面向新工科的机械类专业课程教学模式实践初探

2021-11-04任海军

科学咨询 2021年34期

任海军

(重庆邮电大学先进制造工程学院重庆 400065)

时代在发展，技术在进步，在新工科背景下，对高等教育人才提出了具有适应性强、创新思维活跃、国际化视野的更高要求[1]。如何才能培养出适应新工科需求的复合型人才，是工科院校和工科专业必须深入思考，积极作为的时代课题。机械专业是典型的工科专业，是实现制造强国和智能制造的基础学科，从教学模式改革创新入手，探索机械专业人才培养新方法、新途径具有十分重大的现实意义[2]。

一、面向新工科的混合式教学模式

实践证明，线上教学是机遇也是挑战。但是，单纯的线上教学效果并不是太好，需要学生的自觉性、自律性很强，这引起广大教育工作者的积极思考和探索。因此，混合式教学模式得到广泛关注。混合式教学结合了网络教学、线下教学的优点，能最大可能地调动学生学习积极性，充分发挥教师解疑答惑、重点讲解的作用，使学习效果达到最佳[3][4]。总体技术路线如图1所示。

图1 总体技术路线图

（一）基于网络资源的线上学习

随着网络技术的发展，更多资源可以从网络获得，极大丰富了学习途径，但也存在网络学习资料的良莠不齐，需要去伪存真、去粗取精。这需要任课教师在开课前充分评判网络资源，从中选出可以作为学习材料的信息。充分利用中国大学MOOC国家精品课程在线学习平台等网络课程作为课前预习、课后复习巩固资源[5]；以五轴联动数控加工机床视频介绍空间加工方法等；以《大国重器》《超级工程》等纪录片中的相关内容作为课间间歇和课堂教学的点缀。采用这些线上资源主要起到的作用，一是学生在课前对即将学习的内容有了解，掌握基本知识和概念、发现存在的问题；二是学生在课后可以对不理解的问题进行再次学习；三是可以从实体动画中实实在在观看到实际加工生产过程，加深对知识的理解；四是了解学科前沿，拓宽视野，提升学习兴趣，同时厚植家国情怀，增强民族认同感和自豪感，激发报国热情（即课程思政）。

线上学习的难点是学生是否真的进行了学习。关于在混合式教学中的线上教学，主要分为两种模式。一种是完全将线上学习安排在课前和课后，这种情况下的监督是比较困难的。从实际情况来看，有少部分学生认真按要求进行了线上学习，但有相当一部分学生并没有将学习具体落实，他们登陆网络教学视频后，就开始做其他事情了，对安排的任务只不过是在敷衍了事。为了解决这种模式下的弊端，产生了另一种模式。根据教育部对混合式教学的定义，将某门课程原来的总学时分为线上和线下，而且将线上教学的学时也全部安排在某个教室内，学生集中学习，任课教师在现场对学生进行监督指导。第二种模式，需要学校相应的硬件设施配套，部分高校在积极推进这方面的工作。

（二）多元线下教学模式

在充分利用线上教学的基础上，线下教学仍然占有十分重要的地位。随着智能手机的发展，为智慧教学工具引入课堂奠定了基础。在线下教学中，不再是传统的授课方式，可充分利用智慧教学工具，提高授课效果。常用的智慧教学工具有雨课堂、学习通、智慧树等，这些工具都可以实现课堂点名、问题发布、答案统计、结果投屏等功能，为丰富课堂教学手段，充分调动学生学习积极性起到促进作用。

在理论课堂，在讲授知识过程中，如果授课方式单一且内容单调时，学生难以长时间专注于学习，甚至产生厌学情绪。研究数据表明，在课堂上集中精力听课时间在十五分钟左右，当超过这个时间后容易产生疲劳或难以集中精力，因此，在课堂教学的教学设计中，根据课程特点和授课内容，按照这种频次，通过智慧教学工具实时发布问题让学生作答，使其学习节奏得到调节。由于此时采用智慧教学工具的目的是调节学生的情绪，因此，这类问题的设置，通常宜偏基础一些，容易作答，利于学生充满信心。

为充分调动学习主动性，在教学过程中，合理安排翻转课堂，使学生积极参与学习。如果翻转课堂内容太基础、简单，学生会认为上一门课太简单，容易产生轻视，而导致对往后的课程不认真学习。如果翻转课程内容太难，学生花费大量准备时间，也难以理解，容易对课程失去信心，或者是学生认为不理解的内容老师会讲解，反而不主动思考。因此，翻转课堂宜安排中等难度内容。

学生上讲台，还可以分小组对学科前沿进行讲解。这需要整个小组分工协作查阅资料，共同协商确定讲解内容，并做好PPT及相关的视频材料。做PPT过程可以让学生get到新技能，如何做出精美的图片，如何安排页面上的讲解内容等也需要付出努力。最后对学科前沿内容的讲解也十分重要，可以培养演讲人严密的思维、清晰的谈吐以及临场发挥，可以使教师从多方面对学生的能力进行了解。

实际上，在线下教学中，有时也会用到部分线上教学内容，只不过这部分内容是以短视频的形式出现，是为了更好更清楚讲明白某个知识点，同时，通过这种模式的切换，可调节学生情绪，将学生吸引到课堂。

二、以例题、案例讲解为主的“逆向教学”实践

对于具有一定理论知识，但实践性很强的专业课程，以例题、案例教学方式，采用“逆向教学”方法进行专业知识的讲授。采用这种教学方式，一是因为已经安排学生在课前通过网络视频教学课程、慕课等资源对基本知识进行了学习，可以直接进行案例分析；二是考虑到部分学生预习情况不理想，采用这种“逆向教学”方式，在案例中对基本知识进行讲解与说明，既形象直观，也立刻对基本知识进行了运用，记忆深刻。

以机械设计课程教学为例，此课程核心就是对各种典型机械零部件进行设计、计算、校核，通过完整讲解一个设计实例，对设计流程、其中所涉及的基本概念、公式进行学习、运用，即在学习设计实例的过程中回过头去学习所涉及的基本知识—“逆向”。以普通V带传动设计为例进行阐释。如已知电动机功率、转速、传动比、每天工作时长等信息，就需要查表确定工作系数、确定计算功率、再选择带型、确定带轮的基准直径并验算带速、计算大带轮的基准直径、确定V带的中心距和基准长度、验算小带轮上的包角、计算带的根数、计算V带的根数、计算V带的初拉力、计算压轴力等多个步骤，在这个过程中涉及较多公式和基本概念，按照设计思路，带着需用到的公式和基本概念进行讲解或复习巩固，当完成这个案例的设计时，对V带涉及的知识就会有比较深入的了解。

对于这类课程，由于一个设计例题包含了数十个步骤，整个解答过程有数页，并涉及大量的查表工作，教师一定要和学生一起完整地走过每个步骤，共同查阅每个图表。因为在某个步骤用到的图表中查阅的数据，可能存在一定的迷惑性，也是学生容易犯错误的地方，必须让学生准确理解。

此外，如果课程涉及计算机程序，还应该在计算机上输入程序运行，这个过程看起来只是简单复现，但该过程可以帮助学生更好理解算法的每个步骤的意义所在，通过查看中间变量值得到程序的运行情况，并且，当得到整个程序的正确运行结果后，可以增强主动学习的动力和信心。

三、授课效果动态调整机制

大多数情况下，机械专业课程的学时在32以上，长时间学习一门课程，在相同的模式下，容易产生疲劳，因此，动态调整机制对授课效果有很重要的影响。任课教师需要综合多方面信息，判断学生是否出现思想懈怠、情绪低落、注意力不集中、学习效率降低等情况。在教学过程中，通过智慧教学工具统计结果、问卷调查、督导评价等对教学效果进行评价，根据评价结果和学生平时课堂整体表现对混合式教学模式等进行实时调整，对各种教学方式的切换做到恰到好处，充分调动学习积极性，促使学生在整个学习过程中充满激情和兴趣，实实在在学到知识，提升能力。