基于數(shù)字化教材的“工程機(jī)械”課程混合教學(xué)設(shè)計(jì)與效果分析

沈嶸楓，周冉

（福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福建 福州350002）

0 引言

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)的成熟，混合教學(xué)理念在整個(gè)教育界頗為盛行?；旌辖虒W(xué)模式即線下的課堂教學(xué)（面授），加上多元化的數(shù)字化資源平臺(tái)進(jìn)行線上教學(xué)，兩種形式進(jìn)行優(yōu)化組合，是融合了線上、線下二者優(yōu)勢(shì)的一種互補(bǔ)教學(xué)模式[1-2]?；旌辖虒W(xué)模式具有信息化教學(xué)資源充足、教學(xué)媒介豐富的優(yōu)點(diǎn)，使得課程可以具有教學(xué)資源豐富、傳播靈活高效（即教學(xué)效率高）等好處，學(xué)生可以對(duì)課程知識(shí)與相應(yīng)實(shí)際有直觀形象的理解。實(shí)現(xiàn)課程的混合教學(xué)，有利于教育信息化，即實(shí)際教學(xué)過(guò)程的信息化；有利于老師和學(xué)生提高信息基本素養(yǎng)，如課程知識(shí)的信息化獲取、分析、加工；有利于工程教育面向?qū)嶋H、面向未來(lái)、面向世界，培養(yǎng)出更加適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的人才[3-4]。

“工程機(jī)械”課程當(dāng)前的教學(xué)模式存在課堂容量小、學(xué)生對(duì)機(jī)械裝備原理難以理解、對(duì)裝備實(shí)體等沒有概念等問題；另外，當(dāng)前的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中師生存在信息技術(shù)運(yùn)用目的不明確、方式不靈活、應(yīng)用層次不高等問題，導(dǎo)致諸多資源的浪費(fèi)；最重要的一點(diǎn)是：如何將已有的工程機(jī)械課程教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌慕虒W(xué)模式，這些都促使著工程機(jī)械課程必須進(jìn)行教學(xué)改革。因此，本研究針對(duì)當(dāng)前教學(xué)模式的不足與課程教學(xué)的要求，抓住混合教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)用符合“工程機(jī)械”課程要求及匹配信息技術(shù)于課堂教學(xué)的數(shù)字化教材、摸索課程混合教學(xué)模式兩個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析探究。

1 工程機(jī)械數(shù)字化教材的混合教學(xué)設(shè)計(jì)理念及應(yīng)用

1.1 數(shù)字化教材混合教學(xué)設(shè)計(jì)理念

1.1.1 應(yīng)用原則

數(shù)字化教材是將傳統(tǒng)教材數(shù)字化，即包含多媒體教材和在線教學(xué)輔助模式。其核心在于對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化組合，可以通過(guò)圖片、音頻、視頻、網(wǎng)絡(luò)等多種媒體優(yōu)化設(shè)計(jì)后向?qū)W習(xí)者表達(dá)課程內(nèi)容。

①繼承性原則：數(shù)字化教材應(yīng)用是將傳統(tǒng)紙質(zhì)教材內(nèi)容數(shù)字化處理過(guò)程中，不是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單地將原有紙質(zhì)教材內(nèi)容錄入；而是在尊重傳統(tǒng)教材的基礎(chǔ)上批判性地繼承老教材，在不降低課程教學(xué)要求的前提下刪減無(wú)營(yíng)養(yǎng)部分，應(yīng)用邏輯順序合理、結(jié)構(gòu)層次分明的數(shù)字化教材。

②發(fā)展性原則：根據(jù)新工科建設(shè)指南和學(xué)生自身需求，利用混合教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用的數(shù)字化教材可以利用多元化的新興資源；在富媒體的支撐下，可以動(dòng)態(tài)地展示和更新優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)工程機(jī)械文化、本課程相關(guān)的前沿訊息等，這樣的教材內(nèi)容和變換方式亦有助于延長(zhǎng)教材的生命力。

1.1.2 教學(xué)策略

①多軌道混合教學(xué)：[5]應(yīng)用“工程機(jī)械”課程數(shù)字化教材，教學(xué)將不再僅僅局限于線下的面對(duì)面講授課堂教學(xué)，而是有了更多的選擇余地；例如：MOOC[6]（Massive Open Online Courses）、SPOC（Small Private Online Course）、借助一些直播平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)，如：線下課堂和MOOC兩種形式混合[7]，教師需事先將線上課堂錄制、教案編寫等事項(xiàng)完成，課前將數(shù)字化教材與前二者同時(shí)上傳至相關(guān)平臺(tái)，學(xué)生課前更多的是提前預(yù)習(xí)，這時(shí)學(xué)生是對(duì)新東西的自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考；如果有盲點(diǎn)和疑惑，線下課堂中教師可以安排有針對(duì)性的輔導(dǎo)，有的放矢，接著就可以對(duì)課程目標(biāo)中的重難點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)；線下課堂結(jié)束后，在平臺(tái)上學(xué)生仍然可以通過(guò)教案內(nèi)的重難點(diǎn)清單等對(duì)課程進(jìn)行復(fù)習(xí)相關(guān)事宜。SPOC、線下形式的混合與之類似，而直播與線下課堂的混合還多了錄課平臺(tái)所欠缺的教學(xué)互動(dòng)、課堂交流等。無(wú)論哪種平臺(tái)與傳統(tǒng)課堂結(jié)合，首要的是將線上平臺(tái)運(yùn)用到教學(xué)中。

②側(cè)重點(diǎn)混合教學(xué)：線上教學(xué)的巨大優(yōu)勢(shì)在于學(xué)生自我主導(dǎo)學(xué)習(xí)。很多時(shí)候自己可以決定學(xué)習(xí)的時(shí)空，學(xué)習(xí)的對(duì)象，而且數(shù)字化教材和其他教學(xué)電子檔資料相比有著節(jié)約紙質(zhì)資源、便于傳輸和存儲(chǔ)、可多樣化展示（圖片、動(dòng)畫、音視頻）等優(yōu)點(diǎn)，其各方面的靈活性對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)資料來(lái)說(shuō)是無(wú)可比擬的；但傳統(tǒng)教學(xué)也有不可替代的作用，教師對(duì)課堂的掌控、精神的傳遞，如師生面對(duì)面的情感交流、氣氛感染等；這就是為什么混合教學(xué)模式可以有多種實(shí)行方式，如翻轉(zhuǎn)課堂、遠(yuǎn)程混合教學(xué)、基于特有目標(biāo)的混合教學(xué)等等；而具體采用哪種混合形式便需要結(jié)合課程教學(xué)目標(biāo)來(lái)定，這也就是所謂的側(cè)重點(diǎn)混合教學(xué)，對(duì)于線上和線下其中一種形式必須具有側(cè)重性[8]。

1.2 數(shù)字化教材的混合教學(xué)應(yīng)用

1.2.1 基于MOOC平臺(tái)的線上教學(xué)介紹

①課前階段：[9]學(xué)生學(xué)習(xí)MOOC平臺(tái)線上的數(shù)字化教材，知識(shí)點(diǎn)初步理解

在課前階段，教師利用MOOC平臺(tái)錄制與上傳視頻教程（分課前、課后），視頻中提煉章節(jié)基本知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生對(duì)照數(shù)字化教材自主學(xué)習(xí)，并且安排學(xué)生完成相關(guān)數(shù)字資源查閱任務(wù)，布置在線作業(yè)，學(xué)生按課前任務(wù)清單閱覽課程各節(jié)小視頻，在完成線上作業(yè)與相關(guān)活動(dòng)后，可對(duì)本章內(nèi)容有一個(gè)初步的認(rèn)知；在此過(guò)程中，學(xué)生自我主導(dǎo)學(xué)習(xí)。

②課中階段：課堂利用數(shù)字化教材面對(duì)面教學(xué)，深入認(rèn)知與領(lǐng)會(huì)

學(xué)生在課前已經(jīng)看過(guò)了章節(jié)MOOC視頻，學(xué)生已經(jīng)對(duì)本章內(nèi)容整體上有了初步的把握。在課堂這個(gè)環(huán)節(jié)，首先，教師需要先對(duì)學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)進(jìn)行考察，以分節(jié)提問的形式對(duì)學(xué)生摸底，教師可以將學(xué)生小單位分組，然后小組內(nèi)、組間相互答疑；最后教師就學(xué)生無(wú)法解決的課前階段各種問題進(jìn)行集中答復(fù)；其次，教師依據(jù)課前學(xué)習(xí)任務(wù)清單對(duì)課前內(nèi)容進(jìn)行課堂內(nèi)復(fù)盤，加深學(xué)生對(duì)本章內(nèi)容基本知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知；最后，除了紙質(zhì)教材，教師根據(jù)課堂任務(wù)清單再次利用數(shù)字化教材講解重點(diǎn)內(nèi)容與提升知識(shí)點(diǎn)，如動(dòng)力系統(tǒng)的工作原理，并且留下課后思考、數(shù)字資源拓展閱讀部分等，以助學(xué)生鞏固知識(shí)。

③課后階段：知識(shí)消化，掌握與運(yùn)用

學(xué)生在課后進(jìn)行掃尾完成教師留下的課后思考、拓展閱讀部分，對(duì)無(wú)法解決的部分同學(xué)之間先自行線上、線下交流；如果仍然無(wú)法解決這部分疑難點(diǎn)，則可以再次登錄MOOC平臺(tái)，觀看相關(guān)部分的課后解答視頻與在線咨詢教師答疑板塊。學(xué)生在掌握本章各節(jié)內(nèi)容后，即可參加學(xué)校組織相關(guān)內(nèi)容的實(shí)踐課，最后可以達(dá)到知識(shí)靈活地運(yùn)用在實(shí)際中。

1.2.2 基于線下課堂的教學(xué)案例介紹

教學(xué)設(shè)計(jì)案例：以“工程機(jī)械”課程混合教學(xué)進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)，[10-11]選取第二章第二節(jié)四沖程與二沖程內(nèi)燃機(jī)的工作原理作為示范（該數(shù)字化教材以林波等主編的《內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造》為主要參考制作）；如圖1

圖1 教學(xué)流程圖

2 以AMOS軟件對(duì)基于數(shù)字化教材的混合教學(xué)效果分析

2.1 AMOS模型構(gòu)建與運(yùn)行

AMOS（Analysis Moment of Structure），一款使用結(jié)構(gòu)方程式，探索與觀測(cè)變量間的關(guān)系的軟件，廣泛應(yīng)用于社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、管理學(xué)、金融學(xué)等。研究通過(guò)AMOS軟件搭建混合教學(xué)相關(guān)因素的結(jié)構(gòu)方程模型進(jìn)行觀測(cè)分析?；跀?shù)字化教材的混合教學(xué)模式主要由教學(xué)資源、教學(xué)媒介、教學(xué)策略三個(gè)因素觀測(cè)確定，教學(xué)效果主要從學(xué)習(xí)成績(jī)、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、自我效能來(lái)觀測(cè)。其中，學(xué)習(xí)成績(jī)主要由平時(shí)分、結(jié)課時(shí)不同形式所得的成績(jī)組成；學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)指的是學(xué)生的學(xué)習(xí)需要和學(xué)習(xí)期望，它支配著學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，也就是一個(gè)激發(fā)和維持學(xué)習(xí)行為的心理過(guò)程；而自我效能指的是完成目標(biāo)的一種理念或自信程度。通過(guò)AMOS軟件，結(jié)合教學(xué)設(shè)計(jì)流程，對(duì)混合教學(xué)模式構(gòu)建出測(cè)試教學(xué)效果的初始結(jié)構(gòu)模型[12-13]，方程模型如圖2所示。

圖2 初始結(jié)構(gòu)模型

圖中，矩形框?yàn)橛^測(cè)變量，即觀測(cè)指標(biāo)；橢圓框?yàn)闈撟兞浚赐ㄟ^(guò)觀測(cè)變量才能測(cè)量或推斷出的變量。觀測(cè)變量與潛變量有直接路徑指向的稱之為直接影響因素，存在間接路徑指向則為間接影響因素。由圖2模型路徑指向可知，教學(xué)資源、教學(xué)媒介、教學(xué)策略對(duì)教學(xué)模式存在直接影響，對(duì)教學(xué)效果有間接影響。研究根據(jù)預(yù)設(shè)模型設(shè)計(jì)了教學(xué)效果因素評(píng)價(jià)問卷表，以教學(xué)模式與教學(xué)效果為潛變量，以教學(xué)資源、教學(xué)媒介、教學(xué)策略、學(xué)習(xí)成績(jī)、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、自我效能為觀測(cè)變量；問卷對(duì)觀測(cè)變量進(jìn)行調(diào)查，以李克特5級(jí)量表將標(biāo)準(zhǔn)量化：很不同意、不同意、一般、同意、很同意，按同意程度從1到5賦值打分。通過(guò)向某大學(xué)土木工程專業(yè)本科生發(fā)放問卷進(jìn)行調(diào)查，共發(fā)放73份問卷，回收有效問卷72份。對(duì)調(diào)查所得數(shù)據(jù)利用Excel處理，并導(dǎo)入AMOS進(jìn)行運(yùn)算分析。經(jīng)對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整、修正后，模型運(yùn)算出標(biāo)準(zhǔn)化路徑如圖3所示：

圖3 調(diào)整后的結(jié)構(gòu)模型

其中，潛變量與觀察變量之間箭頭上的系數(shù)稱載荷系數(shù)，代表著觀測(cè)變量對(duì)潛在變量的影響程度，潛變量之間的系數(shù)成為路徑相關(guān)系數(shù)，e代表測(cè)量誤差。影響分析的測(cè)試結(jié)果主要通過(guò)路徑關(guān)系反映，所以下面主要分析各變量之間的路徑關(guān)系。

2.2 模型結(jié)構(gòu)關(guān)系與教學(xué)效果分析

結(jié)構(gòu)方程模型反映變量之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，這些關(guān)系在模型中通過(guò)載荷系數(shù)來(lái)體現(xiàn)。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型運(yùn)行，從軟件的輸出文本中發(fā)現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)需要調(diào)整，在對(duì)變量的結(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行微調(diào)后，模型與數(shù)據(jù)擬合狀況達(dá)到良好，擬合指標(biāo)達(dá)到要求，具體如表1所示:

表1 擬合指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

模型運(yùn)行結(jié)果表明：

首先，從混合教學(xué)模式的直接效應(yīng)看，其影響因素教學(xué)資源、教學(xué)媒介、教學(xué)策略的直接影響效力值分別為0.97、0.98、0.93，這說(shuō)明了數(shù)字化教材的應(yīng)用對(duì)課程混合教學(xué)產(chǎn)生了很大的影響。一方面，教學(xué)媒介對(duì)混合教學(xué)模式影響最大，從物理維度來(lái)看，這是信息技術(shù)的突破所帶來(lái)的影響，混合教學(xué)模式是建立在信息技術(shù)基礎(chǔ)上出現(xiàn)的，進(jìn)而可以運(yùn)用數(shù)字化教材進(jìn)行教學(xué)改變了教學(xué)模式與促進(jìn)教學(xué)效果；另一方面，在信息技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)之后，各種豐富的數(shù)字化教學(xué)資源也對(duì)混合教學(xué)產(chǎn)生巨大影響，該課程的數(shù)字化教材配以各種教學(xué)工具、介質(zhì)，二者相得益彰；再者，教學(xué)策略對(duì)教材混合教學(xué)雖然沒有前兩者大，但混合教學(xué)模式實(shí)踐過(guò)程中，從簡(jiǎn)單混合發(fā)展到成熟階段則仍然需要注重教學(xué)策略方面的設(shè)計(jì)，如不同教學(xué)領(lǐng)域、教學(xué)對(duì)象等，不同的混合策略就是不同的教學(xué)體系，對(duì)應(yīng)教材的就是大相庭徑的混合教學(xué)模式。此外，初始模型運(yùn)行后，根據(jù)分析輸出文本中模型修正指示，模型更好的擬合需對(duì)教學(xué)策略與教學(xué)效果建立直接聯(lián)系，運(yùn)行之后得二者之間有0.13的直接效力值，說(shuō)明數(shù)字化教材的混合教學(xué)策略不僅間接通過(guò)模式作用于教學(xué)效果，且有少許直接影響教學(xué)效果。

其次，從教學(xué)效果的響應(yīng)來(lái)看，反應(yīng)教學(xué)效果的主要三個(gè)部分學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、自我效能、學(xué)習(xí)成績(jī)，其直接效力值分別為0.92、0.94、0.95。具體來(lái)看就是：基于數(shù)字化教材的混合教學(xué)模式，教學(xué)資源的豐富性、趣味性、可獲得性都滿足了學(xué)生的學(xué)習(xí)期望與需要（學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)），教學(xué)媒介的多樣性、交互性、優(yōu)越性等都極大地增強(qiáng)了學(xué)生完成學(xué)習(xí)目標(biāo)的自信（自我效能）；且二者支撐起數(shù)字化教材的建設(shè)應(yīng)用，這時(shí)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)也就自然而然地提高了。因此，數(shù)字化教材應(yīng)用對(duì)課程混合教學(xué)起著非常積極的作用。

另外，由圖3可知，潛變量混合教學(xué)模式與教學(xué)效果之間的路徑系數(shù)達(dá)到0.88，即應(yīng)用數(shù)字化教材的混合教學(xué)模式對(duì)課程教學(xué)效果有0.88的直接影響效力，這個(gè)系數(shù)說(shuō)明課程運(yùn)用這種教學(xué)模式是非常理想的。混合教學(xué)模式從數(shù)字化教材本身角度出發(fā)，即配合教學(xué)資源與教學(xué)媒介，并動(dòng)態(tài)化調(diào)整混合策略，實(shí)現(xiàn)混合教學(xué)模式的不斷完善與數(shù)字化教材應(yīng)用的有機(jī)統(tǒng)一，可以提升“工程機(jī)械”課程教學(xué)效果。綜上所述，工程機(jī)械課程運(yùn)用數(shù)字化教材進(jìn)行混合教學(xué)是十分有效的。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今，信息化時(shí)代下工程學(xué)科教育的改革十分關(guān)鍵。為促進(jìn)教育信息化與工程教育面向?qū)嶋H、面向未來(lái)，培養(yǎng)出符合社會(huì)發(fā)展需求的人才，對(duì)基于數(shù)字化教材的“工程機(jī)械”課程進(jìn)行混合教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)效果分析，得出了課程應(yīng)用數(shù)字化教材進(jìn)行混合教學(xué)科獲得良好的教學(xué)效果，同時(shí)為同類課程進(jìn)行混合教學(xué)提供了一條可參考的路徑。然而，不同的課程仍然需要考慮不同的特點(diǎn)，則可以采取的混合教學(xué)方式有很多種；因此，工程學(xué)科的混合教學(xué)模式改革還需要進(jìn)一步探討和摸索，只有在實(shí)踐中才能不斷完善。