机械原理类课程线上混合式教学方式探索与实践*

李映君 王桂从 张明远 李发家

济南大学机械工程学院 济南 250022

0 引言

机械原理类课程是国内外具有工科背景的院校机械类专业和近机械类专业一门具有很强的工程性、实践性和应用性的最重要的专业技术基础课之一。作为机械类学生接触的第一门培养学生机械认识和思维的基础专业课，学生了解认识机械，掌握常用平面机构运动简图绘制方法、运动分析方法、平面机构设计、凸轮机构、齿轮机构等基础知识和原理，掌握应用学过的专业知识对机构求解、设计、实验等机械专业的基础理论和方法，培养学生的机械思维、机构创新和系统创新的能力，从而具备对复杂工程问题进行识别、判断、分析、解决、设计、实验的能力，为后续机械设计等机械类专业课程打下坚实的理论基础，增强学生对机械技术工作的适应性，对学生日后的工作、科研具有重要的指导意义。

1 机械原理课程教学现状

与其他高校相比，笔者所在学校机械原理课程经过多年变革，现学时调整为42 理论学时和6 学时实验。机械原理是面向大学二年级第二学期学生开的一门理论性、实践性、独立性和逻辑性非常强的课程，与日常生产生活实际中广泛应用的机械实践联系非常紧密。课程知识点多、学习难度大，各知识点之间要融会贯通，而且各章内容彼此独立，前后联系不甚密切，在“新工科”建设要求重点培养学生创新能力和创新意识的背景下，对学生提出了“学以致用”的较高要求，不要求死记硬背，关键在于理解，重点在于应用。传统机械原理授课过程中教学任务重而授课课时少，而且教学过程中多以教师讲—学生听的课堂填鸭式讲授为主，无法充分调动和激发学生学习的积极性、主动性和独创性，难以完全起到体现以学生为中心的教学理念，学生难以在课堂及时理解知识导致课堂参与度较低。教学过程中，教师也只能通过课堂提问和课后作业的方式来把控学生学习效果，课堂教学难以给学生提供足够自学和巩固知识的时间，对于教师提出的问题讨论不够积极和充分[1]。

2 机械原理在线教学平台搭建

采用线上+线下的混合式教学模式拓宽学生的学习途径和方法，将教师主导模式转变为学生主导模式，课程组构建了在线教学平台（学习通）+课堂重难点讲解的机械原理网络教学平台的总体框架（图1 所示），并在济南大学教务处网络教学综合平台的基础上开发和实现了机械原理网络教学应用平台，为广大师生提供了一种自主式、开放式、立体式的教学环境，有效地突破了时域和地域的限制。

图1 教学体系构建

图2 资源基础统计数据

在线教学平台课程包含课程介绍、学习指南、教学目标、成绩组成、试题库、试卷库、各章节理论课、作业、通知、课程问卷、答疑讨论等内容。另外，还有大量与机械相关的图片、视频、动画等课程资源。理论课程内容包括各章节的PPT 演示文稿、重点难点提醒、视频微课、单元汇总、章节测验等内容。通过学习通上的PPT 课件、视频、教材、习题等模块组织学生进行线上学习，结合学生网络学习注意力的特点，将课堂进行10 ～15 分钟微课式内容的切割，视频资源总数176 个，总时长2517 分钟，非视频资源358 个。基于超星尔雅平台技术，建立了完善的习题库，包括填空题、判断题、选择题、简答题、计算题等500 余道试题，题型量多、题型丰富，方便学生课堂测验、布置课后作业、进行章节测验和考试环节等，可以实现题型乱序和随机选题，其中客观题可自动批阅，主观题由教师批阅。

学生学习完视频课程内容后，完成老师在超星学习通APP 中布置的签到、选人、投票、抢答、评分、讨论、问卷、随堂练习、分组任务等多种形式的课堂活动，通过问卷和评分环节把控学生的知识点掌握情况，不断改进教学方法和调整教学内容。在学生完成各章学习任务后，发布本章填空、选择和判断为主的测验，老师通过对在线测试结果汇总，及时关注学生的线上学习数据，分析学生的线上学习行为，教师查看学生在线学习数据的记录，及时督促进度较慢学生，在课堂中作为师生互动、重点提问和随机随时提问的对象。每章内容学习完成后，通过学习平台及时发布课后作业，作业主要是简答题、作图题和计算题等主观题。学生通过课前网络自主学习、课堂听讲和课后复习巩固不同学习方式的配合，对机械原理授课内容的学习形成了整体性和立体化，具备初步的常用机械机构设计能力，并能将所学知识用以解决实际复杂工程问题。通过混合式教学，教师与学生之间可以搭建起一种教和学稳定且有效的教学模式，从而真正实现“以学生为中心”的教学理念。根据新的教学模式制定了新的考核机制，降低期末考试在课程考核中所占的权重，加强在线上教学效果的考核包括章节学习次数、讨论、章节测验、作业和课堂互动等学习全过程各环节的考核权重，避免部分学生通过学期末集中学习也能通过考试，但对课程知识的理解和把握不足现象，从而对学生学习过程有效把控[2-3]。

3 课程思政教育内容建设

课程思政是当前高校各专业课程改革的新趋势。与其他专业相比，机械专业更侧重于工程技术，当前国内外机械行业普遍存在工作环境较差，发展潜力不高，薪资待遇较低等状况，导致本科毕业生选择从事与机械行业相关专业岗位的主观意愿不强，因此缺少对专业课程学习热情，甚至部分学生选择跨专业考研。国内部分高校存在部分教师在教学时重教书轻育人现象，只侧重知识传授和能力培养，对学生的三观、法治意识、责任感、职业道德及爱国情怀等人文关怀方面的培养缺乏关注[4-5]。为响应习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的讲话精神，济南大学机械原理课程组从立德树人角度出发，进行了机械原理类课程思想政治建设，以爱党、爱国为主线，围绕家国情怀、文化素养等从多角度多层次挖掘机械原理课程中的思政元素，建立机械原理课程内容思政元素共享数据库，图3 所示为机械原理课程教学内容思政元素挖掘的思路。

新时代大学生普遍具有独立自主思想，为充分发挥高校思想政治工作融入专业知识授课的作用，提升课程“才”与“德”兼顾育人实效，课程组立足于混合式教学模式改革，转变教育理念，实施专业育人，线上线下融入思政元素优化人才培养方案，融入德育环节完善考核方式等，培养学生的社会责任感和使命感，树立正确的三观，把理想信念、职业道德、工匠精神、奉献社会等思想政治教育要素纳入课程体系中。采用教师主导—学生为主体的案例式、启发式和互动式相结合混合式教学方法，以实际案例（例如口罩生产设备、医用设备、绒布生产设备等）促进学生学习的兴趣，在线教学平台添加例如《大国重器》《大国工匠》等纪录片，使学生有机会了解和掌握现代先进的机械系统分析与设计方法，弥补学生理论与实践知识结合不足的现实，培养学生精益求精的工匠精神，熏陶大学生民族自豪感和树立家国情怀，同时提高课堂教学效果，培养学生的创新设计能力、独立分析和解决问题能力。

4 改革存在的主要问题及解决方案

首先，学生积极性有待提高。由于大部分学生初次使用在线教学平台，尽管授课教师多次提醒学生需要及时完成布置的任务点，有时会因为时间管控不合理，未能按时完成课程预习和课堂活动等任务。因此，授课教师通过多次督促，发布通知等方式，及时提醒学生，发放签到总数126（次），参与签到总数8 119（人次）；发放投票总数24（次），参与投票总数1 247（人次）；发放问卷总数166（次），参与问卷总数8 490（人次）。此外，部分任务点设置时间节点，学生须在规定时间提交作业、完成任务点等。以上措施对学生学习该课程积极性起到了一定的效果。

其次，学生挑战性有待提高。课程改革之前，学生平时成绩考核比较单一，仅包括课堂考勤和课后作业，学生只要完成作业，保证一定的出勤率，就比较容易拿到平时成绩。改革后，平时成绩由作业、课堂互动、视频任务点、章节测验等组成。学生普遍反应任务多了，拿分不容易，挑战度得到提高。同时课堂活动增加了随堂测验，学生需要对刚学习的知识点熟练掌握，本年度发放随堂练习总数101（次），参与随堂练习总数5 585（人次）。以上措施对学生学习该课程挑战度起到了一定的效果。

最后，学生平时成绩公平性有待提高。本课程面向本科二年级学生，学生的成绩对评奖学金和保送研究生具有重要的影响作用，学生更关注平时成绩全年级公平性。因此，笔者对所有班级学生平时成绩通过在线学习平台进行统计，所有的视频、章节测验等任务点以及每位授课教师的课堂活动做到全年级统一，平时成绩权重也相同。学生普遍反应平时成绩更客观、更公平。以上措施对学生学习该课程平时成绩公平性起到了一定的效果。

5 机械原理在线教学平台实践效果

教学实践表明，教师无法通过线上教学学生的表现全面了解学生对课程知识的掌握情况，通过混合式教学，可以对教师提前发布的导学内容进行自主学习，学生普遍反映课前、课后自主学习放宽了学习时域和地域的限制，通过学习通平时成绩组成，提高了自我学习能力和学习积极性，线下课堂教学又进一步学习、巩固和加深了在自主学习中难以理解的问题。通过对机械工程学院2018—2020 年级机械工程、车辆工程、智能制造、机械设计制造及自动化等专业共计约1 200 人的学习效果进行分析，在线教学平台点击率达到440 万余次。虽然考核的内容增加了，但是考核的比重却分散了，学生对知识的掌握程度和自主学习的能力反而得到了大幅度提高，学生取得了比以往更好的学习成绩，优良率达到57%，及格率达到97%，将思政引导引入课堂教学和在线教学，通过中国古近代文明史和《大国重器》等具有明确背景的机械专业工程实际案例以及创新设计分组任务，增强了学生团队感和协作精神，明显提高了学生学习的积极性和主动性以及创新能力和意识。