基于信息技术的“矿山机械”课程教学体系重构研究
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作者:任春平 刘春生 徐鹏 赵存有 王本永 孔繁朝
摘要：本文针对“矿山机械”课程在传统教学过程中存在的问题，结合“矿山机械”课程教学改革的必要性，分别从教学理念与目标、教学内容、教学过程与方法、考评与反馈等方面对“矿山机械”课程教学体系进行了重构研究与探索创新。秉承“以学生为中心、产出导向、持续改进”的理念，从“整合知识+矿山机械案例+文献案例+思政元素内嵌”的四大模块重构了教学内容，并构建了时空耦合的教学过程与方法，采用多元化评价、互评、自评、评价反馈、学情档案等方面重构了课程的评价与反馈。
关键词：矿山机械；理念创新；内容重构；模式创新；评价创新
“矿山机械”课程是一门专业必修课，授课对象为本科三年级机械、机工专业，学生认知特点为思维活跃、接受现代信息技术能力强［13］。学生起点水平：首先，学生具备液压与气压控制、流体力学前序知识贮备，由于部分专业课程尚未开设，大多数学生对专业知识理解的广度、深度相对欠缺；其次，学生习惯能力各不同，虽然有动力，但缺少耐力和专注力，因此该门课程对于后续流体提升运输等专业课学习具有承上启下作用。基于上述分析，构建了以学生发展为中心，对教学内容进行整合，采用线上与线下相结合的混合式教学模式，运用优质网络教学资源，以此达到课程“两性一度”的课程目标。
一、“矿山机械”课程教学体系重构的必要性
“矿山机械”课程在建设之初的教学过程中通过实践发现存在三大痛点问题，具体需要解决的重点问题如下所述［46］：痛点一：课程体系结构僵化，任课教师在教学过程中采用单一教材，仅仅是传统意义上的“教”教材的知识，学生的学习被动，教师在教学过程中占有了主导作用；教材部分内容对于学科知识的前沿性和时代性的介绍和描述不完善。痛点二：课程教学理念陈旧，教师在教学过程中容易忽略塑造学生的情感价值观，由此导致课程育人功能不全；在授课过程中，任课教师只是讲授书本上相应的基础知识点，学生面对复杂问题时分析问题的思维受到局限；教师在授课过程中多数都是靠传统的多媒体课件在讲课，互动环节较少，学生学习兴趣低，缺乏现代信息技术手段，显得整个课程特别沉闷。痛点三：教学效果评价单一，教师在课程成绩考核过程中多以终结性考试为主，即“期末考试+期中测验测试+课堂作业”为主，从而决定学生的成绩。显然对于学生的过程性考核设计不够，比如对于学生思考问题、上课回答问题、学生对工程案例分析的思维能力、小组讨论等没有注重考核，学生的素质目标体现不够明显。
课程在设立之初，对学生进行了大量问卷调查和课堂的实际考查，通过对学生的学情分析，发现也存在以下挑战，具体如下所示：挑战一：基础知识欠缺。虽然学生已经学过“机械设计和机械原理”“液压与气压传动”“机械振动学”“流体力学”“结构工程”等基础课程，但大多数学生对于理解“矿山机械”课程的广度、深度的知识储备相对欠缺，无法适应更高层理论知识的理解，这是面临的非常重要的考验和挑战。挑战二：学习认知模糊。虽然学生已经学过“工程图学”基础课程，但大多数学生对于理解“矿山机械”课程涉及的概念、结构存在难于理解的挑战，主要是由于对复杂机构图不理解；学生有抵触感和畏惧情绪，一看到这种复杂的图纸就没有兴趣。挑战三：学习动机迷茫。一部分学生相对比较积极和乐观，对于“矿山机械”课程非常感兴趣、能够自主地学习；而另一部分学生态度比较消极，只注重期末考试成绩，缺乏实践创新。
上述分析存在的“痛点与挑战”包涵了“矿山机械”课程在教学理念中遇到的题，教学目标中面对不明确的问题，学生对于教学内容不能很好接受、吸收和利用，教学过程与方法相对单一、考核评语反馈等各个方面的问题，对课程教学质量的提升带来了不容忽视的挑战与压力，这也是该门课程教学团队旨在突破和解决的关键问题。
二、“矿山机械”课程教学体系重构的措施
该门课程教学体系重构的措施分别从教学理念和目标、教学内容、过程与方法、考评与反馈等方面开展重构与探索研究。
（一）教学理念与目标
“矿山机械”课程是机械和学校的特色专业紧密结合，秉承“学为中心、产出导向、持续改进”的理念；从学生的具体学情出发；理论联系实际，注重训练学生对知识的理解和应用能力；知识传授由浅入深，帮助学生逐步形成跨学科的知识体系。课程遵循“四个结合、两个依据、三个着力”的思路。四个结合，即结合“新工科”对机械类人才培养的要求、结合本校特色学科资源、结合中国大学慕课平台优质课程资源、结合教学团队编写的特色教材优势。两个依据，即依据课程标准要求，依据学生具体学情基础。三个着力，即着力培养学生实践应用能力，着力构建学生的学习共同体，着力培育学生深厚的家国情怀。
（二）教学内容
“矿山机械”课程的教学内容对应“新工科”对机械专业的要求、基于应用型人才培养的需求，具有明显的实践应用和价值引领的特点。以自编校本教材为主要载体，结合课外拓展阅读；用专业理论知识进行基本实践操作，不断提升应用能力；树立科学、正确的价值观和人生观，能够传承中国传统科技文化，学会用机械语言传播中国声音。学生通过“矿山机械”课程28学时的学习，针对以往的教学内容陈旧课程思政无法融入的问题，构建了“整合知识+矿山机械案例+文献案例+思政元素内嵌”的四大模块，具体如下所述。模块一：整合知识，所谓整合知识指的是将目前现有教材内容和知识进行整合。以往教师在授课中仅是“教”教材，把教材知识传授给学生，而本次创新就是将教材“再加工”，把知识分为不同主题，每个主题知识利用思维导图的形式整合在一起，力求内容充实与精要，并且重点、难点内容突出。模块二：矿山机械案例的融入，所谓矿山机械案例融入指的是在授课的每个章节中融入相关热点采掘机械案例和问题，可以是生活案例，便于学生更好地理解本章节的知识。模块三：文献案例的融入，每个章节中融入关于矿山机械的前沿文献，通过知网或PubMed系统查阅文献，便于学生更好地衔接和融合基础知识。模块四：思政元素内嵌，思政元素内嵌自始至终贯穿于整个教学内容，其价值目标是培养具有爱国主义情怀、坚定爱国信念和承担工程师责任的人才，将我们的学生培养为“走得出”“飞得高”和“回得来”的人才。由具有俄语博士学位的中方教师和具有工程师资格的俄方教师共同组建国际化教学团队，并充分利用学院合作办学、国际交流的优势，在语言知识层面和专业知识层面合力打造课程，团队成员将主持及参与的国际级项目成果应用于教学，使课程内容紧跟学科研究新进展、实践发展新经验、社会需求新变化。以上从“整合知识+矿山机械案例+文献案例+思政元素内嵌”的四大模块重构了“矿山机械”课程的教学内容施。
（三）教学过程与方法
“矿山机械”课程依据学生具体学情进行教学设计，在每单元学习之前，以学习小组为单位，进行前修基础、预期目标、学习策略三个方面的学情统计和分析，有针对性地进行教学设计。做到以“学”的基础定“教”的起点，以“学”的需求定“教”的策略。基于具体学情的教学设计解决了学生基础参差不齐的问题，构建线上、线下混合的教学模式，培养学生自主学习能力，打造高效课堂。线上活动，包括课前预习、观看视频、提交作业及任务单、提出问题，以及课后前言文献的拓展学习、讨论分享、线上测试及反馈评价等。线下活动，包括课堂协作探究、小组讨论、展示交流、学生互评、教师点评等。混合教学模式将课前导学、课中研学和课后练学整合成有机的统一体，同时解决了课时较少、学习任务较重及优质教学资源利用不充分的问题。
授课对象为机械设计制造及其自动化专业、机械电子工程专业和机械工艺专业的学生，他们工科领域的基础知识不强。针对这一情况（现场授课），每单元有1～2学时在学校其他学院的实验室或实训基地进行现场授课，能够帮助学生将机械专业术语与其所表示的实物相对应。实践操作中，学生通过现场观察和实际动手操作，丰富学生的感性认知，提升学生将机械理论知识应用于实践的能力；现场实践的教学解决了理论与实践结合不够紧密的问题；从课程内容的跨学科特点出发，授课过程中采用实训教学、多媒体教学、网络教学相结合的教学手段，达到综合培养学生知识、能力和技能的目标；采用基于能力培养的教学手段解决了课程内容难度较大、学生学习中有畏难情绪的问题。
学生是学习者，教师是助学者，以授课班级为单位，在共同完成“矿山机械”课程学习任务的过程中，进行充分沟通、交流分享学习资源，成员相互影响、相互促进，学生自主学习能力、协调沟通能力、运用信息新技术等能力得到系统性提升。实现教师、学生、家长之间的心理相容与沟通，教师始终关注学生的学业进步与心灵成长。在与学生进行定期的线上反馈时，得到了部分家长的热情关注，家长就“机械+技术”知识的学习及就业前景与教师展开讨论。家校联合为“机械+”知识学习提供了全面保障。以上从学情分析、混合式教学、现场实践、能力培养、学习共同体构建、家校联合六个方面重构了课程教学的过程与设计。
（四）考评与反馈
“矿山机械”课程采用多元化的教学评价体系，分为学生和教师两个评价主体。评价学生注重过程性考核和终结性考核相结合，过程性考核占总成绩的50%，其中课堂讨论环节、课下自主学习效果、小组协作学习的任务比重、科技俄语领域社会实践、阶段性测试五个部分各占10%，终结性考核占总成绩的50%，采用闭卷、笔答的形式，试题中主观性题目占比40%，客观性题目占比10%。评价学生的目的是综合培养学生的学习能力，评价教师的目的是促进课程建设。为提升小组协作学习的成效，在成果展示环节采用“教师点评+学生互评”相结合的方式。学生互评以小组为单位，就完成的任务从内容讲解、作品展示、行业价值、分工合作、PPT制作、提问回答等六个方面，以百分制的形式进行相互评价，学生通过互评进行相互借鉴和学习。为培养学生的自主学习能力，以学习单元为单位，学生就不同学习内容，从课前任务单完成情况、课堂探讨发言、知识理解、应用操作、协作能力、课后拓展、线上研讨交流等七个方面，以百分制进行自我评价，学生通过反思学习能力得到提升。
课程共采用六种评价方式，根据评价内容的不同，反馈形式为分数、等级或评语，反馈对象为学生个人、小组或家长，反馈周期为每课、每周、每单元、每月或每学期，反馈载体为线上或线下。目的是C合评价、严格考核、有效诊断，使贯穿整个教学活动的评价具有连贯性、完整性和可回溯性。根据评价的数据建立学生的个性化学情档案，促进语言知识和专业技能的全面提升。同时让学生、家长、教师了解学生的成长之路，为今后学生终身学习习惯的养成奠定良好基础。课程通过采用多元化的评价手段，鼓励探究式学习，学生的知识领域得到扩展，创新性思维得到锻炼，实现了课堂的高效性。以上从多元化评价、互评、自评、评价反馈、学情档案、评价成效六个方面重构了课程的评价与反馈。
“矿山机械”课程经过四轮的教学实践，机械专业2015级至2018级的学生在机械知识、专业技能、就业单位的认可度等方面均有提升，在国家级、省级比赛中均有奖项斩获。在山东举办的专业建设讨论会议上，团队成员做了“矿山机械”课程创新理念的专题报告。此外，团队编写的特色教材《矿山机械》，正在被部分兄弟高校矿业类专业的学生所使用。学生作为志愿者参加哈洽会、国际产学研用合作会议等大型会议，为大会提供专业领域的服务，学生正在用所学到的机械知识服务龙江地区经济发展，助力龙江发展建设。以上就是“矿山机械”课程对应国家、行业、专业需求，在符合校情、学情基础上所进行的课程改革和探索，以及目标达成的具体路径。
结语
“矿山机械”课程采用以“前沿为导向+问题为线索+学生为主体+创新为目的”的理念，对教学理念开展了创新设计，突破了原有传统教学模式，教学理念新颖，针对性强。课程的教学目标从目标的前瞻性、目标的高阶性和目标的创新进行分析，突破原有的教学目标单一的局限性。构建了“线上自学+线下导学+线上拓展”的混合式模式，突破原有的教学模式和陈旧的教学观念。课程采用综合能力评价与个性化能力评价相结合的方式进行综合考核，突破原有以终结性为主的教学考核方式。
参考文献：
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［3］徐鹏，赵存有，刘训涛，等.新工科建设背景下矿山机械系列课程教学改革研究与实践［J］.教育现代化，2020，7（17）：7879.
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［6］孙建平，陈炳耀.《矿山机械》课程中刮板输送机教学单元的设计［J］.课程教育研究，2017（31）：248.
基金项目：黑龙江省教育科学“十四五”规划2022年度重点课题“课程思政与智能信息技术融合的《矿山机械》课程教学体系重构与推演研究”（GJB1422121）
作者简介：任春平（1987―），男，汉族，黑龙江肇东人，博士，讲师，硕士生导师，研究方向：机械设计及理论。
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