新冠肺炎疫情下機(jī)械原理課程在線教學(xué)探索

張洪申　吳海濤　何家寧

［摘 要］高等教育是現(xiàn)代化教育的重要組成部分，是人才培養(yǎng)中最為重要的一環(huán)。新冠肺炎疫情影響了高校的教育和教學(xué)工作。在教育部“停課不停教、停課不停學(xué)”的號(hào)召下，機(jī)械原理課程開展了線上教學(xué)。文章從機(jī)械原理課程的特點(diǎn)著手，綜合分析了幾類在線教學(xué)工具，結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況選擇適宜的教學(xué)模式，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)管理等角度調(diào)整了教學(xué)設(shè)計(jì)，并對(duì)在線教學(xué)效果進(jìn)行了深入分析，探索了該課程的在線教學(xué)方式和方法，為該課程的線上教學(xué)提供了參考。

［關(guān)鍵詞］機(jī)械原理；在線教學(xué)；教學(xué)設(shè)計(jì)；教學(xué)效果

［中圖分類號(hào)］ G642.3 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2022）09-0033-05

一、緒論

高等教育是現(xiàn)代化教育的重要組成部分，是人才培養(yǎng)中最為重要的一環(huán)。為全面提升高校本科專業(yè)及課程建設(shè)質(zhì)量，2019年，教育部先后啟動(dòng)了一流本科專業(yè)建設(shè)“雙萬計(jì)劃”，一流本科課程“雙萬計(jì)劃”[1-2]，旨在全面推動(dòng)本科專業(yè)及課程建設(shè)。新冠肺炎疫情全面影響到人們的生產(chǎn)和生活，教育也概莫能外。教育部要求采取政府主導(dǎo)、高校主體、社會(huì)參與的方式，共同實(shí)施并保障高校在疫情防控期間的在線教學(xué)，實(shí)現(xiàn)“停課不停教、停課不停學(xué)”[3]。為響應(yīng)教育部的號(hào)召，2020年春季學(xué)期機(jī)械原理課程革新了教學(xué)方式，理論教學(xué)全面實(shí)施了線上教學(xué)。

機(jī)械原理課程是高等院校面向機(jī)械工程、交通工程、航空機(jī)械等相關(guān)專業(yè)開設(shè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)課。該課程為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課起到承前啟后的作用[4]，旨在通過機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)及機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)等內(nèi)容的學(xué)習(xí)[5]，培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械原理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生今后從事不同行業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的研究、設(shè)計(jì)、加工制造和運(yùn)維等奠定基礎(chǔ)[6]。該課程也是機(jī)械專業(yè)大學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)培養(yǎng)的重要組成部分。

按照教學(xué)要求，課程采取了在線教學(xué)的模式。文章從課程特點(diǎn)著手，對(duì)不同在線教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行了對(duì)比分析，依據(jù)在線教學(xué)要求調(diào)整并優(yōu)化了教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生課程學(xué)習(xí)及考核結(jié)果進(jìn)行了分析，為開展機(jī)械原理課程線上教學(xué)或混合教學(xué)提供參考。

二、課程特點(diǎn)

作為機(jī)械工程、車輛工程等大機(jī)械類專業(yè)的必修技術(shù)基礎(chǔ)課，機(jī)械原理課程涵蓋常見機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)內(nèi)容，具有涵蓋知識(shí)點(diǎn)多、理論性強(qiáng)且內(nèi)容分散等特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下幾方面。

1.課程涵蓋知識(shí)點(diǎn)廣泛。該課程研究有關(guān)機(jī)械的基本理論問題，涵蓋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、受力分析，機(jī)械的效率、自鎖、平衡、運(yùn)轉(zhuǎn)及速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)，平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、齒輪系、工業(yè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)、其他常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算以及機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)等內(nèi)容，基本概念及知識(shí)點(diǎn)眾多[7-8]。

2.課程涵蓋內(nèi)容理論性較強(qiáng)。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、受力分析及設(shè)計(jì)中，包含理論分析內(nèi)容較多，需要學(xué)習(xí)者具備一定的高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)。如在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析中，做構(gòu)件的位移、速度及加速度和角位移、角速度和角加速度等運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，離不開科氏加速度、復(fù)數(shù)和矩陣?yán)碚摰攘W(xué)和高等數(shù)學(xué)知識(shí)。在做機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及速度波動(dòng)調(diào)節(jié)分析中，機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程的建立又以機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等力學(xué)以及微積分變換等高等數(shù)學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)。

3.課程內(nèi)容較為分散。機(jī)械原理課程不僅涵蓋內(nèi)容較多，而且各部分內(nèi)容之間又具有一定的獨(dú)立性，內(nèi)容較為分散。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)部分，包括平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等常見機(jī)構(gòu)，各部分之間關(guān)聯(lián)性較弱，內(nèi)容多且分散，需要學(xué)生逐一展開學(xué)習(xí)，難度較大。

三、在線教學(xué)平臺(tái)分析及使用

機(jī)械原理的教學(xué)涉及大量的機(jī)構(gòu)、零件及機(jī)械三維模型演示，同時(shí)還涉及大量公式推導(dǎo)，在線課堂上需能滿足實(shí)時(shí)互動(dòng)和板書撰寫的需求。因此，采用適宜的在線教育平臺(tái)開展教學(xué)，是保證教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在正式開課前，團(tuán)隊(duì)教師對(duì)SPOC、騰訊課堂（極速版）、騰訊會(huì)議、QQ群、雨課堂等在線教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行了試用，并進(jìn)行了對(duì)比分析，見表1[9]。最終選擇“騰訊課堂+雨課堂+QQ群+SPOC”混合模式作為課堂在線教學(xué)方式。

在采用的“騰訊課堂+雨課堂+QQ群+SPOC”混合模式中，“騰訊課堂”作為主要的實(shí)時(shí)在線教學(xué)平臺(tái)，“雨課堂”“QQ群”和“SPOC”作為輔助平臺(tái)。課前，教師通過雨課堂和QQ群的“公告”功能發(fā)布上課通知及課前預(yù)習(xí)內(nèi)容，確保每位學(xué)生都能收到通知，保證學(xué)生按時(shí)上課。同時(shí)，通過SPOC平臺(tái)發(fā)布對(duì)應(yīng)MOOC視頻及課件[10]，引導(dǎo)和督促學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)。課堂上，以騰訊課堂為載體，通過其“屏幕共享”功能分享屏幕，呈現(xiàn)教學(xué)課件及視頻等教學(xué)材料；同時(shí)，教師通過啟用雨課堂進(jìn)行界面共享，讓學(xué)生通過掃描雨課堂二維碼實(shí)現(xiàn)簽到。此外，通過騰訊課堂“舉手”功能，實(shí)現(xiàn)師生實(shí)時(shí)語音互動(dòng)，彌補(bǔ)雨課堂只能彈幕反饋的短板，也可通過雨課堂“隨機(jī)點(diǎn)名”功能，實(shí)時(shí)和學(xué)生互動(dòng)，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。課后，學(xué)生通過QQ群或微信群進(jìn)行課堂信息反饋和實(shí)時(shí)互動(dòng)交流，這便于教師及時(shí)解答學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的疑惑或困難；同時(shí)學(xué)生可以通過查看騰訊課堂視頻回放、SPOC教學(xué)平臺(tái)的MOOC視頻等教學(xué)材料，查漏補(bǔ)缺，完成教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)。教師通過查看雨課堂或QQ群布置作業(yè)，學(xué)生完成作業(yè)后實(shí)時(shí)上傳，教師通過作業(yè)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并制訂下一步教學(xué)計(jì)劃。

四、教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

近年來，為保障大學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力及綜合素質(zhì)的提升，各高校技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課程教學(xué)學(xué)時(shí)與學(xué)分不斷壓縮[11]。目前，昆明理工大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我?！保C(jī)械原理課程共安排64學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)58學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)。課程選取西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理與機(jī)械零件教研室孫恒等編著、高等教育出版社出版的《機(jī)械原理》為教材，該教材內(nèi)容豐富，涵蓋常用機(jī)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)分析等機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)，共計(jì)14章內(nèi)容。內(nèi)容多、課時(shí)少，如何在有限的課時(shí)中保質(zhì)保量完成課程教學(xué)任務(wù)，是本課程面臨的重大挑戰(zhàn)。

針對(duì)這一情況，結(jié)合機(jī)械工程、車輛工程等專業(yè)需求和學(xué)生學(xué)習(xí)情況，任課教師依據(jù)教學(xué)大綱對(duì)機(jī)械原理教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)組織形式進(jìn)行了梳理和優(yōu)化，詳見表2。

從表2可以看出，教學(xué)中對(duì)機(jī)械原理教學(xué)要求內(nèi)容做到了全覆蓋，對(duì)于基礎(chǔ)且適用范圍較廣的內(nèi)容進(jìn)行深入講解，在授課過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生通過課堂討論激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外，對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的或部分拓展內(nèi)容，則采取“課堂引導(dǎo)+學(xué)生自學(xué)”的方式開展。如其他齒輪簡(jiǎn)介所含內(nèi)容較為簡(jiǎn)單，只介紹了基本概念，學(xué)生自行閱讀學(xué)習(xí)即可；再如第12章其他常用機(jī)構(gòu)部分，簡(jiǎn)要介紹了棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、擒縱機(jī)構(gòu)等用途相對(duì)較為特殊的機(jī)構(gòu)，教師在課后通過雨課堂、班級(jí)QQ群、微信群以及SPOC在線平臺(tái)發(fā)布相應(yīng)學(xué)習(xí)材料，引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)即可。上述教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方式，在有限的課堂教學(xué)時(shí)限內(nèi)，既完成了規(guī)定內(nèi)容的教學(xué)，又培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、拓展了學(xué)生的視野。

（二）教學(xué)過程設(shè)計(jì)及管理

1.教學(xué)過程設(shè)計(jì)

科學(xué)的教學(xué)過程設(shè)計(jì)及管理是取得良好教學(xué)效果的前提和重要保證。課前教師通過雨課堂和QQ群發(fā)布上課信息和課前預(yù)習(xí)內(nèi)容，通過SPOC平臺(tái)發(fā)布對(duì)應(yīng)的MOOC視頻及課件，引導(dǎo)和督促學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)。在課堂教學(xué)中，為防止因?qū)W生長(zhǎng)時(shí)間觀看手機(jī)、電腦等設(shè)備屏幕產(chǎn)生倦怠，教師每隔15分鐘左右就會(huì)通過雨課堂或騰訊課堂隨機(jī)點(diǎn)名提問、舉手連麥互動(dòng)，或開展隨機(jī)課堂小測(cè)驗(yàn)等進(jìn)行師生互動(dòng)，在消除學(xué)生學(xué)習(xí)困倦的同時(shí)，了解學(xué)生實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)情況。課后，師生通過QQ群或微信群進(jìn)行互動(dòng)交流，教師及時(shí)解答學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的疑惑或困難；教師通過雨課堂或QQ群布置作業(yè)，學(xué)生通過查看SPOC教學(xué)平臺(tái)的MOOC視頻等教學(xué)材料，查漏補(bǔ)缺，完成教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)和課后作業(yè)。

2.教學(xué)管理

教學(xué)組織管理主要包括課前管理、課堂管理和課后拓展三個(gè)環(huán)節(jié)。

（1）課前管理。在課前管理中，教師通過雨課堂、SPOC教學(xué)平臺(tái)發(fā)布MOOC視頻、課件、參考文獻(xiàn)等學(xué)習(xí)材料，盡量做到QQ隨時(shí)在線，及時(shí)解答學(xué)生關(guān)于上課和課前預(yù)習(xí)中的各類問題，增進(jìn)師生之間的相互交流。

（2）課堂管理。為讓學(xué)生更好地適應(yīng)在線教學(xué)環(huán)境，教師在教學(xué)過程中應(yīng)盡可能多地開啟視頻模式，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課堂討論，并在討論時(shí)開啟視頻，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的真實(shí)感。為提升學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性，教師通過課前掃碼簽到、課堂隨機(jī)點(diǎn)名等引導(dǎo)和督促學(xué)生。同時(shí)，教師依據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，在每節(jié)課互動(dòng)環(huán)節(jié)中設(shè)置若干互動(dòng)問題，并做好時(shí)間設(shè)置。

（3）課后拓展。課后，教師指導(dǎo)學(xué)生開展課堂未講授部分內(nèi)容學(xué)習(xí)，并引導(dǎo)學(xué)生查閱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等專題報(bào)告或論文，讓學(xué)生了解機(jī)械研究的最新動(dòng)態(tài)，拓展學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)的廣度和深度。

五、線上教學(xué)效果分析

一個(gè)學(xué)期下來，借助“騰訊課堂+雨課堂+QQ群+SPOC”混合教學(xué)模式，機(jī)械原理課程理論教學(xué)初次全程采用線上教學(xué)（課程實(shí)驗(yàn)為返校后補(bǔ)做）。從考核結(jié)果來看，教學(xué)效果不盡如人意。下面從課堂出勤、課堂教學(xué)、期末考核等三個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)分析。

課堂出勤。本課程線上教學(xué)整體出勤率不高，平均不到90%。主要原因是線上教學(xué)的初始階段，相當(dāng)一部分學(xué)生由于網(wǎng)絡(luò)不通暢或者電子設(shè)備故障等原因，未能按時(shí)上課。課程教學(xué)中期上述問題才得以解決，影響了班級(jí)的整體出勤率，也在很大程度上影響了這一部分學(xué)生的學(xué)習(xí)及考核結(jié)果。

課堂教學(xué)。主要從教師基本能力、學(xué)生學(xué)習(xí)能力和教師課堂管理等方面衡量課堂教學(xué)情況。從匿名問卷調(diào)查結(jié)果來看，在教師基本能力方面，53名學(xué)生（有效上課人數(shù)）對(duì)教師在線教學(xué)中是否善于啟發(fā)學(xué)生思維、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)作（實(shí)算）能力滿意度反饋如圖1所示，認(rèn)為非常好的比例為79.25%，1.89%的學(xué)生認(rèn)為一般；在任課教師在線課堂教學(xué)中能否做到突出重點(diǎn)、化解難點(diǎn)、講授熟練及清晰透徹方面的反饋如圖2所示，認(rèn)為非常好的比例為83.02%，較好的比例為16.98%。上述方面整體反映出學(xué)生對(duì)教師是比較認(rèn)可的。

在學(xué)生學(xué)習(xí)能力方面，學(xué)生在是否按時(shí)在線上課并認(rèn)真積極完成課后作業(yè)等方面的反饋如圖3所示，認(rèn)為做得非常好的比例只有58.49%，即超過四成的學(xué)生認(rèn)為自己在這方面做得不是很好，該情況與出勤和作業(yè)反饋情況一致。另外，在自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)能力方面的反饋如圖4所示，非常好的比例為33.96%，32.08%的學(xué)生認(rèn)為自己一般，1.89%的學(xué)生認(rèn)為自己基礎(chǔ)很差。從上課情況來看，主要表現(xiàn)在學(xué)生對(duì)力學(xué)及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)遺忘較多，這在一定程度上影響了本課程的學(xué)習(xí)效果。

在教師課堂管理方面，學(xué)生在任課教師在線教學(xué)中是否保持精神飽滿，聲音是否洪亮方面的反饋如圖5所示，認(rèn)為做得非常好的比例為92.45%，這說明大多數(shù)學(xué)生認(rèn)可教師授課的精神風(fēng)貌等基本情況。另外，教師與學(xué)生課堂互動(dòng)方面，學(xué)生認(rèn)為非常好和較好的比例為84.90%，15.09%的學(xué)生認(rèn)為一般。這從一定程度上反映出，師生的課堂互動(dòng)還應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)。另外，從調(diào)查和學(xué)生的日常反饋中筆者得出，學(xué)生更喜歡通過QQ群或雨課堂文本交流的方式與教師溝通，可能這是由于機(jī)械類專業(yè)學(xué)生相對(duì)內(nèi)向和含蓄一些。該方式較語音或視頻溝通，效率較低。

從圖6 可以看出，該班期末考核成績(jī)很不理想，成績(jī)良好的學(xué)生只占班級(jí)人數(shù)的2%，而不及格比例約占53%，其中45～59分占比29%，45分以下占比24%。究其原因，主要存在以下幾方面問題。

第一，教師教學(xué)調(diào)整力度還應(yīng)進(jìn)一步加大。本課程第一次采用完全線上教學(xué)模式，需要教師在教學(xué)方案設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容調(diào)整、教學(xué)方式變革、學(xué)情監(jiān)控等方面深入研究，充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)生動(dòng)力。

第二，學(xué)風(fēng)建設(shè)還需常抓不懈。受限于網(wǎng)絡(luò)等客觀因素，教師難以通過視頻實(shí)時(shí)觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，加之課程安排在周一上午第一、二節(jié)課，部分學(xué)生上課狀態(tài)不是很好，甚至有個(gè)別學(xué)生躺著通過手機(jī)聽課，學(xué)習(xí)效果難以保證。同時(shí)，上課中個(gè)別學(xué)生雖然顯示在線，但是人在做其他事情，即便是教師點(diǎn)名實(shí)時(shí)互動(dòng)，經(jīng)常以網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不好或是設(shè)備故障等為借口，未能有效參與到課堂學(xué)習(xí)及互動(dòng)中。

第三，網(wǎng)絡(luò)等外在因素的影響。個(gè)別學(xué)生家庭所在地偏遠(yuǎn)，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不好，導(dǎo)致不能按時(shí)、保質(zhì)保量完成學(xué)習(xí)任務(wù)，進(jìn)而影響學(xué)習(xí)效果。

第四，疫情影響實(shí)驗(yàn)及考試安排。課程實(shí)驗(yàn)是輔助教和學(xué)的重要環(huán)節(jié)，但是受疫情等外在因素影響，此次實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在所有理論教學(xué)完成之后才開展，一定程度上影響了理論教學(xué)效果。此外，從理論教學(xué)完成到考試間隔一個(gè)月時(shí)間，時(shí)間長(zhǎng)了以后學(xué)生反而將很多內(nèi)容忘記了。在該時(shí)間段內(nèi)穿插學(xué)生健康檢查、返校等諸多其他事項(xiàng)，未能再安排線下教學(xué)輔導(dǎo)，學(xué)生亦未能全心復(fù)習(xí)，這也是影響考核成績(jī)的重要原因。

此外，還存在部分學(xué)生復(fù)習(xí)不仔細(xì)，對(duì)許多問題一知半解，盲目自信，基礎(chǔ)理論和知識(shí)掌握不扎實(shí)，在考試中遇到熟悉題型，覺得會(huì)，但是卻無從下手，導(dǎo)致考核結(jié)果不理想。

六、結(jié)論

新形勢(shì)下，如何開展機(jī)械原理課程的在線或線上線下混合教學(xué)，是廣大機(jī)械類基礎(chǔ)課程教師面臨的重大課題。筆者從教學(xué)模式、教學(xué)設(shè)計(jì)等方面著手，對(duì)機(jī)械原理課程在線教學(xué)進(jìn)行了探索，為該課程的線上教學(xué)提供了參考。由于該課程理論教學(xué)首次采用在線教學(xué)模式，從考核結(jié)構(gòu)來看，效果并不理想，其原因涉及教師教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)平臺(tái)支持和學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)氣等多方面。

綜合而言，機(jī)械原理課程線上教學(xué)的順利開展，需要教師依據(jù)課程特點(diǎn)綜合研判各類在線教學(xué)工具，結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況選擇適宜的教學(xué)模式，同時(shí)要全面調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)管理等教學(xué)設(shè)計(jì)，并根據(jù)教學(xué)進(jìn)程中課堂反饋、學(xué)情變換等實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)過程，從課前準(zhǔn)備、課堂互動(dòng)、課后拓展等環(huán)節(jié)著手，積極引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的學(xué)習(xí)觀，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而提高課程教學(xué)質(zhì)量。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：陳 明］