基于SPOC模式的機械工程材料課程線上線下混合式教學(xué)體系的構(gòu)建與實踐

袁秋紅，周國華，廖 琳，曾文武，蔡立志

(宜春學(xué)院 物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院，江西 宜春 336000)

機械工程材料是實踐性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其教學(xué)目標是培養(yǎng)機械設(shè)計制造及其自動化等機械制造專業(yè)學(xué)生在進行零件設(shè)計和制造時，具備能夠合理地選用材料，正確的制定零部件的加工工藝的職業(yè)技能，是培養(yǎng)高素質(zhì)現(xiàn)代機械工程師的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)之一。[1-2]因此，探索新的教學(xué)模式，提高課程教學(xué)質(zhì)量，將有助于實現(xiàn)課程的教學(xué)目標，促進高素質(zhì)現(xiàn)代機械工程師的培養(yǎng)。

當前，線上線下混合式教學(xué)模式已成為“金課”建設(shè)的熱門方向之一。[3]線上線下混合式教學(xué)新模式，有效的彌補了線上和線下教學(xué)的缺點，能有效提高課程教學(xué)質(zhì)量。[4]另一方面，將思想政治資源融入課程教學(xué)中，發(fā)揮好其育人的作用，能進一步提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量。[5]如何將思政元素有機的融入到課程教學(xué)中，已成為影響課程教學(xué)目標的另一關(guān)鍵性因素。[6]

受上述教育理念啟發(fā)，我們將德智元素、科研項目、學(xué)科競賽與教學(xué)內(nèi)容深度融合，探索出了一條“德智-科研項目-教學(xué)內(nèi)容-學(xué)科競賽”互通互融的教學(xué)新模式，并與慕課(MOOC)資源相結(jié)合，構(gòu)建了一套較完善的基于SPOC(Small Private Online Course)模式的機械工程材料課程教學(xué)體系。將前沿性的科研項目和學(xué)科競賽深度融入到課程教學(xué)過程中，不僅增加了課程高階性和創(chuàng)新性，還增加了課程的挑戰(zhàn)度和趣味性。同時，融合過程中增添了德智元素，提高了課程教學(xué)質(zhì)量。將優(yōu)質(zhì)的“MOOC”資源，通過本地化改造融入到課程教學(xué)中，有效解決了學(xué)時少，單一教學(xué)模式等，顯著提高了課程教學(xué)效果，實現(xiàn)了課程教學(xué)目標。

1 課程改革現(xiàn)狀與意義

1.1 課程改革現(xiàn)狀

當前，機械工程材料課程教學(xué)的現(xiàn)狀是思政教育內(nèi)容缺乏、課程內(nèi)容多、雜、課時少。理論教學(xué)內(nèi)容枯燥乏味、學(xué)生缺乏興趣。實踐教學(xué)以認知實驗和驗證性實驗為主，缺乏創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

為解決以上問題，許多高校在不斷的探索新的教學(xué)模式和教學(xué)方法，并逐漸形成了三種模式：(1)理論偏重型。顧名思義，偏重理論教學(xué)，如將材料的擴散機理、強化機理、斷裂機理等理論內(nèi)容單獨成章進行授課，增大了課程的理論深度和授課難度。(2)理論-實踐兼顧型。將深奧的材料強化機理等理論融入到案例當中進行授課，同時兼顧理論和實踐。(3)理論夠用型。其特點是傾向于材料機理概念的介紹，同時增加了實踐案例教學(xué)內(nèi)容，目的是使學(xué)生掌握基本的專業(yè)知識，提高操作能力，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)和專業(yè)能力的提高打下良好的基礎(chǔ)。

將課程理論教學(xué)內(nèi)容劃分成小塊的知識點，制作成小視頻，開發(fā)出趣味性強的線上教學(xué)視頻，有效的提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)效果，推動了MOOC的發(fā)展。據(jù)調(diào)查，目前共有14所高校在中國大學(xué)MOOC、學(xué)堂在線、智慧樹、智慧職教平臺等建立了機械工程材料線上課程(見表1)，豐富了課程教學(xué)模式。近年來，在MOOC基礎(chǔ)上又推出了小規(guī)模在線課程(Small Private Online Course，SPOC)以解決線上課程不能面對面答疑、現(xiàn)場操作等缺點。SPOC是MOOC與課堂教學(xué)結(jié)合而形成的一種實體課堂與在線教育的混合式教學(xué)模式，是當前課程教學(xué)改革的研究熱點之一。

表1 工程材料課程MOOC資源調(diào)查統(tǒng)計表

1.2 課程改革模式框架

課程改革模式從“課程目標、課程資源開發(fā)與課程活動設(shè)計”三方面進行，具體見圖1所示。結(jié)合背景及現(xiàn)狀，重新確立了課程建設(shè)目標。開發(fā)課程教學(xué)新資源，并落實到教學(xué)活動設(shè)計中。結(jié)合課程運行效果，對課程教學(xué)體系、模式等內(nèi)容進行不斷的完善、優(yōu)化，以實現(xiàn)“金課”建設(shè)目標和要求。

圖1 機械工程材料“金課”三步式模式構(gòu)建框架圖

1.3 課程改革目標

結(jié)合“金課”標準，設(shè)立了教學(xué)理念、學(xué)生能力提升、課程教學(xué)新模式的推廣和課程教學(xué)隊伍建設(shè)四個方面的課程改革目標，具體如下：

(1)改革教學(xué)理念：以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為中心，充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生掌握工程材料科學(xué)知識，具備正確選用材料，合理制定零部件加工工藝的實踐技能，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)及工程應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。

(2)學(xué)生能力提升：培養(yǎng)學(xué)生德智發(fā)展、科學(xué)探索精神，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、基礎(chǔ)理論扎實、動手能力強和善于解決工程技術(shù)問題的現(xiàn)代機械工程師人才。

(3)課程教學(xué)新模式推廣：通過課程建設(shè)、實踐和完善，改善教學(xué)質(zhì)量，基于本課程的教學(xué)改革形成可推廣的方法經(jīng)驗，為其它專業(yè)課程提供改革方向和建議，為制造行業(yè)培養(yǎng)并輸送高素質(zhì)專業(yè)人才。

(4)課程教學(xué)隊伍建設(shè)：通過本課程教學(xué)改革，培養(yǎng)一支視野寬闊、實踐能力強和教學(xué)經(jīng)驗豐富的中青年教師為骨干的課程教學(xué)隊伍，以適應(yīng)新時代的需求。

2 課程資源開發(fā)與教學(xué)活動設(shè)計

機械工程材料是機械制造及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。經(jīng)歷了近15年的實踐教學(xué)，課程面向“金課”標準與江西省轉(zhuǎn)型發(fā)展需求，在課程教學(xué)資源開發(fā)、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計等積累了豐富的素材、資源。在課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)理念、授課模式與課程考核機制5個方面進行了一系列的改革和實踐。

2.1 教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容是課程資源開發(fā)的基礎(chǔ)與核心，其目標是注重德智教育、更新課程教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化理論-實踐教學(xué)，使學(xué)生掌握基本理論的同時，具有較強的實踐能力。具體舉措課概括為：通過對MOOC資源本地化改造，并將德智元素、前沿性科研項目和學(xué)科競賽融入課程教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建基于SPOC模式的機械工程材料課程線上線下混合式教學(xué)新體系(圖2所示)。

圖2 機械工程材料課程教學(xué)新體系建設(shè)路線圖

(1)MOOC資源本地化改造

為更好的服務(wù)于本校，應(yīng)結(jié)合校情，對MOOC資源進行本地化改造，構(gòu)建適合地方高校學(xué)生的SPOC資源，具體做法如下：(1)構(gòu)建課程知識點線上視頻資源。將課程重點教學(xué)內(nèi)容劃分成知識小點，通過對MOOC資源剪輯、整理等制作成帶有趣味性的小視頻。目的是方便學(xué)生線上完成指定的課程理論內(nèi)容的學(xué)習(xí)，以解決課程學(xué)時少、內(nèi)容枯燥乏味等問題。(2)搭建課程基礎(chǔ)知識試題庫。收/編集機械工程材料試題，按知識點進行分類、整理成基礎(chǔ)知識試題庫，以便及時檢驗學(xué)生線上學(xué)習(xí)效果。(3)搭建課程論壇等互動模塊。目的是促進教師與學(xué)生間的線上咨詢、討論與交流。

(2)科研項目與課程內(nèi)容的深度融合

要實現(xiàn)科研項目與課程教學(xué)內(nèi)容深度融合，主要措施是將科研項目中涉及到與機械工程材料相關(guān)的知識點，提煉出來，形成案例融入到課堂教學(xué)中。表2為部分提煉的知識點案例，如知識點1，通過以科研項目研究對象鎂合金為例，系統(tǒng)介紹工程材料的強度、硬度、塑形等定義以及其測試方法和測試設(shè)備操作等。學(xué)生通過直接參與項目研究，有具體的對象，結(jié)合試樣制備、性能測試等實際操作，既提高了學(xué)生對概念的理解和知識點的掌握，又增加了課程的趣味性。

表2 與科研項目內(nèi)容相關(guān)的課程內(nèi)容知識點案例一覽表

(3)學(xué)科競賽的融合

學(xué)生通過參與科研項目，完成了課程的理論和實踐學(xué)習(xí)，并對相關(guān)成果進行提煉、分析和總結(jié)后，參加各類學(xué)科競賽，不僅改善了課程的教學(xué)效果，還提高了學(xué)生表達、分析問題、團隊合作等綜合素養(yǎng)。從科研項目中提煉出探索性的實驗項目，同時將原來的金相制備及組織觀察、熱處理等驗證性實驗融入到提煉的實驗項目中，學(xué)生通過完成這些實驗項目并對結(jié)果進行分析和總結(jié)后參加學(xué)科競賽，形成了“科研項目-探索性實驗-學(xué)科競賽”實踐教學(xué)新模式，實現(xiàn)了學(xué)科競賽與課程內(nèi)容的深度融合，具體見表3。實驗教學(xué)內(nèi)容來源于在研的科研項目，有效保證了實踐教學(xué)內(nèi)容的前沿性、時代性，同時學(xué)習(xí)過程體現(xiàn)了探究性與個性化。

表3 基于“科研項目-探索性實驗-學(xué)科競賽”融合的實驗項目一覽表

(4)課程教學(xué)的德智化融合

課程思政教育是培養(yǎng)我國社會主義建設(shè)合格人才的基石，有利于促進課程教學(xué)目標的實現(xiàn)。鑒于此，將德智元素貫穿整個課程教學(xué)，實現(xiàn)課程教學(xué)的德智化，其切入點是將德智元素與教學(xué)內(nèi)容、科研項目和學(xué)科競賽進行深度融合(見表4)。

表4 課程教學(xué)德智化

1)理論教學(xué)德智化?；诰唧w知識點，引入馬克思主義哲學(xué)理論和社會主義核心價值觀，如在學(xué)習(xí)工程材料的分類、應(yīng)用與發(fā)展內(nèi)容時，通過材料科學(xué)的發(fā)展歷史中的典型案例，融入勇于探索、不懈追求的科學(xué)精神。

2)實踐教學(xué)德智化 。學(xué)生通過參與科研項目和學(xué)科競賽提高3個方面的素養(yǎng)：①注重實驗細節(jié)，實事求是地記錄實驗數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成嚴謹負責(zé)、精益專注、誠實守信的良好職業(yè)素養(yǎng)。②掌握本課程研究領(lǐng)域與國外存在的差距，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情與主人翁的責(zé)任感，激勵他們?yōu)閲覐娛⑴W(xué)習(xí)的素養(yǎng)。③通過項目實施和學(xué)科競賽，培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)合作、勇往直前探索和創(chuàng)新素養(yǎng)。

2.2 授課方式

對傳統(tǒng)的教學(xué)方式和方法進行改革，主要體現(xiàn)在互動式教學(xué)、信息化教學(xué)和實踐性教學(xué)3個方面。

(1)互動式教學(xué)

課程建設(shè)中，構(gòu)建了基于網(wǎng)絡(luò)課程資源共享、云平臺等互動式的教學(xué)新模式。在網(wǎng)絡(luò)課程資源庫中搭建了問題討論模塊，在云平臺服務(wù)器上創(chuàng)建了機電專業(yè)教學(xué)微信公眾號，利用它們實時性強、信息擴散快等特點完善了互動學(xué)習(xí)平臺，實現(xiàn)了簽到、討論、提問、搶答、作業(yè)等線上教學(xué)，滿足學(xué)生任意時空的學(xué)習(xí)需求，實現(xiàn)了師生跨越時空“隧道”的互動交流，有效解決了該課程學(xué)時安排少，傳統(tǒng)教學(xué)模式過于單一的問題。

(2)信息化教學(xué)

通過MOOC本地化改造、開發(fā)實驗操作視頻等，在學(xué)習(xí)通平臺上搭建了課程教學(xué)資源庫，使課程學(xué)習(xí)資源與時俱進，并補充線下教學(xué)的短板和不足。課程線上資源包括教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容關(guān)鍵知識點授課、課件、實驗指導(dǎo)書、生產(chǎn)及科普視頻、科學(xué)家艱苦奮斗的人生經(jīng)歷等，學(xué)生能隨時隨地登入課程網(wǎng)站進行學(xué)習(xí)。

(3)實踐性教學(xué)

改革實踐教學(xué)模式。一方面將前沿性的科研項目引入課堂，讓學(xué)生參與項目實施，完成項目實驗，對其結(jié)果進行分析和總結(jié)后參加相應(yīng)的學(xué)科競賽。通過科研項目、學(xué)科競賽與課程內(nèi)容的融合教學(xué)，將理論和實際應(yīng)用聯(lián)系起來，有效鍛煉了學(xué)生的實踐技能。另一方面，充分利用“創(chuàng)客空間”等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐平臺優(yōu)勢，引導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目申報。組織學(xué)生到制造行業(yè)典型企業(yè)參觀。學(xué)生通過申報大學(xué)科創(chuàng)新項目、參觀企業(yè)等，有助于將課程學(xué)習(xí)內(nèi)容聯(lián)系實際應(yīng)用，促進教學(xué)質(zhì)量。

2.3 教學(xué)方法

積極探索新的教學(xué)方法和教學(xué)形式，鼓勵學(xué)生融入課堂，培養(yǎng)其自學(xué)能力、專業(yè)表達能力等，具體措施如下：

(1)線上學(xué)習(xí)+線下課堂教學(xué)。為解決本課程教學(xué)內(nèi)容多而雜，課時少的問題，教師通過課程公眾號或線上資源平臺提前布置好需要線上學(xué)習(xí)完成的章節(jié)內(nèi)容，如觀看完指定的教學(xué)視頻、教材內(nèi)容閱讀、完成課后習(xí)題等。線下課堂教學(xué)環(huán)節(jié)主要是：1)對線上教學(xué)結(jié)果進行檢驗，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)反饋情況進行必要的知識點補充講授。2)對教學(xué)內(nèi)容重要知識和難點知識進行講授。

(2)探索翻轉(zhuǎn)課堂新模式。開展教師指導(dǎo)下的自學(xué)活動，將難度適中的知識點布置給學(xué)生小組進行自學(xué)，要求課件制作等，在下次課時各小組派出代表對指定知識點進行3-5分鐘分享。教師、學(xué)生聽眾從知識點內(nèi)容、課件制作、語言表達及講述邏輯等方面進行現(xiàn)場評分，記錄平時成績。這種方式豐富了課程考核方法、提高了學(xué)生課程參與度、增加了課程學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)性。

(3)專業(yè)文獻分享。根據(jù)科研項目情況，將學(xué)生按組分配到各科研項目組，讓學(xué)生查閱專業(yè)文獻，完成調(diào)研報告或綜述，并在課堂上進行分享。報告或綜述的撰寫要求有規(guī)范正確，如摘要、關(guān)鍵詞、引文標注格式等，以培養(yǎng)學(xué)生仔細、嚴謹?shù)目蒲兴仞B(yǎng)。

2.4 考核機制

針對“金課”─“高階性、挑戰(zhàn)度和創(chuàng)新性”目標，本課程分類設(shè)計了完善的考評機制，其中理論課程考核、驗證類實驗考核和探究類實驗考核分別占比為：50%、30%和20%，具體見圖3。

(a)理論知識考核

(1)理論課程考核以學(xué)習(xí)過程、課堂教學(xué)為主。成績由考勤、線上理論學(xué)習(xí)、課堂表現(xiàn)和期末成績組成，比例分別為10%、20%、20%和50%(圖3a)。重視課程學(xué)習(xí)過程的考核，注重體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)自覺性與主動性。以綜合運用課程知識解決實際問題能力為指導(dǎo)，增加以項目、實驗等為載體的作業(yè)方式。

(2)完善實驗教學(xué)考核。將實驗項目按驗證性實驗和探索性實驗進行分類考核。驗證類實驗項目按預(yù)習(xí)效果、實驗操作、實驗結(jié)果和實驗分析與總結(jié)4方面進行，比例分別為10%、30%、20%和40%(圖3b)。預(yù)習(xí)考核：每組隨機抽查學(xué)生代表進行提問，以考察學(xué)生對實驗知識點、原理和設(shè)備操作方法的掌握情況。實驗操作：注重考察學(xué)生的對儀器的使用方法、步驟是否合理正確。實驗結(jié)果：注重考察所得結(jié)果是否理想。實驗結(jié)果分析和總結(jié)：主要檢驗學(xué)生利用專業(yè)知識分析實驗結(jié)果，并總結(jié)、撰寫實驗報告的能力。對探究類實驗從方案設(shè)計、實驗過程、實驗結(jié)果和實驗分析與總結(jié)四個方面進行考核，比例分別為20%、30%、20%、30%(圖3c)，重點考察學(xué)生綜合運用課程知識解決問題的創(chuàng)新思維和方法。

3 課程教學(xué)效果

將新課程體系進行試點應(yīng)用，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性明顯增加，教學(xué)效果顯著提高。據(jù)統(tǒng)計，17級和18級機制專業(yè)學(xué)生中，申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目10項，獲批6項。參加專業(yè)學(xué)科競賽63人次，其中獲互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國際金獎1項，國家銀獎1項，省級金獎2項，校級一等獎3項，二等獎2項。獲機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生系列科技學(xué)術(shù)競賽、全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽等校級以上獎項56人次，學(xué)生受益面達80%。此外，學(xué)生授權(quán)國家專利10件，其中發(fā)明專利4件，發(fā)表論文2篇。學(xué)生表達技能、團結(jié)合作等綜合素質(zhì)顯著提高。

4 結(jié)語

課程是人才培養(yǎng)最核心的基礎(chǔ)要素，其教學(xué)效果直接影響到人才質(zhì)量的培養(yǎng)。如何建好“金課”是高校教學(xué)改革不斷探索的方向。《機械工程材料》課程依托機電特色專業(yè)群，為新工科人才培養(yǎng)提供有力支撐。通過將德智元素、科研項目和學(xué)科競賽與教學(xué)內(nèi)容深度融合，并與“MOOC”資源本地化改造結(jié)合，構(gòu)建了基于SPOC模式的機械工程材料課程線上線下混合式教學(xué)體系，探索出了一套可操作性的教學(xué)新方法，走出了具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的課程新路徑，為培養(yǎng)高素養(yǎng)專業(yè)人才提供可以借鑒的模式。