于勇 劉靜華 趙罡

[摘 要]文章針對工程圖學(xué)課程教學(xué)，從授課模式、教學(xué)內(nèi)容組織與展示、教學(xué)效果追蹤與反饋三個方面進行了在線教學(xué)的探索和實踐。項目組在授課方式上，采用了小規(guī)模限制性在線課程的授課模式，通過有聲PPT、云班課輕直播答疑、課后隨堂全員測試，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí);在教學(xué)內(nèi)容組織與內(nèi)容展示上，對教學(xué)知識點進行梳理，建立了扁平化的知識點結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生利用“碎片化”的時間來學(xué)習(xí)和鞏固知識點，并制作“圖形兼?zhèn)洹钡碾娮诱n件，幫助學(xué)生建立“形”與“圖”之間的關(guān)聯(lián)，提升學(xué)生的教學(xué)體驗，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;在教學(xué)效果追蹤和反饋環(huán)節(jié)，通過云班課進行課后的及時統(tǒng)計，實時調(diào)整教學(xué)活動的組織，掌握學(xué)生動態(tài)，提升教學(xué)質(zhì)量。項目組對工程圖學(xué)在線教學(xué)的探索和實踐，取得了較好的成效，給工程圖學(xué)教學(xué)的深化改革和創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]工程圖學(xué);在線教學(xué);圖學(xué)教育;云班課

[中圖分類號] TP391;G642 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）02-0095-05

現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，改變了人類的生活方式，也推動了教育的變革和創(chuàng)新，手機、電腦在教學(xué)中的應(yīng)用，使學(xué)生能夠基于網(wǎng)絡(luò)的線上教學(xué)隨時隨地地學(xué)習(xí)新知識。目前，國內(nèi)各大高校在相關(guān)課程的教學(xué)模式上紛紛進行改革，分別基于自建平臺或者商業(yè)平臺發(fā)布課程資源，用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)教學(xué)，在教學(xué)模式上進行探索，取得了良好的成效?；诰W(wǎng)絡(luò)的在線教學(xué)順應(yīng)時代的需求，通過智能手持終端設(shè)備使學(xué)生隨時隨地地進行課程學(xué)習(xí)，讓學(xué)生最大限度地利用時間，將學(xué)習(xí)過程充分融入平時的生活當(dāng)中，在滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)需求的同時也改變了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，更有助于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。尤其是新冠肺炎疫情爆發(fā)后，線上教學(xué)模式在全國大中小學(xué)中得以推廣，更凸顯了線上教學(xué)研究的重要性和必要性。

在線教學(xué)一般包括以下三種方式：MOOC（Massive Open Online Courses，大規(guī)模開放式網(wǎng)絡(luò)課程）、SPOC（Small Private Online Course，小規(guī)模限制性在線課程）和實時直播教學(xué)。在線教學(xué)所采用的教學(xué)平臺如騰訊課堂、雨課堂、超星課堂、藍墨云班課等，也各有千秋。無論采用哪種方式和教學(xué)平臺，如果僅僅把傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式照搬到網(wǎng)絡(luò)平臺上是遠遠不夠的，教師需要傾注更多的精力針對所講授課程的特點進行在線教學(xué)的研究，需要更加注重以“學(xué)”為中心，實現(xiàn)教學(xué)從學(xué)生“學(xué)會”轉(zhuǎn)為學(xué)生“會學(xué)”;需要更加關(guān)注學(xué)生的參與度，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，增強學(xué)習(xí)效果，提高教學(xué)質(zhì)量。工程圖學(xué)課程是我校的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，受眾面廣，年均有2000多人進行本課程的學(xué)習(xí)，是后續(xù)學(xué)習(xí)其他專業(yè)理論知識的前提和基礎(chǔ)。由于新冠肺炎疫情防控的需要，各高校都采用線上授課，這也給工程圖學(xué)教學(xué)提供了教學(xué)改革和創(chuàng)新的契機。我們在工程圖學(xué)的在線教學(xué)中，分別在授課模式、課程內(nèi)容展示和課后輔導(dǎo)與反饋等方面進行了探索和實踐，為進一步優(yōu)化工程圖學(xué)的教學(xué)方法提供了借鑒。

二、授課模式

傳統(tǒng)的工程圖學(xué)課堂教學(xué)當(dāng)中，課堂的組織模式基本采用 “引入—展開—總結(jié)”這種相對比較固定的活動模式。這種授課模式以“教”為主，學(xué)生處于“被動”地位，是一種單向的、間斷的課堂教學(xué)活動。在課堂上教師將課程知識點教授給學(xué)生，學(xué)生課后通過做作業(yè)進行課堂知識的鞏固。由于課堂時間是有限的，學(xué)生的基礎(chǔ)也不同，教師的講授要面向全體學(xué)生，無法滿足學(xué)生的個性化需求。在線教學(xué)使得學(xué)生不可能像課堂教學(xué)那樣集中在一起學(xué)習(xí)，并且不能像課堂教學(xué)一樣，教師和學(xué)生之間可以進行面對面的交流、眼神與肢體上的交互，因此在線教學(xué)中的課堂組織重點是提高學(xué)生的參與度，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，使得授課從以“教”為主向以“學(xué)”為主轉(zhuǎn)變，從學(xué)生的“學(xué)會”轉(zhuǎn)向?qū)W生的“會學(xué)”，從以“灌輸”為主轉(zhuǎn)向以“啟發(fā)”為主的教學(xué)模式。

（一）授課形式

在工程圖學(xué)在線教學(xué)實踐過程中，筆者在授課之前對學(xué)生學(xué)習(xí)的軟硬件進行了調(diào)查，學(xué)生反饋電腦和網(wǎng)絡(luò)等硬件有一定限制，因此我們在授課形式上進行了調(diào)整。直播方式最直接高效，就像把課堂教學(xué)搬到了網(wǎng)絡(luò)上，但其有一定的局限性，一旦出現(xiàn)卡頓或者掉線等情況，學(xué)生將無法完成本次課程的學(xué)習(xí)，這樣的教學(xué)效果并不理想。錄播能夠有效防止由于電腦硬件和網(wǎng)絡(luò)問題影響教學(xué)效果，有助于打磨教學(xué)內(nèi)容;有助于教師提前發(fā)布教學(xué)視頻，組織學(xué)生開展預(yù)習(xí)及回看;有助于在課堂上講解重點和難點，引導(dǎo)學(xué)生進行設(shè)計創(chuàng)新和開闊學(xué)生視野。此外，北航課程團隊在前期的建設(shè)中，在“愛課程”平臺建設(shè)了國家精品資源共享課，這些資源給工程圖學(xué)在線授課模式奠定了基礎(chǔ)。因此，在工程圖學(xué)在線教學(xué)實踐中，項目組結(jié)合工程圖學(xué)的課程特點，采用“SPOC+MOOC+直播答疑”三管齊下的授課形式進行教學(xué)，課件內(nèi)容提前錄播發(fā)放給學(xué)生，MOOC課程資源作為課程內(nèi)容的有利輔助，上課時段采用直播方式與學(xué)生在線進行實時討論。經(jīng)過多種平臺的對比，最終選用藍墨云班課平臺進行工程圖學(xué)在線教學(xué)的實踐，其不僅支持電腦端操作，也支持手機端操作，還具有很方便的課程資源組織、分類統(tǒng)計、消息通知、在線測試和輕直播功能，能夠滿足在線教學(xué)的要求。通過這種授課形式，學(xué)生可以隨時隨地從平臺中提前下載課件和相關(guān)資源，像在課堂上聽教師上課一樣進行課程學(xué)習(xí)，不受網(wǎng)絡(luò)條件和時間條件的限制，并且課后可以進行直播內(nèi)容的回放。

（二）在線課堂組織

學(xué)生的積極性和參與度是在線教學(xué)需要考慮的一個重要因素，教師除了要在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上吸引學(xué)生，還要根據(jù)學(xué)生反饋進行靈活的課程活動組織，引導(dǎo)學(xué)生參與課程的學(xué)習(xí)和討論。在實踐過程中，教師主要通過以下四步引導(dǎo)學(xué)生參與到每節(jié)在線課程的學(xué)習(xí)當(dāng)中，并通過平臺功能進行數(shù)據(jù)的反饋，做到心中有數(shù)，實時掌握學(xué)生動態(tài)。

1.教師利用微信群進行課程相關(guān)消息（如上課時間、上課流程及內(nèi)容、課程通知等）的實時發(fā)布。

2.教師利用云班課平臺的“簽到”功能以及課件資源的利用情況檢查學(xué)生的參與度，并利用微信進行提醒。

3.教師利用云班課平臺的“輕直播”功能，結(jié)合課程重點內(nèi)容，在直播區(qū)參考學(xué)生進度拋出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，一步步啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)當(dāng)次課的重點內(nèi)容;反之，學(xué)生如有疑問，可以在此進行答疑，同時通過獎勵經(jīng)驗值來提高學(xué)生的參與度。

此外，如果學(xué)生在上課時段沒有及時參與課程答疑和討論，也可以在課后查看課程討論內(nèi)容，避免了利用微信和QQ等工具答疑時需要“爬樓”才能定位相應(yīng)內(nèi)容，也避免了因?qū)W生進度不同，采用騰訊會議直播答疑不能保存，而錯過重點問題的討論，學(xué)生可以根據(jù)每次課的討論內(nèi)容進行回放查看。

4.利用云班課的“測試”功能，結(jié)合每節(jié)課課件內(nèi)容建立了測試題庫，利用每節(jié)課最后的10～20分鐘時間，邀請學(xué)生全員參加本節(jié)課主要內(nèi)容的測試，以檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，如圖1所示為隨堂測試學(xué)生的參與情況。

三、教學(xué)內(nèi)容組織與展示

工程圖學(xué)是以正投影原理為理論基礎(chǔ)，用二維圖形和符號來表達三維空間物體的一門學(xué)科。學(xué)生要進行三維的“形”與二維的“圖”之間互相轉(zhuǎn)換的思維活動，要有較強的空間想象能力。在課程內(nèi)容組織上，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)由教師引導(dǎo)學(xué)習(xí)每節(jié)課的知識點。在課程內(nèi)容展示上，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主要是教師以PPT為主，輔以板書、視頻和3D建模軟件演示等多種手段展示學(xué)習(xí)內(nèi)容，在課堂上能夠給學(xué)生建立起“形”與“圖”之間的關(guān)聯(lián)，使得學(xué)習(xí)更加直觀化和形象化，輔助學(xué)生進行思考。在工程圖學(xué)的在線教學(xué)過程中，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，如何組織課程內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生進行課程知識的學(xué)習(xí)，幫助“遙遠的”學(xué)生建立二維的“圖”與“形”之間的關(guān)聯(lián)，也是工程圖學(xué)在線教學(xué)的任課教師需要探索的問題。

在工程圖學(xué)的在線教學(xué)實踐過程中，項目組對教學(xué)內(nèi)容進行了知識點的梳理，構(gòu)建了扁平化的知識點組織結(jié)構(gòu)。該組織結(jié)構(gòu)建立了17個二級知識點以及110個細節(jié)知識點，包括圖學(xué)發(fā)展史、投影法、點的投影、直線投影、平面投影、點線面相對位置、投影變換、立體投影、直線與立體相交、平面與立體相交、立體與立體相交、復(fù)雜組合體構(gòu)形、軸測投影、機械制圖國標(biāo)、圖樣畫法、機械零件構(gòu)形與表達、裝配體構(gòu)形與表達等，如圖2所示。同時將課程內(nèi)容按照知識點進行碎片化處理，即按照課程的重點和難點進行課程內(nèi)容的再組織。再通過建立知識點結(jié)構(gòu)引導(dǎo)學(xué)生利用“碎片化”的時間來學(xué)習(xí)和鞏固知識點，進一步擴展了教學(xué)時間和空間，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率。在統(tǒng)一在線上課時段，學(xué)生則通過教師提前錄制的有聲PPT（其包含一節(jié)課所包含的多個知識點），再系統(tǒng)地進行當(dāng)次課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，從而取得良好的學(xué)習(xí)效果。

在課程內(nèi)容的設(shè)置和安排上，如何吸引學(xué)生，破除時空阻隔，提升線上教學(xué)的效率和效果，也是教師需要探索的問題。尤其是在學(xué)生的日常學(xué)習(xí)中，針對復(fù)雜題目，空間思維較弱的學(xué)生若沒有具體的情境支持，只憑空想象，往往很難建立起“形”與“圖”之間的關(guān)系，而不能很好地完成繪圖和讀圖任務(wù)。由此可知，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，幫助學(xué)生建立起“形”與“圖”之間的關(guān)聯(lián)，建立空間思維則顯得尤為重要。因此，在工程圖學(xué)在線教學(xué)的課件展示上，應(yīng)充分利用現(xiàn)代信息化手段開發(fā)“圖形兼?zhèn)洹钡碾娮诱n件，提升學(xué)生的教學(xué)體驗，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在使用的同時，也會思考其是如何實現(xiàn)的。

圖3為某零件二維工程圖樣，教師可要求學(xué)生根據(jù)此圖畫出其A向外形圖。由于該形體比較復(fù)雜，對有些學(xué)生來說，即使給出答案，也不能完全建立起該零件空間的形體概念。因此，我們制作了“形圖兼?zhèn)洹钡恼故拘问?，利用云班課平臺以鏈接或者二維碼形式進行發(fā)布，學(xué)生通過手機掃描二維碼或者電腦點開鏈接，無須安裝CAD軟件就可以直接查看該零件的三維模型并可以進行旋轉(zhuǎn)、平移、縮放和剖切等操作，如圖4所示。

為進一步提升學(xué)生的工程素質(zhì)，我們在在線教學(xué)實踐過程中，通過網(wǎng)絡(luò)云班課平臺將工程中或者課外相關(guān)的知識以鏈接形式推送給學(xué)生進行學(xué)習(xí)，比如將工程中數(shù)字化應(yīng)用的最新進展——基于模型定義以及數(shù)字孿生等相關(guān)的概念和應(yīng)用推送給學(xué)生，以擴展學(xué)生的工程視野。在講解螺紋連接件和鍵的畫法部分內(nèi)容時，將螺紋緊固件的加工過程和花鍵的工程應(yīng)用“鎖環(huán)式慣性同步器工作原理”推送給學(xué)生，如圖5所示;北航前期在“愛課程”平臺建設(shè)的國家精品資源共享課也以鏈接形式推送給學(xué)生。

通過豐富的多媒體課件資源，一方面可以吸引學(xué)生的興趣，另一方面也可以補充書面教材知識的不足，擴展學(xué)生獲取知識的深度和廣度，開闊學(xué)生的工程視野，給學(xué)生更多的思考空間，為學(xué)生的主動學(xué)習(xí)、研究學(xué)習(xí)和創(chuàng)新提供重要的資源保證。對于學(xué)生來說，也可以將其感興趣的內(nèi)容和鏈接在云班課平臺進行共享。

為了培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和創(chuàng)新的意識，在在線教學(xué)實踐過程中，我們結(jié)合教學(xué)內(nèi)容讓學(xué)生利用學(xué)習(xí)的AutoCAD軟件進行平面圖形構(gòu)形設(shè)計，并在在線課堂上進行展示和討論，如圖6為學(xué)生設(shè)計的關(guān)于“工程圖學(xué)”課程的標(biāo)志。

此外，在傳統(tǒng)的工程圖學(xué)的課堂教學(xué)中會有一個減速器測繪實踐的環(huán)節(jié)，但由于疫情學(xué)生無法在實驗室中完成，因此在在線教學(xué)中，可請學(xué)生利用日常生活中的物品進行測繪并完成建模，取得此環(huán)節(jié)的預(yù)期目標(biāo)，如圖7為部分學(xué)生測繪環(huán)節(jié)的實物和成果展示。

四、教學(xué)效果追蹤與反饋

課堂教學(xué)一般是通過課后作業(yè)和定期答疑以及測試等活動來反饋教學(xué)效果，或者利用課間或答疑時間向個別學(xué)生咨詢課程的接受情況，比較難達成教學(xué)效果的快速反饋。采用云班課平臺進行工程圖學(xué)的在線教學(xué)實踐以后，可以通過云班課平臺功能實現(xiàn)各種統(tǒng)計工作，如作業(yè)參與、課堂答疑、課堂測試、資源查看、出勤情況和調(diào)查問卷等，可以很方便快捷地形成全員的調(diào)查反饋，如圖8所示為某學(xué)生的學(xué)習(xí)匯總報告，圖9為某學(xué)生的測試結(jié)果。

通過這種快速的、全面的數(shù)據(jù)反饋，以及在線實時的交流互動，教師能夠及時了解學(xué)生動態(tài)，了解學(xué)生掌握知識內(nèi)容的情況，有利于做到因材施教，也能夠及時調(diào)整在線教學(xué)的課堂組織與講授節(jié)奏。同時，在課程在線教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，我們對某小班進行了一次調(diào)查問卷，和直播課程相比，90%的學(xué)生愿意使用這種模式進行在線課程的學(xué)習(xí)。同時，根據(jù)學(xué)生的反饋，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式在學(xué)生的心目中依然是不可替代的。新冠肺炎疫情防控期間，這門課程不得不采用完全在線的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生對這種教學(xué)模式也是從不適應(yīng)到逐步適應(yīng)。但疫情結(jié)束后，在工程圖學(xué)的課堂教學(xué)中可以輔以適當(dāng)?shù)脑诰€教學(xué)，通過混合式教學(xué)模式進一步擴展教學(xué)時間和空間，這也給工程圖學(xué)的傳統(tǒng)課堂教學(xué)帶來了改革和創(chuàng)新的機會。

五、結(jié)束語

通過工程圖學(xué)的在線教學(xué)實踐，我們認(rèn)識到，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)是不可或缺的，但其輔以適當(dāng)?shù)脑诰€教學(xué)可以進一步擴展教學(xué)時間和空間，有助于促進自主式學(xué)習(xí)、啟發(fā)式教學(xué)的實施，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)工程圖學(xué)的效率和效果，提升教學(xué)質(zhì)量。經(jīng)過實踐也發(fā)現(xiàn)，云班課平臺也有其不足之處，體現(xiàn)在計算機繪圖部分內(nèi)容的教學(xué)中，學(xué)生在實際建模操作時，如遇到操作問題，無法實時傳遞給教師。為此，在實踐過程中我們專門采用騰訊會議直播的形式進行答疑，對于網(wǎng)絡(luò)和電腦有限制的學(xué)生則采用云班課輕直播功能（學(xué)生邊錄制邊播放）進行答疑。這種雙管齊下的多平臺輔助方式的實施，取得了良好的教學(xué)效果。由此也可以看到，課程內(nèi)容的不同，學(xué)生反饋的不同，采用的方式和方法也不同，不能一概而論。但無論是傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，混合式教學(xué)模式還是在線教學(xué)模式，教師良好的課堂組織能力，豐富的課件內(nèi)容以及課后及時的反饋和響應(yīng)都是上好一門課的必備基礎(chǔ)，創(chuàng)新的教學(xué)方法融合現(xiàn)代信息技術(shù)是現(xiàn)代教學(xué)的發(fā)展趨勢。

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[收稿時間]2020-07-24

[基金項目]北京航空航天大學(xué)2019年校級重點教改項目，2017民機科研專項。

[作者簡介]于勇（1977—），女，黑龍江人，副教授，博士，研究方向：MBD數(shù)字化設(shè)計制造、數(shù)字孿生、產(chǎn)品全生命周期管理。

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