信息技術條件下機械原理課程的教學改革與實踐

劉曉霞　武照云　丁浩　阮競蘭　申會鵬

[摘 要]課題組針對當前傳統(tǒng)的機械原理課程教學中存在的“教學模式單一”“先進教學手段匱乏”“考核方法落后”等諸多問題，以新建構主義學習理論和布魯姆精熟學習理論為指導，堅持“以學生為中心”“成果導向”和“持續(xù)改進”等核心理念，設計了信息技術條件下機械原理課程的教學新模式，對教學過程和評價方式進行了重構，并借助網(wǎng)絡教學平臺進行實現(xiàn)。機械原理課程的教學新模式將移動互聯(lián)網(wǎng)技術充分應用到課程教學的全過程，實現(xiàn)了課程教學的數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化，為學生創(chuàng)建了一個開放、共享的泛在化學習環(huán)境。經(jīng)過一個周期的教學實踐結果表明：該教學新模式有效地激發(fā)了學生的學習興趣，使學生的知識、素質和能力均得到了較大的提升。

[關鍵詞]信息技術;機械原理;教學重構

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）10-0044-03

隨著互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，各種在線資源通過網(wǎng)絡進行傳播，信息化教學成為教學的熱點，也成為學校、國家提升教學質量的主要措施[1]。

信息技術的發(fā)展促進了教學環(huán)境的變化，進而促進了教學模式以及教學方式方法的變革。目前，構成信息化教學環(huán)境的終端設備也在發(fā)生著巨大的改變。根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)信息中心提供的數(shù)據(jù)，截至2017年12月底，我國網(wǎng)民使用手機上網(wǎng)的比例高達97.5%，手機已經(jīng)成為主要的網(wǎng)絡接入設備。因此，作為學習者的學習終端，以PAD和手機為代表的個人自帶設備已經(jīng)成為大學生學習的主要終端設備。智能終端設備的普及，讓信息化教學成為可能，也催生了我們的教學要向學習者所喜歡的學習模式和他們所喜歡使用的學習介質方面發(fā)生轉變。

在學習環(huán)境發(fā)生變化的同時，促進我們教學變革的主要原因是對人才培養(yǎng)質量提出了更高要求。對于大學教育，國家提出了以提高人才質量為核心的內涵式發(fā)展思路，并提出了要求：一是要創(chuàng)新教育教學理念和教學模式。二是要創(chuàng)新教學方式方法和手段，從傳統(tǒng)課堂的“滿堂灌”“填鴨式”教學，向啟發(fā)式、討論式、參與式等互動型課堂教學轉變。學生的創(chuàng)造思維、創(chuàng)新意識、解決問題的能力等在教學的全過程要得到有效的發(fā)展。三是要創(chuàng)新學習方式，加強自主學習、探究式學習以及終身學習，構建泛在移動學習，讓學生“人人皆學、處處能學、時時可學”。要實現(xiàn)上述內涵式發(fā)展，課堂教學變革是關鍵，相應的教學模式的變革是前提，而現(xiàn)代信息技術是最強有力的支撐。

機械原理課程開設歷史悠久，近一個世紀以來，始終作為全國各工科院校機械類專業(yè)的主干技術基礎課程[2]。該課程具有實踐性強、與工程實際結合緊密等特點，是培養(yǎng)學生綜合分析能力、創(chuàng)新設計能力和解決工程實際問題能力的重要課程。

一、機械原理課程傳統(tǒng)教學存在的問題

近年來，隨著機械學科的飛速發(fā)展，我國工程教育專業(yè)認證工作的快速推進，以及社會需求的逐步提高，機械原理課程承擔的人才培養(yǎng)任務越來越重，所占據(jù)的地位越來越重要，與此同時，教學過程中暴露出的問題與不足也越來越多：

（1）傳統(tǒng)教學模式比較單一，主要以教師的“填鴨式”灌輸為主，學生被動接受，課堂氣氛不活躍，學生學習興趣不高，直接影響了教學效果。

（2）傳統(tǒng)教學評價方法比較簡單，一般只將考勤、作業(yè)和期末考試成績作為評價學生學習效果的標準。這種評價方法不能有效地激勵學生進行主動學習，學生只會在考前突擊背概念，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[3]。

（3）傳統(tǒng)教學方法距離綜合能力的培養(yǎng)還相差甚遠。目前大多數(shù)教師依舊強調知識的完整性和系統(tǒng)性，教學方法仍很陳舊，重教法、輕學法，重結果、輕過程，重理論、輕實踐。

（4）傳統(tǒng)教學手段相對落后，信息化教學水平較低，在當前流行的慕課、微課、在線自主學習、網(wǎng)絡教學、移動學習、虛擬仿真等新興教學手段的應用上，力度遠遠不夠。

針對上述這些問題，改變“教學模式單一”“先進教學手段匱乏”“評價方法落后”現(xiàn)狀是機械原理課程教學改革的關鍵突破口。因此，以先進的教學理念為指導，利用信息化教學手段，構建以學生為主體的面向互聯(lián)網(wǎng)深度融合的多元化教學模式，實現(xiàn)信息技術與教育教學的深度融合，實現(xiàn)教學的持續(xù)改進，是全面改進并提升學生“知識、能力、素質”全方位人才培養(yǎng)質量的有效途徑。

二、信息化教學的理論依據(jù)

（一）新建構主義學習理論

2011年2月，王竹立教授在建構主義的基礎上，結合中國目前教育環(huán)境，提出新建構主義[4]。新建構主義學習理論認為，網(wǎng)絡時代學習面臨兩大挑戰(zhàn)：一個是信息超載，一個是知識碎片化。為了應對這兩大挑戰(zhàn)，新建構主義一方面強調要教學生學會選擇，根據(jù)個人需要和興趣來選擇學習的內容，構建個性化的蛛網(wǎng)式知識結構;另一方面采用零存整取式學習策略來整合信息與知識碎片，實現(xiàn)知識內化乃至知識創(chuàng)新。新建構主義把網(wǎng)絡視為虛擬的知識銀行，主張通過與網(wǎng)絡建立聯(lián)系，來進行知識的建構與創(chuàng)造[5]。新建構主義學習理論對現(xiàn)代信息化教學與教學資源的設計、開發(fā)與應用將產生革命性的影響，并且具有普遍的指導意義。

（二）布魯姆精熟學習理論

20世紀60年代，美國著名教育心理學家布魯姆提出精熟學習理論。精熟學習是指依目標進行的教學，通過改變學生的學的方式（采用個性化的學習）和教師教的方式（教師需要及時地對學生的學習效果進行評估，在評估的基礎上針對學生個性化的問題給予必要的幫助和指導），促進更多的學生達到教學目標的要求[6]。精熟學習理論的核心就是實現(xiàn)個性化的教與個性化的學，教和學都是以學習者的學為中心，較好地降低學生學習效果的差異性。精熟學習理論的基本流程如圖1所示。

在本文的機械原理教學設計中，微課代替了教師重復的講解，網(wǎng)絡教學平臺的評價系統(tǒng)代替了教師對學生學習效果的評價功能。該教學設計可以真正地實現(xiàn)因材施教。

三、信息技術條件下機械原理課程教學重構

（一）教學過程重構

根據(jù)機械原理課程的特點，以上述理論為指導，結合國際工程教育專業(yè)認證，以學生為中心、實現(xiàn)持續(xù)改進的理念，充分利用現(xiàn)代信息技術，構建了涵蓋課前、課中、課后的全階段、動態(tài)教學過程模式，即三段遞進式的混合教學過程，如圖2所示。

1.課前——準備性學習階段。學生在課前學習任務單的導引下，利用自帶終端設備（電腦、手機、PAD等）進行微課學習，完成相應的在線測學。在線測學可以即時給出評價結果，如果對所學知識沒有完全掌握，學生可以返回去繼續(xù)進行微課學習，然后再進行在線測學，直到完全掌握為止。學生學習過程中遇到疑難可以與同伴或老師進行在線交流學習，無法解決的疑難可通過平臺反饋給教師，教師根據(jù)這些反饋及時地調整和改進課中深度學習階段的教學內容和教學策略。課前自主學習主要達到對基本概念、原理的理解和記憶，為課中深度學習做好知識儲備。

2.課中——深度學習階段。學生帶著課前學習的基礎知識進入課堂學習。教師給出事先設計好的問題或案例，視其復雜程度采取不同的教學策略。如果問題或案例比較簡單，多數(shù)學生經(jīng)過思考就能解決的，教師就采取自主探究的教學策略;如果問題或案例比較復雜，學生自主探究無法完成，教師則采取合作學習的教學策略。學習過程中，無論是問題的界定、解決方案的形成、成果的分享展示都需要學生積極主動、深度地參與，最終達到知識的建構。教師將根據(jù)這一階段學習中遇到的問題及時地制訂課后拓展性學習階段的內容和策略。課中深度學習是知識內化階段，主要達到對知識的應用、分析和綜合。

3.課后——拓展性學習階段。課后拓展性學習是理論聯(lián)系實際更深入的學習階段。學生聯(lián)系生活和生產實際，進行拓展性探索，內容可以是文獻綜述、實踐調查、科教融合等方面。這一階段應該是學生最感興趣的階段，要鼓勵他們將自己的探索經(jīng)歷和體驗進行記錄和分享，如討論發(fā)帖、撰寫博客、制作數(shù)字故事等。教師根據(jù)這一階段的學習情況總結經(jīng)驗，反思不足，并及時地調整和改進下一輪學習周期的教學策略。課后拓展學習主要實現(xiàn)對知識的評價和創(chuàng)新。

（二）教學評價方式重構

教學評價是指檢驗學生掌握所學知識和技能的程度，檢查是否實現(xiàn)了教學目標以及實現(xiàn)的程度，以此判定教學設計的效果，作為后續(xù)改進的依據(jù)[7]。

傳統(tǒng)的機械原理課程教學評價方法一般是將平時考勤、作業(yè)和期末考試成績作為評價學生學習效果的標準。這種評價方法比較簡單和片面，忽略了學習過程中學生的學習表現(xiàn)情況，不能有效地調動學生學習的主動性、積極性，對學生綜合分析問題和解決問題的能力評價考慮不足，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。課題組構建的“多元化、全過程、重能力”的機械原理課程考核評價方法，遵從“以學生為中心”“成果導向”和“持續(xù)改進”的教育理念，進行過程監(jiān)控，將過程性評價與終結性評價相結合，使評價主體多元、評價內容多維、評價方式多樣，實現(xiàn)評價的有機反饋，達到教與學的不斷循環(huán)改進，能比較全面地反映出學生的學習情況，有效地促進教學目標的達成。本文構建的過程性評價與課程教學目標的達成關系如圖3所示。

課題組構建的機械原理課程多元化的考核方式，包括評價內容多元化和評價主體多元化。評價內容包括微課學習完成率、課前在線測學、出勤率、課堂測試、課堂提問、小組合作學習表現(xiàn)、課后主觀作業(yè)完成情況、在線討論、章節(jié)測驗、期末考試等，覆蓋學習的全過程，能更全面地對學生的學習情況和學習能力進行評價。評價主體多元化是讓學生參與評價標準的建立并實施評價，實現(xiàn)網(wǎng)絡平臺評價、教師評價、同伴互評等。學生和網(wǎng)絡平臺系統(tǒng)參與評價，一方面可以使學生更清楚教學目標，從而促進教學目標的達成;另一方面可以減少教師批改作業(yè)的工作量，讓教師留有更大的精力投入課程的教學設計中去。機械原理課程的教學評價貫穿學習的全過程，利用網(wǎng)絡教學平臺產生的大數(shù)據(jù)，教師可以實時掌握學生的學習情況。機械原理課程的教學評價還注重能力方面的培養(yǎng)，建立綜合能力和素質相關的考核內容，知識、素質與能力評價并重，方法包括測試、個人學習表現(xiàn)評價、學習能力評價等。重構的教學評價內容及成績比例如表1所示。

利用本文設計的教學新模式對本校機械設計制造及其自動化專業(yè)201601～201604的四個班級進行了一個周期的教學實踐。教學效果表明，采用重構后的教學模式能有效地激發(fā)學生的學習興趣，學生學習的主動性也有了較大的提升，同時學生的知識、綜合素質和能力均得到了不同程度的提升。

四、結束語

依托河南省高等教育教學改革研究與實踐項目“基于互聯(lián)網(wǎng)+的機械基礎類課程多元化教學模式改革與實踐”的建設，借助網(wǎng)絡教學平臺，將信息技術充分應用到機械原理課程教學的全過程，建構了信息技術條件下機械原理課程教學新模式，實現(xiàn)了課程教學的數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化，為學生創(chuàng)建了一個開放、共享的泛在式學習環(huán)境，取得了一系列實質性的創(chuàng)新性成果：（1）基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術構建了涵蓋課前、課中、課后的全階段、動態(tài)的機械原理課程的教學模式，并成功地應用在大班的教學中。（2）充分利用信息技術的優(yōu)勢，構建了機械原理課程的多元化、全過程、重能力的課程考核評價方式，有利于學生綜合素質和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有效地促進了教學目標的達成。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 王國棟，劉國慶，丁玉奎，甄建偉.現(xiàn)代信息技術環(huán)境下教學模式創(chuàng)新有效性研究[J].中國電化教育，2014（11）：51-52.

[2] 羅繼曼，鄭夕健，王丹，等.以項鏈式課程規(guī)劃為主線的機械原理教學模式改革與實踐[J].大學教育，2018（6）：66-68.

[3] 田桂中，李濱城，周宏根，李純金.基于CDIO的機械原理綜合考核方法改革與實踐[J].大學教育，2015（8）：138-139+154.

[4] 王竹立.新建構主義：網(wǎng)絡時代的學習理論[J].遠程教育雜志，2011（2）：11-18.

[5] 王竹立.新建構主義教學法初探[J].現(xiàn)代教育技術，2014（5）：5-11.

[6] 何聚厚.互聯(lián)網(wǎng)+教學設計與實踐[Z].中國大學MOOC課程，2018.

[7] 徐英俊，曲藝.教學設計：原理與技術[M].北京：教育科學出版社，2011：6.

[責任編輯：鐘 嵐]