朱 躍，張朝福，路 琴，王永健

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，江蘇 南京 210031）

引言

機(jī)械動(dòng)力學(xué)是研究機(jī)械在微振動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)、受力規(guī)律的學(xué)科，“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程主要介紹了現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的建模、分析、計(jì)算的基本方法和軟件工具等內(nèi)容，涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)、信號(hào)處理等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域［1-3］。“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程對(duì)機(jī)械大類的學(xué)生十分重要，學(xué)生只有掌握機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析和設(shè)計(jì)的方法，了解機(jī)械運(yùn)動(dòng)、受力的關(guān)系，才能勝任復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作，最終提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率。目前我國(guó)各工科院校主要將“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程作為機(jī)械類專業(yè)選修課程開設(shè)，難以覆蓋機(jī)械專業(yè)的每個(gè)學(xué)生，其核心原因是課程無統(tǒng)一的教學(xué)大綱和教材，且課程涉及內(nèi)容多，課程難度大，知識(shí)點(diǎn)繁雜且分散［4］，傳統(tǒng)的課堂教育模式難以吸引學(xué)生。針對(duì)以上問題，為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，在突發(fā)公共衛(wèi)生事件下提高學(xué)生網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)效率，協(xié)調(diào)線下線上課程學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)效率，本院教學(xué)團(tuán)隊(duì)開展“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程教學(xué)理論實(shí)驗(yàn)交互式與線上線下混合式相融合［5］的教學(xué)，并追蹤教學(xué)結(jié)果。論文以線上線下混合式教學(xué)為基礎(chǔ)，與上機(jī)實(shí)驗(yàn)融合，闡述了混合式教學(xué)的實(shí)施過程和具體策略，探討該教學(xué)模式面臨的挑戰(zhàn)和困難，進(jìn)一步完善融合式教學(xué)工作，提高“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程的教學(xué)效果。

一、“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程混合式教學(xué)方法設(shè)計(jì)與實(shí)施

“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程是主要面向機(jī)械類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)選修課程，課程總共32學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)課時(shí)18學(xué)時(shí)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)課時(shí)14學(xué)時(shí)，課程計(jì)2學(xué)分。選修該課程的學(xué)生是機(jī)械、車輛、農(nóng)機(jī)等機(jī)械類專業(yè)三年級(jí)學(xué)生，已經(jīng)完成了“理論力學(xué)”“材料力學(xué)”等力學(xué)類課程的學(xué)習(xí)，選修“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程的主要目的是深入學(xué)習(xí)理論力學(xué)中動(dòng)力學(xué)知識(shí)，掌握機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析工具軟件ADAMS，為個(gè)人考研或工作鞏固基礎(chǔ)。結(jié)合“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程特點(diǎn)和學(xué)生需求，依托超星學(xué)習(xí)通電腦端或移動(dòng)端網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)分配了傳統(tǒng)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的理論教學(xué)課時(shí)，且與上機(jī)實(shí)驗(yàn)交互進(jìn)行（見圖1）。在理論教學(xué)中介紹動(dòng)力學(xué)模型，如兩自由度車輛平面模型、雙連桿平面擺動(dòng)模型、曲柄滑塊模型、齒輪傳動(dòng)模型。學(xué)生普遍感覺理論模型建立枯燥難懂，但是基于ADAMS建立這些理論模型，加深了學(xué)生對(duì)理論建模方法拉格朗日方程的理解，同時(shí)也熟悉了ADAMS建模的方法與步驟。這種交互式和伴隨式教學(xué)有利于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)。

圖1 “機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程混合教學(xué)模式

（一）理論教學(xué)的混合式教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程理論課時(shí)是18學(xué)時(shí)，課時(shí)少，授課內(nèi)容包括動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)獲取、動(dòng)力學(xué)模型建模方法、多剛體動(dòng)力學(xué)建模三部分內(nèi)容。針對(duì)該課程慕課資源較少的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了理論教學(xué)部分的混合教學(xué)模式（見圖2），基于超星學(xué)習(xí)通建立了“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”學(xué)習(xí)資源庫，依據(jù)教學(xué)內(nèi)容授課難易程度，線上教學(xué)分配10學(xué)時(shí)，其中包括緒論、動(dòng)力學(xué)參數(shù)獲取、牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律等容易理解的學(xué)習(xí)內(nèi)容。線下教學(xué)為8學(xué)時(shí)，主要介紹拉格朗日方法、剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)歐拉坐標(biāo)等難點(diǎn)，細(xì)化每次課的教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)概念理解、概念應(yīng)用及擴(kuò)展等確定教學(xué)目標(biāo)。按照課前明確學(xué)習(xí)任務(wù)—課上高效學(xué)習(xí)—課后集中反饋的教學(xué)組織，最后完成教學(xué)任務(wù)。例如在學(xué)習(xí)拉格朗日方法時(shí)，在超星學(xué)習(xí)通發(fā)布教學(xué)目標(biāo)：（1）理解拉格朗日公式分類及概念；（2）會(huì)用拉格朗日方程建立簡(jiǎn)單的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)規(guī)定學(xué)習(xí)任務(wù)為根據(jù)拉格朗日方法建立彈簧質(zhì)量塊和兩自由度車輛動(dòng)力學(xué)模型，學(xué)生了解了學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)任務(wù)，課上學(xué)習(xí)也比較主動(dòng)高效。該混合式教學(xué)模式能夠發(fā)揮教師課堂教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，按照課程難易程度進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)也能充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性。

圖2 “機(jī)械動(dòng)力學(xué)”理論教學(xué)線上線下混合模式

1.教學(xué)資源庫的建立?！皺C(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程理論教學(xué)是“理論力學(xué)”課程的延伸和拓展，具有理論性強(qiáng)、難以理解的特點(diǎn)。無論是線上教學(xué)還是線下教學(xué)，所有理論部分均用錄屏軟件oCam進(jìn)行錄制，根據(jù)線上教學(xué)內(nèi)容難易程度決定錄課時(shí)間，教學(xué)內(nèi)容較簡(jiǎn)單則每節(jié)課錄屏25分鐘，布置2個(gè)討論主題，選取學(xué)生回答2個(gè)問題；若線下教學(xué)內(nèi)容較難則每節(jié)課錄屏35分鐘，布置1個(gè)主題討論，安排1次課堂小測(cè)。在作業(yè)庫建立8次作業(yè)，還可上傳精美PPT到超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，建立了相對(duì)完整的教學(xué)資源庫，并在教學(xué)過程中不斷完善。

2.混合式教學(xué)實(shí)施。學(xué)生普遍對(duì)手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品興趣較高，混合式教學(xué)實(shí)施過程強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，學(xué)生可突破學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)地點(diǎn)的限制進(jìn)行課程學(xué)習(xí)，在聊天區(qū)和教師進(jìn)行課內(nèi)或課外互動(dòng)。作為教學(xué)的設(shè)計(jì)者和組織者，教師要把握好每節(jié)課的節(jié)奏，一般視頻在30分鐘左右，建議學(xué)生對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容反復(fù)學(xué)習(xí)，留出10分鐘進(jìn)行討論或做練習(xí)題，最后5分鐘總結(jié)課程內(nèi)容，保證教學(xué)任務(wù)的完成。（1）課前明確任務(wù)。課程授課對(duì)象是大三學(xué)生，課前預(yù)習(xí)旨在了解每節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，明確每節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)目標(biāo)，初步瀏覽教師上傳的PPT和視頻，做到心中有數(shù)，并為主題討論準(zhǔn)備素材。如果遇到較難的學(xué)習(xí)內(nèi)容，可以多次瀏覽學(xué)習(xí)視頻，為完成課堂小測(cè)做準(zhǔn)備。而教師可在教師端根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄，調(diào)整教學(xué)節(jié)奏，完成教學(xué)任務(wù)。（2）課上高效學(xué)習(xí)。線上學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生帶著疑問和充足準(zhǔn)備進(jìn)行學(xué)習(xí)，在主題討論過程中，部分比較積極的學(xué)生會(huì)和授課教師在評(píng)論區(qū)頻繁互動(dòng)，營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍，帶動(dòng)其他學(xué)生積極學(xué)習(xí)。針對(duì)較難的學(xué)習(xí)內(nèi)容可安排線下學(xué)習(xí)或者教學(xué)直播，由教師講解習(xí)題，并配合上機(jī)實(shí)驗(yàn)，力求學(xué)生聽懂并會(huì)獨(dú)立建立動(dòng)力學(xué)模型。（3）課后學(xué)習(xí)反饋。根據(jù)課后發(fā)布的作業(yè)和課堂小測(cè)，學(xué)生總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，完成作業(yè)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的融會(huì)貫通。學(xué)生通過拍照將作業(yè)上傳至超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)，教師可根據(jù)學(xué)生作業(yè)完成情況和超星學(xué)習(xí)通課堂表現(xiàn)數(shù)據(jù)（例如討論、提問），調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度，與表現(xiàn)不佳的學(xué)生進(jìn)行溝通，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)全覆蓋。

（二）上機(jī)實(shí)驗(yàn)的交互式教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程不僅使學(xué)生了解動(dòng)力學(xué)理論知識(shí)，還要求學(xué)生熟練運(yùn)用ADAMS建立簡(jiǎn)單的動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)將模型數(shù)據(jù)保存至超星學(xué)習(xí)通，并不斷完善資源庫（見圖3）。根據(jù)動(dòng)力學(xué)建模方法建立常見的單自由度連桿模型、彈簧-質(zhì)量塊模型、曲柄滑塊模型、凸輪模型四種理論模型，并基于ADAMS建立了四種理論模型的仿真模型。根據(jù)學(xué)生比較喜歡動(dòng)手操作這一特點(diǎn)，介紹理論建模時(shí)可以調(diào)用仿真模型，讓學(xué)生在ADAMS中建立虛擬仿真模型。例如建立單連桿剛體ADAMS模型并測(cè)量質(zhì)量參數(shù)（包括質(zhì)心坐標(biāo)、慣性張量），完成上述上機(jī)操作后，學(xué)生在復(fù)習(xí)理論知識(shí)《慣性張量》這一節(jié)時(shí)，會(huì)對(duì)慣性張量的物理意義有新的認(rèn)識(shí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)上機(jī)操作過程中也能兼顧理論學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣，使枯燥的動(dòng)力學(xué)理論知識(shí)變得生動(dòng)，容易理解，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化與遷移。

圖3 “機(jī)械動(dòng)力學(xué)”上機(jī)實(shí)驗(yàn)交換式教學(xué)模式

（三）混合式教學(xué)過程考核

“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程教學(xué)過程既有理論教學(xué)，又有上機(jī)教學(xué)，教學(xué)環(huán)節(jié)較為復(fù)雜。為了全面考查教學(xué)效果，了解學(xué)生線上線下學(xué)習(xí)情況，在加強(qiáng)過程管理的同時(shí)體現(xiàn)成績(jī)公平性，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行全方位評(píng)價(jià)，課程考核采取過程考核和終結(jié)考核相結(jié)合、理論考核和項(xiàng)目考核相聯(lián)系機(jī)制，其中最終考核成績(jī)=理論考核成績(jī)（60%）+上機(jī)實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)（40%），其中理論考核成績(jī)=40%×平時(shí)成績(jī)（視頻學(xué)習(xí)、在線討論、平時(shí)作業(yè)、簽到訪問、課堂小測(cè)）+60%×期末閉卷考試成績(jī)；上機(jī)實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)=40%×平時(shí)成績(jī)（ADAMS模型實(shí)驗(yàn)）+60%×期末上機(jī)考試成績(jī)。

二、“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程混合式教學(xué)目標(biāo)評(píng)價(jià)與問題反饋

教學(xué)團(tuán)隊(duì)采用線上線下混合和理論上機(jī)交互式學(xué)習(xí)模式后，選課人數(shù)明顯增加，從160多人增加到220人，學(xué)生期末成績(jī)平均分為80.6±2.5分，混合式教學(xué)模式下學(xué)生的期末成績(jī)較傳統(tǒng)課堂教學(xué)期末成績(jī)73.6±2.5提高了7分，結(jié)果表明，混合式教學(xué)能夠有效提高學(xué)生的成績(jī)，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

2021年秋季課程結(jié)束后，本團(tuán)隊(duì)采用問卷星對(duì)參與課程學(xué)習(xí)的學(xué)生進(jìn)行不記名教學(xué)意見調(diào)查。發(fā)放220份問卷，回收有效問卷218份，其中關(guān)于教學(xué)模式的選擇調(diào)查，93%的學(xué)生選擇混合式教學(xué)模式，說明絕大部分學(xué)生對(duì)混合式教學(xué)持肯定和積極態(tài)度，混合式教學(xué)符合大多數(shù)學(xué)生對(duì)教學(xué)改革的期望。同時(shí)，問卷調(diào)查中學(xué)生最關(guān)心機(jī)械上機(jī)實(shí)驗(yàn)與教師的溝通問題（76.4%），上機(jī)實(shí)驗(yàn)因人而異，問題繁雜，這也是未來亟須重點(diǎn)關(guān)注的一項(xiàng)教學(xué)環(huán)節(jié)?！皺C(jī)械動(dòng)力學(xué)”的動(dòng)力學(xué)建模理論課教學(xué)比較復(fù)雜，65%的學(xué)生認(rèn)為接受建模理論教學(xué)時(shí)與教師存在溝通問題。所以，目前難度較大的教學(xué)內(nèi)容和上機(jī)實(shí)驗(yàn)操作最有效的授課形式為線下授課。

結(jié)語

“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程是理論和實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合的機(jī)械類專業(yè)選修課，具有教學(xué)環(huán)節(jié)多、教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜的特點(diǎn)。論文開展“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”課程的線上線下混合式和理論實(shí)驗(yàn)交互式教學(xué)探索，按照教學(xué)內(nèi)容難易程度，按比例分配線上線下教學(xué)內(nèi)容，將信息技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)課堂，在課程考核環(huán)節(jié)引入多維考核機(jī)制，開展高質(zhì)量的同步交互式教學(xué)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)新性。未來亟須不斷完善關(guān)于學(xué)生上機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)組織。