线上线下混合式和理论实验交互式教学研究——以“机械动力学”为例

朱跃，张朝福，路琴，王永健

（南京农业大学工学院，江苏南京210031）

机械动力学是研究机械在微振动状态下运动、受力规律的学科，“机械动力学”课程主要介绍了现代机械系统动力学的建模、分析、计算的基本方法和软件工具等内容，涉及数学、力学、信号处理等多个学科领域［1-3］。“机械动力学”课程对机械大类的学生十分重要，学生只有掌握机械系统动力学分析和设计的方法，了解机械运动、受力的关系，才能胜任复杂机械产品设计工作，最终提高产品设计效率。目前我国各工科院校主要将“机械动力学”课程作为机械类专业选修课程开设，难以覆盖机械专业的每个学生，其核心原因是课程无统一的教学大纲和教材，且课程涉及内容多，课程难度大，知识点繁杂且分散［4］，传统的课堂教育模式难以吸引学生。针对以上问题，为了提高学生学习兴趣，增强学生就业竞争力，在突发公共卫生事件下提高学生网络课程学习效率，协调线下线上课程学习内容和学习效率，本院教学团队开展“机械动力学”课程教学理论实验交互式与线上线下混合式相融合［5］的教学，并追踪教学结果。论文以线上线下混合式教学为基础，与上机实验融合，阐述了混合式教学的实施过程和具体策略，探讨该教学模式面临的挑战和困难，进一步完善融合式教学工作，提高“机械动力学”课程的教学效果。

“机械动力学”课程是主要面向机械类专业开设的一门专业选修课程，课程总共32学时，其中理论教学课时18学时，上机实验课时14学时，课程计2学分。选修该课程的学生是机械、车辆、农机等机械类专业三年级学生，已经完成了“理论力学”“材料力学”等力学类课程的学习，选修“机械动力学”课程的主要目的是深入学习理论力学中动力学知识，掌握机械动力学分析工具软件ADAMS，为个人考研或工作巩固基础。结合“机械动力学”课程特点和学生需求，依托超星学习通电脑端或移动端网络教学平台，教学团队分配了传统教学和网络教学的理论教学课时，且与上机实验交互进行（见图1）。在理论教学中介绍动力学模型，如两自由度车辆平面模型、双连杆平面摆动模型、曲柄滑块模型、齿轮传动模型。学生普遍感觉理论模型建立枯燥难懂，但是基于ADAMS建立这些理论模型，加深了学生对理论建模方法拉格朗日方程的理解，同时也熟悉了ADAMS建模的方法与步骤。这种交互式和伴随式教学有利于提高学生自主学习能力、实践能力，培养其创新意识。

图1“机械动力学”课程混合教学模式

“机械动力学”课程理论课时是18学时，课时少，授课内容包括动力学模型参数获取、动力学模型建模方法、多刚体动力学建模三部分内容。针对该课程慕课资源较少的现状，设计了理论教学部分的混合教学模式（见图2），基于超星学习通建立了“机械动力学”学习资源库，依据教学内容授课难易程度，线上教学分配10学时，其中包括绪论、动力学参数获取、牛顿第二运动定律等容易理解的学习内容。线下教学为8学时，主要介绍拉格朗日方法、刚体定点转动欧拉坐标等难点，细化每次课的教学目标，根据概念理解、概念应用及扩展等确定教学目标。按照课前明确学习任务—课上高效学习—课后集中反馈的教学组织，最后完成教学任务。例如在学习拉格朗日方法时，在超星学习通发布教学目标：（1）理解拉格朗日公式分类及概念；（2）会用拉格朗日方程建立简单的系统动力学模型。根据学习目标规定学习任务为根据拉格朗日方法建立弹簧质量块和两自由度车辆动力学模型，学生了解了学习目标和学习任务，课上学习也比较主动高效。该混合式教学模式能够发挥教师课堂教学过程的主导作用，按照课程难易程度进行教学设计，同时也能充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性。

图2“机械动力学”理论教学线上线下混合模式

1.教学资源库的建立。“机械动力学”课程理论教学是“理论力学”课程的延伸和拓展，具有理论性强、难以理解的特点。无论是线上教学还是线下教学，所有理论部分均用录屏软件oCam进行录制，根据线上教学内容难易程度决定录课时间，教学内容较简单则每节课录屏25分钟，布置2个讨论主题，选取学生回答2个问题；若线下教学内容较难则每节课录屏35分钟，布置1个主题讨论，安排1次课堂小测。在作业库建立8次作业，还可上传精美PPT到超星学习通平台，建立了相对完整的教学资源库，并在教学过程中不断完善。

2.混合式教学实施。学生普遍对手机、电脑等电子产品兴趣较高，混合式教学实施过程强调以学生为主体，充分发挥学生的主观能动性，学生可突破学习时间和学习地点的限制进行课程学习，在聊天区和教师进行课内或课外互动。作为教学的设计者和组织者，教师要把握好每节课的节奏，一般视频在30分钟左右，建议学生对重点内容反复学习，留出10分钟进行讨论或做练习题，最后5分钟总结课程内容，保证教学任务的完成。（1）课前明确任务。课程授课对象是大