“工程圖學”混合式教學模式探索與實踐

于勇，陳甜甜，劉靜華，趙罡

[摘 要] 針對“工程圖學”課程教學，基于云班課平臺功能設計了混合式教學模式教學活動流程。聚焦教學活動組織、教學內(nèi)容重組和教學內(nèi)容呈現(xiàn)等三個方面進行“工程圖學”混合教學的實施。在教學實踐中，采用線下教師主導型的混合式教學模式，學生走上講臺翻轉(zhuǎn)課堂，針對不同教學內(nèi)容和反饋結(jié)果調(diào)整不同的授課方法，使得知識能夠有效傳遞和共享。通過“工程圖學”混合式教學的探索和實踐，可以看到創(chuàng)新的教學方法融合現(xiàn)代信息技術是現(xiàn)代教學的發(fā)展趨勢，混合式教學模式給“工程圖學”教學的深化改革和創(chuàng)新提供了思路。

[關鍵詞] 工程圖學;混合式教學;翻轉(zhuǎn)課堂;圖學教育;云班課

[基金項目] 2019年度北京航空航天大學校級重點教改項目“基于云班課平臺的工程圖學混合式教學模式探索”

[作者簡介] 于 勇（1977—），女，黑龍江大慶人，工學博士，北京航空航天大學機械工程及自動化學院副教授，主要從事MBD數(shù)字化設計制造、數(shù)字孿生建模技術研究;陳甜甜（1982—），女，上海人，工學博士，北京航空航天大學機械工程及自動化學院實驗師，主要從事幾何造型、CAD/CAM技術研究;劉靜華（1953—），女，遼寧新民人，工學碩士，北京航空航天大學機械工程及自動化學院教授，主要從事工程圖學、計算機圖形學及科學計算可視化技術研究。

[中圖分類號] G642;TB23 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）07-0117-04 [收稿日期] 2021-09-09

現(xiàn)代信息技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，改變了人類的生活方式，也推動了教育思維、教學模式、教學方法、教學工具和教學評估的變革和創(chuàng)新。知識的傳播路徑由單一轉(zhuǎn)向多元，在線網(wǎng)絡教學跨越時空限制擴展了教學時間和空間，但由于時空隔離、教學過程缺乏互動和反饋、教學質(zhì)量難以掌控等問題，導致目前還無法動搖傳統(tǒng)教學的穩(wěn)固地位。而混合式教學強調(diào)把傳統(tǒng)教學和在線教學的優(yōu)勢有機地融合起來，使二者優(yōu)勢互補，以學生為中心，以教師為主導，從而獲得最佳的學習效果。美國在1996—2008年，開展了關于現(xiàn)場教學、在線教學和混合式教學方面的實證研究，結(jié)果表明：混合學習是最有效的學習方式，混合式教學將成為未來教育的常態(tài)[1-3]。新冠肺炎疫情暴發(fā)以后，為了疫情防控，“工程圖學”課程的學習采用在線學習的模式，通過一整學期在線教學的實踐和傳統(tǒng)課堂教學實踐的對比發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡在線教學有其固有的優(yōu)勢，但傳統(tǒng)的課堂教學是不可替代的。因此，針對“工程圖學”課程教學，充分融合傳統(tǒng)教學和在線教學的優(yōu)勢，采用混合式教學模式進行教學探索和實踐，推進新工科背景下“工程圖學”教學的改革與創(chuàng)新。

一、混合式教學模式設計

傳統(tǒng)的“工程圖學”課堂教學中，課堂的組織模式以教師為主導，這種授課模式以“教”為主，學生處于“被動”地位，是一種單向的、間斷的課堂教學活動。由于課堂時間有限，學生的基礎也不同，教師的講授要面向全體學生，從而無法滿足學生的個性化需求。

疫情期間“工程圖學”在線教學過程中，教師采用“SPOC+MOOC+直播答疑”三管齊下的授課形式進行，課件內(nèi)容提前錄播發(fā)給學生，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生在線進行實時討論。但囿于時空限制和網(wǎng)絡條件限制，教師往往無法像現(xiàn)場教學一樣面對面地交流，因此，在課堂中加入了很多在線交流互動活動，例如在線答疑、隨堂測試等，從而也取得了良好的教學效果，也為后續(xù)的混合式課堂教學改革提供了良好素材。

混合式教學并非是傳統(tǒng)課堂教學和網(wǎng)絡在線教學的簡單疊加，從教學的物理特性來講，混合式教學模式可以分為三類：線下主導型;線上主導型;完全融合型。根據(jù)所采用的教學方法，混合式教學模式可以分為三類：以教師為主的講授式混合教學法;學生自主學習為主的自主式混合教學法;教師主導的交互協(xié)作式混合教學法[4]。進行混合教學設計時，需要針對不同的教學內(nèi)容調(diào)整不同的授課方法，合理組織教學活動，使得知識能夠有效傳遞，而學生能夠進行定制化學習進行知識自我重構(gòu)，從而達到最佳的教學效果。

在“工程圖學”課程混合式教學探索和實踐過程中，結(jié)合學生意愿和傳統(tǒng)“工程圖學”課堂教學與在線課堂教學經(jīng)驗，依托藍墨云班課平臺進行了線下教師主導型的混合式教學模式的探索，設計了“工程圖學”混合式教學活動流程，如圖1所示。在進行“工程圖學”混合式教學過程中，重點從以下三個方面入手進行探索和實踐。

（一）教學活動組織

混合式教學活動的組織充分結(jié)合傳統(tǒng)課堂教學和線上教學的優(yōu)勢，由教師主導教學活動的實施：（1）利用云班課平臺將下節(jié)課的知識點課程資源進行發(fā)布，讓學生進行知識點預習，學生可以在討論區(qū)將預習中碰到的問題進行討論，讓學生帶著問題上課，或針對預習情況進行在線測試。（2）根據(jù)討論和測試結(jié)果及時調(diào)整現(xiàn)場上課節(jié)奏，將授課內(nèi)容聚焦于重點、難點和有疑問的內(nèi)容上。此外，針對授課內(nèi)容的不同，請學生走上講臺進行講解，教師引導學生提問，往往更能夠帶動課堂氣氛，吸引學生興趣，取得良好的學習效果。（3）利用在平臺已經(jīng)建立的測試題庫，通過在線測試功能組織本次課程的自測，該環(huán)節(jié)可以在課堂上實施，也可以課后實施，以檢驗本次課程成效。（4）課后進行上課課件發(fā)布和布置作業(yè)活動，所有作業(yè)提交后，再通過平臺發(fā)布“形圖兼?zhèn)洹钡牧曨}解答，使學生加深對題目的理解，鞏固課程知識。（5）進行本次課程內(nèi)容相關拓展內(nèi)容的發(fā)布，可以包括提前錄制好的相關課程、相關研究進展和工程應用等資源進行本次課程知識的拓展，學生根據(jù)興趣和精力進行自主學習，自我進行知識重構(gòu)與思考。（6）創(chuàng)建課后答疑活動，不定期進行課程的調(diào)查問卷，收集學生問題、意見和建議，結(jié)合平臺數(shù)據(jù)的匯總和分析功能，重構(gòu)和調(diào)整課程資源和教學活動，反復迭代，從而達到良好的學習效果。

（二）教學內(nèi)容重組

針對“工程圖學”所講授內(nèi)容而言，目前章節(jié)組織已經(jīng)非常成熟，但僅把課件講義進行在線發(fā)布從實踐效果來看有兩個問題：一是課件講義一般是按90分鐘時間準備的，學生需要利用整塊的時間或花費較長時間進行預習，最終可能會導致學生沒有耐心完成整個預習環(huán)節(jié)。二是課件講義提前發(fā)放后，在現(xiàn)場授課環(huán)節(jié)，對某些學生來說，可能會沒有那種新奇感，導致上課走神。因此在進行課程設計過程中，將如何提高學生的預習效率作為焦點。在“工程圖學”混合式教學設計環(huán)節(jié)，對教學內(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個二級知識點及110個細節(jié)知識點，包括圖學發(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、復雜組合體構(gòu)形、軸測投影、機械制圖國標、圖樣畫法、機械零件構(gòu)形與表達、裝配體構(gòu)形與表達等。

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。通過預發(fā)布引導學生預習知識點內(nèi)容，一方面使得學生在預習環(huán)節(jié)意猶未盡，帶著進一步“求知”的態(tài)度進行課堂學習;另一方面學生可以利用“碎片化”時間，而非整塊的時間來預習和鞏固知識點，從而提升學生預習環(huán)節(jié)的參與率，擴展了教學時間和空間。課堂上教師加以引導和重點講解，把知識“點”穿成“線”，進一步加深和鞏固課程內(nèi)容知識，提高學習質(zhì)量。

（三）課程資源呈現(xiàn)

“工程圖學”的目標是幫助學生建立起二維的“圖”與三維的“形”之間的關聯(lián)。然而針對復雜題目，即使給出答案，對于空間思維較弱的學生若沒有具體的情境支持，往往只憑空想象，很難建立起“形”與“圖”之間的關系，所以不能很好地完成繪圖和讀圖任務。因此，在線發(fā)布的課程資源除了包含靜態(tài)的文本資源（如Word、PDF、PPT、模型文件等）、視頻、音頻和鏈接等。在混合式教學模式探索中，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，幫助學生建立起“形”與“圖”之間的關聯(lián)，一方面可以提升學生的教學體驗，激發(fā)學生學習興趣，另一方面學生在使用的同時，也會思考是如何實現(xiàn)的，學生會在課后查找相關資料，從而擴展課程知識。在“工程圖學”混合式教學實踐過程中，利用云班課平臺以鏈接或者圖片形式進行答案發(fā)布，如圖2所示通過二維碼建立起二維圖與形之間的關聯(lián)。學生通過手機掃描二維碼，無需安裝CAD軟件就可以用手機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。

二、混合式教學模式實踐

在實踐過程中，使用藍墨云班課在線教學平臺按照教學設計步驟進行“工程圖學”混合式教學的實施。（1）利用平臺的“簽到”功能及課件資源的利用情況檢查學生的參與度。（2）建立“輕直播”和“答疑”活動，進行實時在線和離線答疑并能按主題記錄下來。（3）基于所構(gòu)建的測試題庫，針對每節(jié)課內(nèi)容進行自測，以檢驗學生掌握情況。（4）課程資源和課外擴展資源的多種展現(xiàn)形式，學生成果的展示和分享，使學生可以利用“碎片化”的時間來學習和鞏固知識點，補充書面教材知識的不足，擴展學生獲取知識的深度和廣度，擴展學生的工程視野，給學生更多的思考空間，為學生的主動學習、研究學習和創(chuàng)新提供重要的資源保證。（5）翻轉(zhuǎn)課堂，讓學生走上講臺，教師引導教學實施，一方面考查學生掌握知識的程度，鍛煉學生的表達能力，成為其他學生的榜樣和示范，增強全體學生的注意力;另一方面也可以從學生視角來觀察課程內(nèi)容的表達和學生的反應，促進后續(xù)教學的改進。（6）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，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，從而可以形成全員的調(diào)查反饋，及時發(fā)現(xiàn)教學中出現(xiàn)的問題，從而可以快速響應和及時調(diào)整。在經(jīng)歷了一學期完整的傳統(tǒng)課堂教學和一學期網(wǎng)絡在線學習之后，在學生中進行一次調(diào)查問卷，某小班51人參與調(diào)查問卷，33%的學生期望采用傳統(tǒng)的課堂教學，12%的學生期望線上教學，55%的學生期望混合式教學。由此可見，混合式教學模式滿足大多數(shù)學生的意愿。在課程實踐過程中，也調(diào)查了學生走上講臺的看法和意愿，大多數(shù)學生認為翻轉(zhuǎn)課堂增加了學生的聽課興趣、鍛煉了表達能力和知識點的深入掌握，同時也激發(fā)了自己的學習動力;10%的學生認為不好，原因是個別學生在講臺上知識點表達不清楚;69%的學生愿意走上講臺鍛煉自己的能力。

結(jié)語

通過“工程圖學”混合式教學的探索和實踐，可以看到傳統(tǒng)的課堂教學是不可或缺的，但其輔以適當?shù)脑诰€教學進行混合式的教學模式可以進一步擴展教學時間和空間，有助于促進自主式學習、啟發(fā)式教學的實施，有助于提高“工程圖學”學習效率和效果，提升教學質(zhì)量。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，課程內(nèi)容的不同，學生反饋的不同，采用的教學方式和方法也不同，不能一概而論。但無論是傳統(tǒng)課堂教學模式、混合式教學模式，還是在線教學模式，教師良好的課堂組織，開發(fā)豐富的課件內(nèi)容以及課后及時的反饋和響應都是上好一門課、進行深度學習、提高實際教學效果[3，5]的必備基礎，創(chuàng)新的教學方法融合現(xiàn)代信息技術是現(xiàn)代教學的發(fā)展趨勢。

參考文獻

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[3]湯勃，孔建益，曾良才，等.“互聯(lián)網(wǎng)+”混合式教學研究[J].高教發(fā)展與評估，2018，34（3）：90-99.

[4]馮曉英，王瑞雪，吳怡君.國內(nèi)外混合式教學研究現(xiàn)狀述評——基于混合式教學的分析框架[J].遠程教育雜志，2018（3）：13-24.

[5]李利，高燕紅.促進深度學習的高?；旌鲜浇虒W設計研究[J].黑龍江高教研究，2021（5）：148-153.

Exploration and Practice of Mixed Teaching of “Engineering Graphics”

YU Yong1，2， CHEN Tian-tian1， LIU Jing-hua1， ZHAO Gang1，3

（1. School of Mechanical Engineering and Automation， Beihang University， Beijing 100191， China; 2. Beijing Engineering Technological Research Center of High-efficient & Green CNC Machining Process， Beijing 100191， China; 3. Key Laboratory of Intelligent Manufacturing of Aviation High-end Equipment， Ministry of Industry and Information Technology， Beijing 100083， China）

Abstract：Aiming at the teaching of “Engineering Graphics”， this paper designs a mixed teaching mode based on the cloud class platform. In teaching practice， we adopt the mixed teaching mode dominated by offline teachers. Students go to the podium to flip the classroom， and adjust different teaching methods according to different teaching contents and feedback results， so that knowledge can be effectively transmitted and shared. Through the exploration and practice of “Engineering Graphics” hybrid teaching， we can see that innovative teaching methods and the integration of modern information technology are the development trend of modern teaching. The mixed teaching mode provides ideas for the deepening reform and innovation of “Engineering Graphics” teaching.

Key words： Engineering Graphics; mixed teaching; flipped classroom; graphic education; cloud class