是前提，而现代信息技术是最强有力的支撑。

机械原理课程开设历史悠久，近一个世纪以来，始终作为全国各工科院校机械类专业的主干技术基础课程[2]。该课程具有实践性强、与工程实际结合紧密等特点，是培养学生综合分析能力、创新设计能力和解决工程实际问题能力的重要课程。

一、机械原理课程传统教学存在的问题

近年来，随着机械学科的飞速发展，我国工程教育专业认证工作的快速推进，以及社会需求的逐步提高，机械原理课程承担的人才培养任务越来越重，所占据的地位越来越重要，与此同时，教学过程中暴露出的问题与不足也越来越多：

（1）传统教学模式比较单一，主要以教师的“填鸭式”灌输为主，学生被动接受，课堂气氛不活跃，学生学习兴趣不高，直接影响了教学效果。

（2）传统教学评价方法比较简单，一般只将考勤、作业和期末考试成绩作为评价学生学习效果的标准。这种评价方法不能有效地激励学生进行主动学习，学生只会在考前突击背概念，不利于学生创新能力的培养[3]。

（3）传统教学方法距离综合能力的培养还相差甚远。目前大多数教师依旧强调知识的完整性和系统性，教学方法仍很陈旧，重教法、轻学法，重结果、轻过程，重理论、轻实践。

（4）传统教学手段相对落后，信息化教学水平较低，在当前流行的慕课、微课、在线自主学习、网络教学、移动学习、虚拟仿真等新兴教学手段的应用上，力度远远不够。

针对上述这些问题，改变“教学模式单一”“先进教学手段匮乏”“评价方法落后”现状是机械原理课程教学改革的关键突破口。因此，以先进的教学理念为指导，利用信息化教学手段，构建以学生为主体的面向互联网深度融合的多元化教学模式，实现信息技术与教育教学的深度融合，实现教学的持续改进，是全面改进并提升学生“知识、能力、素质”全方位人才培养质量的有效途径。

二、信息化教学的理论依据

（一）新建构主义学习理论

2011年2月，王竹立教授在建构主义的基础上，结合中国目前教育环境，提出新建构主义[4]。新建构主义学习理论认为，网络时代学习面临两大挑战：一个是信息超载，一个是知识碎片化。为了应对这两大挑战，新建构主义一方面强调要教学生学会选择，根据个人需要和兴趣来选择学习的内容，构建个性化的蛛网式知识结构;另一方面采用零存整取式学习策略来整合信息与知识碎片，实现知识内化乃至知识创新。新建构主义把网络视为虚拟的知识银行，主张通过与网络建立联系，来进行知识的建构与创造[5]。新建构主义学习理论对现代信息化教学与教学资源的设计、开发与应用将产生革命性的影响，并且具有普遍的指导意义。

（二）布鲁姆精熟学习理论

20世纪60年代，美国著名教育心理学家布鲁姆提出精熟学习理论。精熟学习是指依目标进行的教学，通过改变学生的学的方式（采用个性化的学习）和教师教的方式（教师需要及时地对学生的学习效果进行评估，在评估的基础上针对学生个性化的问题给予必要的帮助和指导），促进更多的学生达到教学目标的要求[6]。精熟学习理论的核心就是实现个性化的教与个性化的学，教和学都是以学习者的学为中心，较好地降低学生学习效果的差异性。精熟学习理论的基本流程如图1所示。

在本文的机械原理教学设计中，微课代替了教师重复的讲解，网络教学平台的评价系统代替了教师对学生学习效果的评价功能。该教学设计可以真正地实现因材施教。

三、信息技术条件下机械原理课程教学重构

（一）教学过程重构

根据机械原理课程的特点，以上述理论为指导，结合国际工程教育专业认证，以学生为中心、实现持续改进的理念，充分利用现代信息技术，构建了涵盖课前、课中、课后的全阶段、动态教学过程模式，即三段递进式的混合教学过程，如图2所示。

1.课前——准备性学习阶段。学生在课前学习任务单的导引下，利用自带终端设备（电脑、手机、PAD等）进行微课学习，完成相应的在线测学。在线测学可以即时给出评价结果，如果对所学知识没有完全掌握，学生可以返回去继续进行微課学习，然后再进行在线测学，直到完全掌握为止。学生学习过程中遇到疑难可以与同伴或老师进行在线交流学习，无法解决的疑难可通过平台反馈给教师，教师根据这些反馈及时地调整和改进课中深度学习阶段的教学内容和教学策略。课前自主学习主要达到对基本概念、原理的理解和记忆，为课中深度学习做好知识储备。

2.课中——深度学习阶段。学生带着课前学习的基础知识进入课堂学习。教师给出事先设计好的问题或案例，视其复杂程度采取不同的教学策略。如果问题或案例比较简单，多数学生经过思考就能解决的，教师就采取自主探究的教学策略;如果问题或案例比较复杂，学生自主探究无法完成，教师则采取合作学习的教学策略。学习过程中，无论是问题的界定、解决方案的形成、成果的分享展示都需要学生积极主动、深度地参与，最终达到知识的建构。教师将根据这一阶段学习中遇到的问题及时地制订课后拓展性学习阶段的内容和策略。课中深度学习是知识内化阶段，主要达到对知识的应用、分析和综合。

3.课后——拓展性学习阶段。课后拓展性学习是理论联系实际更深入的学习阶段。学生联系生活和生产实际，进行拓展性探索，内容可以是文献综述、实践调查、科教融合等方面。这一阶段应该是学生最感兴趣的阶段，要鼓励他们将自己的探索经历和体验进行记录和分享，如讨论发帖、撰写博客、制作数字故事等。教师根据这一阶段的学习情况总结经验，反思不足，并及时地调整和改进下一轮学习周期的教学策略。课后拓展学习主要实现对知识的评价和创新。

（二）教学评价方式重构

教学评价是指检验学生掌握所学知识和技能的程度，检查是否实现了教学目标以及实现的程度，以此判定教学设计的效果，作为后续改进的依据[7]。

传统的机械原理课程教学评价方法一般是将平时考勤、作业和期末考试成绩作为评价学生学习效果的标准。这种评价方法比较简单和片面，忽略了学习过程中学生的学习表现情况，不能有效地调动学生学习的主动性、积极性，对学生综合分析问题和解决问题的能力评价考虑不足，不利于学生创新能力的培养。课题组构建的“多元化、全过程、重能力”的机械原理课程考核评价方法，遵从“以学生为中心”“成果导向”和“持续改进”的教育理念，进行过程监控，将过程性评价与终结性评价相结合，使评价主体多元、评价内容多维、评价方式多样，实现评价的有机反馈，达到教与学的不断循环改进，能比较全面地反映出学生的学习情况，有效地促进教学目标的达成。本文构建的过程性评价与课程教学目标的达成关系如图3所示。

课题组构建的机械原理课程多元化的考核方式，包括评价内容多元化和评价主体多元化。评价内容包括微课学习完成率、课前在线测学、出勤率、课堂测试、课堂提问、小组合作学习表现、课后主观作业完成情况、在线讨论、章节测验、期末考试等，覆盖学习的全过程，能更全面地对学生的学习情况和学习能力进行评价。评价主体多元化是让学生参与评价标准的建立并实施评价，实现网络平台评价、教师评价、同伴互评等。学生和网络平台系统参与评价，一方面可以使学生更清楚教学目标，从而促进教学目标的达成;另一方面可以减少教师批改作业的工作量，让教师留有更大的精力投入课程的教学设计中去。机械原理课程的教学评价贯穿学习的全过程，利用网络教学平台产生的大数据，教师可以实时掌握学生的学习情况。机械原理课程的教学评价还注重能力方面的培养，建立综合能力和素质相关的考核内容，知识、素质与能力评价并重，方法包括测试、个人学习表现评价、学习能力评价等。重构的教学评价内容及成绩比例如表1所示。

利用本文设计的教学新模式对本校机械设计制造及其自动化专业201601～201604的四个班级进行了一个周期的教学实践。教学效果表明，采用重构后的教学模式能有效地激发学生的学习兴趣，学生学习的主动性也有了较大的提升，同时学生的知识、综合素质和能力均得到了不同程度的提升。

四、结束语

依托河南省高等教育教学改革研究与实践项目“基于互联网+的机械基础类课程多元化教学模式改革与实践”的建设，借助网络教学平台，将信息技术充分应用到机械原理课程教学的全过程，建构了信息技术条件下机械原理课程教学新模式，实现了课程教学的数字化、网络化和智能化，为学生创建了一个开放、共享的泛在式学习环境，取得了一系列实质性的创新性成果：（1）基于移动互联网技术构建了涵盖课前、课中、课后的全阶段、动态的机械原理课程的教学模式，并成功地应用在大班的教学中。（2）充分利用信息技术的优势，构建了机械原理课程的多元化、全过程、重能力的课程考核评价方式，有利于学生综合素质和创新能力的培养，有效地促进了教学目标的达成。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 王国栋，刘国庆，丁玉奎，甄建伟.现代信息技术环境下教学模式创新有效性研究[J].中国电化教育，2014（11）：51-52.

[2] 罗继曼，郑夕健，王丹，等.以项链式课程规划为主线的机械原理教学模式改革与实践[J].大学教育，2018（6）：66-68.

[3] 田桂中，李滨城，周宏根，李纯金.基于CDIO的机械原理综合考核方法改革与实践[J].大学教育，2015（8）：138-139+154.

[4] 王竹立.新建构主义：网络时代的学习理论[J].远程教育杂志，2011（2）：11-18.

[5] 王竹立.新建构主义教学法初探[J].现代教育技术，2014（5）：5-11.

[6] 何聚厚.互联网+教学设计与实践[Z].中国大学MOOC课程，2018.

[7] 徐英俊，曲艺.教学设计：原理与技术[M].北京：教育科学出版社，2011：6.

[责任编辑：钟 岚]