慕课与项目式教学相结合的工科类课程教学模式探索

1、    慕课与项目式教学相结合的工科类课程教学模式探索    摘要：慕课等在线课程的快速发展给高校课堂教学带来了巨大冲击和挑战，基于慕课的混合式教学改革被不断尝试，然而多数工科类课程改革没有摆脱偏重理论知识传授的弊端。针对慕课快速发展的时代背景和传统工科类课程对实践教学重视不足，在欧美项目式教学启发下，提出慕课线上学习与项目式教学相结合的工科类课程教学模式。“机械设计”课程教学实践显示，该模式既可弥补传统工科类课程教学中学生创新实践能力培养的缺乏，又可避免项目式教学中学生知识体系不完善的问题。关键词：慕课，项目式教学，工科课程，实践能力，教学模式随着互联

2、网、云计算、大数据等技术快速发展，以及移动智能互联设备的普及，e-learning逐渐被人们接受。慕课等在线课程适应了e-learning的需要，学习者借助移动设备可随时随地学习，打破了时空限制。目前，慕课发展极为迅速，我国上线慕课数量达8000余门，高校学生和社会学习者选修数突破1.4亿人次。1以慕课为代表的线上课程给传统课堂教学带来了冲击和挑战，同时给高校教学变革提供了难得的机遇。在新工科建设背景下，工程教育创新一方面需要建设一批新工科专业，另一方面需要对传统工科教育转型升级。无论新工科建设还是传统工科转型升级，工科类课程传统教学模式已无法满足要求。工程教育创新首先应抓住慕课给高校教学变革

3、带来的机遇。“高教40条”2要求：大力推进现代信息技术与教育教学深度融合，形成“互联网+高等教育”新形态。其次，注重以学生为中心，强化学生创新实践能力培养，充分吸收欧美国家“做中学”“cdio”等理念和模式的先进经验。3本文在剖析工科类课程传统教学模式、基于慕课的混合式教学及欧美项目式教学特点的基础上，探索新形势下工科类课程教学模式。一、工科类课程传统教学模式的弊端我国高校工科类课程传统教学模式偏重知识传授，采用以教师讲课为主的“教师为中心”授课模式，配以若干验证型实验加深对重要知识点的理解。一些专业核心课程通常还配套课程设计，以训练学生的设计实践能力。传统教学模式的优点，一是帮助学生建立系统

4、的知识体系。二是授课形式简单，教学成本低。其缺点一是以教师为中心，学生缺乏主观能动性和个性化培养。二是针对某课程设置的课程设计，其题目往往只侧重该课程的知识，如“机械设计”课程设计题目只关注传动与结构设计；“机械原理”课程设计则只关注机构的设计与分析，人为把机械系统割裂开，不能达到机、电、液、控制综合训练的目的，与新工科强调的学科交叉相悖，也不符合工程教育专业认证毕业生具备“解决复杂工程问题能力”的培养要求。4三是过于偏重知识传授，该模式的课程教学、实验、课程设计主要是为知识传授服务。在当前高校考评体系下，教师偏重科研，教学内容更新往往不及时。其结果是：在知识更新极快的信息时代，长期习惯被动学

5、习的学生带着已落后的知识走上工作岗位，必然面临新知识的学习困难和工作岗位的不适应。四是创新实践能力的培养重视不足。工科类课程实践教学的目标以验证理论知识和掌握实验技能为主，而对责任感、表达能力、创新能力和协作精神没有硬性要求。5课程设计往往只停留在理论设计阶段，且一些课程设计的题目已沿用几十年，学生甚至能在网上找到设计模板，难以达到设计实践训练和创新能力培养的目标。由于上述弊端，工科类课程传统教学模式难以满足新形势下工科人才培养的要求，工科类课程教学模式改革迫在眉睫。二、基于慕课的混合式教学近几年，高校加大慕课建设力度，纷纷将本校最好的课程推到线上，因此线上课程绝大多数属于优质教学资源。面对大

6、量优质在线课程，校内教学没有必要重复讲授课程基本知识，这给高校课程教学改革带来了契机。将线上慕课与线下课堂教学相结合，基于慕课的混合式教学被很多教师尝试，其最普遍做法为“翻转课堂”6-8，即学生根据教师安排先进行慕课线上学习，掌握课程基本知识后再到教室进行互动讨论，开展深层次学习，以提高教学效果。基于慕课的混合式教学优点在于：一是线上学习打破时空限制，学生可自主选择学习时间和地点，自主控制学习进度，对重难点部分可反复观看，一定程度满足了个性化教学需要。二是课堂上不再采用填鸭式教学，而对重难点部分展开深层次学习，鼓励学生思考、讨论和发言，有助于培养学生的批判思维和表达能力。三是教师组织课堂讨论，

7、需要对课程进行重新思考，更新课程知识，引入新的案例，可促进课程质量和教师教学水平提升。显然，这种混合教学模式对文科、理科等课程教学是很有益的，但对工科类课程教学仍存在以下不足：一是该模式没有改善传统教学实践能力培养重视不足的缺陷。二是“翻转课堂”线下讨论主要围绕课程重难点展开，实现深层次学习，对工科类课程而言，传统教学模式的主要缺点不是课程深度不够，而是理论知识讲得太多，缺乏实践，这种针对知识点的深层次讨论与工程教育希望的改革背道而驰。三是该模式名义上以学生为中心，实际只是将传统填鸭式讲授由课堂搬到线上，对学生自主学习能力、创新实践能力、团队协作能力等培养无明显改善。因此，针对工科类课程混合式

8、教学改革，不能照搬“翻转课堂”模式，应在教学中融入实践能力培养。笔者近年一直在探索基于慕课的混合式教学改革，已在我校“机械设计”课程教学中实践多年。考虑到“翻转课堂”模式对工科类课程教学存在的不足，实践中将慕课线上课堂、互动讨论线下课堂和科创实践第二课堂进行线上/线下、课内/课外、理论/实践深度融合，提出了“三堂互融”混合教学模式（图1）。该模式下，课堂讨论不仅仅围绕课程重难点展开，而且针对学生科创实践第二课堂遇到的各种设计问题和各类工程实际案例进行剖析，以提高其解决复杂实际问题的能力。实践表明，该模式效果显著，不仅学生课程考试成绩有所提高，而且在各类科创竞赛中成绩突出。然而，该模式仍有不足，

9、即不能从课程角度要求每个学生必须参与科创实践，无法做到实践能力培养全覆盖。三、基于项目式的工程教育欧美国家工程教育基本采用cdio模式，该模式课程基本知识讲授很少，通过两个或更多“设计制作”实践项目，让学生自主获取知识，自主解决设计、制作等问题，学生的自主学习、设计实践、团队协作等能力能得到很好的训练。以我校利兹学院机械工程专业教学为例。利兹学院是我校和英国利兹大学合作创立的中外合作办学机构，学院各专业采用全英文授课，培养方案基本与英国利兹大学相同。机械工程专业开设的机械基础课程仅“design and manufacture ”和“design and manufacture ”两门，国内对

10、应机械制图、三维建模与cad、制造技术基础、机械原理、机械设计、机械精度设计与检测技术等课程，以及机械工程制图综合实践、机械原理课程设计、机械设计课程设计3个课程设计，总计超过400学时，其中动手实践学时比重较低。利兹学院两门课程均持续1年，每门课程对学生都是200学时，两门课的讲课学时分别仅为24学时和17学时，其余学时主要以小组形式围绕设计-制作实践项目展开。“design and manufacture ”课程17个讲课学时中，6个学时用于三个实践项目的布置和总结，7个学时用于讲授铸造、锻造、轧制、挤压、焊接等成型技术，另外4个学时用于工程伦理教育，因此实践学时占比极高。其实践项目均源于

11、实际问题，且有一定挑战性和创新空间。不仅要求学生查阅相关资料完成理论计算和结构设计，而且要求制作张贴海报和完成实物加工、控制系统调试，通过小组间比赛激发学习兴趣和竞争意识。在训练学生设计、绘图、建模和分析能力的同时，培养其自主学习、动手实践、团队协作和科学表达等能力。然而，项目式教学实践项目通常不能覆盖课程所有基本知识，学生只对项目涉及的知识印象深刻，而对课程其他内容知之甚少，导致其知识体系不完善。若将这种模式直接运用于长期习惯于被动学习的国内学生，限于其自学能力，往往不能有效完成老师布置的任务，进而影响教学效果。四、慕课与项目式教学结合的混合教学模式工科类课程传统教学模式的内容讲解较为系统，

12、但过于偏重知识传授，实践训练不足，而项目式教学实践能力培养突出，但学生知识体系不完善。因此，工科类课程教学改革应吸收两种模式的优点，取长补短。基于慕课快速发展，在前期混合教学实践基础上，我们提出了慕课与项目式教学相结合的混合教学模式（图2）。该模式将课程教学与课程设计打通，课程教学采用基于慕课的混合教学模式，课程设计不再沿用传统设计题目，而是cdio模式的设计制作实践项目。课程混合教学模式仍是让学生先进行慕课线上学习，完成线上教学相关任务，然后再到线下课堂进行师生互动。相对欧美工程教育，我国工科类课程讲课学时过多，鉴于慕课已对课程内容进行了系统讲解，线下课堂没有必要再围绕知识点展开讨论，只需使

13、用较少课时检验线上学习效果、对课程内容作宏观梳理、通过实际工程案例剖析探讨知识应用，再配合线下作业、课程实验和阶段考试，即可为学生构建课程知识体系。该模式线下课堂重点围绕实践项目展开，上课期间布置课程设计实践项目、开展方案设计，将各组设计方案在课堂讨论，实现方案的改进与优化。课程设计通常安排在短学期集中完成，各小组根据前期设计方案完成三维建模、绘制工程图、进行控制系统设计、撰写设计说明书、制作张贴海报、加工制作实物、系统调试，最终进行项目作品的展示和比赛。该模式的优势：一是通过慕课线上学习，帮助学生构建完善知识体系；二是通过设计制作实践项目，培养学生动手实践、团队协作、科学表达等综合能力；三是

14、培养慕课学习习惯，实践项目开展过程中，当学生需要补充某方面知识时，可先通过相关慕课学习基本知识，再查找资料深入学习，比完全依靠参考书学习效率更高；四是设计-制作实践项目包含强度计算、结构设计、电气控制、加工制作等方面综合训练，避免了机械系统割裂，有利于培养学生解决复杂工程问题能力；五是教师不再需要花大量时间重复讲授课程基本知识，将更多精力用于课程更新、教学设计和实践项目准备，促进教师教学水平提升。当然，该教学模式可能面临的问题：一是设计制作实践项目的开展需要经费和场地支持，若全面铺开，学校需要较大投入；二是在长期教学过程中，无论学校、教师还是学生都已适应传统教学模式，在转变教学模式初期，无论学

15、校还是教师都需要耗费大量精力，可能遇到多方阻力；三是该教学模式下，如果执行不严，可能出现小组中部分学生滥竽充数的局面，达不到预期教学效果。五、实践与初步成效我校2016级教学中，笔者将“机械设计”与“机械设计课程设计”打通，在一个教学班（2个自然班共64名学生）开展了慕课与项目式教学结合的混合教学实践。“机械设计”采用基于慕课的混合式教学，原来每周4学时的讲课调整为学生在线自主学习2学时，另外2学时到教室互动。教学采用“中国大学mooc”平台的“慕课堂”app辅助教学，一方面可监测学生线上学习进度、视频观看情况，另一方面在每周教室互动时可借助app做课堂测验。此外，还设置2次阶段考试、期末考试

16、，及若干线下作业，以督促和检查学生的线上学习。线下课堂互动不过多讨论课程知识点，每章只作简要内容梳理和工程案例剖析，以减少慕课视频碎片化的影响和提升知识应用能力。本教学实践“机械设计课程设计”题目摒弃了传统双级减速器设计，而选用“第四届中国大学起重机创意大赛”的题目：要求设计一个简易起重机，通过遥控在3分钟内将三箱货物从指定区域绕开障碍搬到另一区域，搬运用时越短、起重机重量越轻、结构越新颖，得分越高。该题目评价客观，且具有竞争性和创新空间，很适合作为设计制作实践项目。“机械设计”教学第12周就布置实践题目，要求学生自由分组（每组45人），用3周时间完成方案初步设计，然后每周线下课堂互动安排2组

17、汇报设计方案并全班讨论，提出修改意见。学期结束时，每组需提交实践项目设计报告，占课程成绩10%。“机械设计”课程成绩构成如表1所示。实践项目实施集中在短学期进行，共连续17天，学生需要完成三维建模、绘制工程图、设计控制系统、撰写说明书、制作海报、加工制作起重机实物、调试控制系统，最后进行起重机比赛和海报展，课程设计成绩构成如表1所示。每项得分都制定细则，特别是项目比赛评分规则（如表2所示），充分体现竞争意识。上述评分为小组得分，为督促每个学生在项目中发挥作用，根据组内成员间匿名互评和老师对每个学生的评价，每个学生最终成绩在小组得分基础上乘以个人系数。组内互评不仅可相互监督，同时可培养学生客观评

18、价他人工作的意识。与笔者承担的另一个未采用慕课与项目式教学结合的普通混合式教学班对比，期末考试卷面成绩相近。项目式混合教学班平均分73.1分，普通混合式教学班平均分73.8分，可见线下课堂互动是否围绕课程知识点展开讨论，对学生知识的掌握影响并不大，而采用项目式混合教学后学生实践能力得到了很好的锻炼。课程设计期间，所有13组学生均完成了相应设计、制作和调试任务，其中5组实现了3箱货物搬运，只有2组未能成功搬运货物，但实现了起吊和行驶功能。课程设计选拔的4支优秀队伍代表我校参加“第四届全国大学生起重机创意大赛”决赛，获得全国一等奖2项，二等奖和三等奖各1项。实践项目相关图片见图3。由于cdio模式的设计制作实践项目需要集中时间完成制作和调试，适合现有培养方案配有短学期课程设计的课程开展实践，否则在学期内完成实践项目将受其它课程教学的影响。因此，若全面实施慕课与项目式教学结合，需要修订培养方案，采用更加灵活的排课计划，如英国利兹大学在制定排课计划时就统筹安排，