互聯(lián)網(wǎng)背景下高?！皺C械設計”線上授課方法實踐與探討

王曉邦 孫昌國 劉志杰

摘 ?要：隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字技術(shù)的爆發(fā)式發(fā)展，遠程線上授課方式逐漸成為高等學校保證相關(guān)課程教學連續(xù)性的有效途徑。文章以大連海事大學“機械設計”課程線上教學為例，分析了遠程線上授課方式的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，研究了互聯(lián)網(wǎng)背景下機械設計課程線上直播授課方式前期準備、過程實施等方面的實踐方法，分析了機械設計課程遠程線上授課過程面臨的技術(shù)與方法難題，提出互聯(lián)網(wǎng)背景下線上教學模式改進措施與意見，旨在提高遠程線上授課效率與質(zhì)量，為一類高校課程線上授課過程提供有價值的借鑒與指導。

關(guān)鍵詞：線上授課；機械設計；教學方法；互聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：G642.0 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1673-7164（2022）26-0098-05

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與相關(guān)智能設備的快速發(fā)展，導致現(xiàn)有的高等教育方法和途徑發(fā)生了重大變革，線上授課由于可以在任何時間與地點靈活開展，逐漸成為保證高校教學連續(xù)性的有效手段。線上授課可以通過虛擬教室、視頻會議、社交工具等應用程序?qū)崿F(xiàn)教師與學生之間的實時遠程互動，一定程度地保證了高校正常的教學進度與要求。在此背景下，針對相關(guān)課程探索適宜的線上教學方法成為當前高等教育改革的必然趨勢［1］。

“機械設計”課程是培養(yǎng)學生機械設計能力的設計性課程，是工科學生學習和掌握各類型機械中通用零部件的基本知識和設計方法的技術(shù)基礎課。課程在教學內(nèi)容方面著重基本知識、基本理論和基本設計方法的講解，在培養(yǎng)實踐能力方面著重設計構(gòu)思和基本設計技能的訓練?；谝陨吓囵B(yǎng)目標，機械設計授課過程必須采用理論與實踐相結(jié)合的教學模式進行，讓學生從工程實踐中充分而深刻地理解理論基礎知識。然而，在互聯(lián)網(wǎng)背景下廣泛開展的線上授課方式由于缺乏行之有效的師生互動方式、身臨其境的實踐環(huán)節(jié)等，對注重理論聯(lián)系實踐的機械設計授課過程提出了極大的挑戰(zhàn)。本研究以大連海事大學機械設計課程為例，基于2020年4月以來的線上教學經(jīng)驗，探究機械設計課程線上授課的實踐方法，分析線上授課過程所面臨的關(guān)鍵問題，提出互聯(lián)網(wǎng)背景下提高機械設計課程線上授課質(zhì)量的措施與建議，為其他類型高校課程提供借鑒。

一、線上授課的發(fā)展與現(xiàn)狀

（一）線上授課的發(fā)展歷程

線上授課最早可以追溯到19世紀，課程主要面向身處偏遠地區(qū)無法到校上課的學生［2］。20世紀50年代，隨著二戰(zhàn)結(jié)束，世界主要經(jīng)濟體迎來了經(jīng)濟高速發(fā)展階段，對掌握相關(guān)工程技術(shù)與理論知識的人才需求量愈發(fā)龐大。為迎合經(jīng)濟發(fā)展需求，相關(guān)大學甚至高中面向由于社會或經(jīng)濟原因無法深造的群體，開發(fā)了一種“開放大學”形式的遠程在線授課項目。開放大學授課方式通過不斷發(fā)展，逐漸成為當時較為典型的授課方式，在高峰期，有的教學單位每年的報名學習人數(shù)高達幾十萬人［3］。20世紀70年代，“終身學習”“終身教育”等相近的學習理念逐漸成為相關(guān)國家線上授課發(fā)展的主要動力，得到包括聯(lián)合國教科文組織、國際經(jīng)合組織、歐盟等相關(guān)機構(gòu)的大力倡導［4］。1996年，聯(lián)合國教科文組織與國際經(jīng)合組織分別發(fā)布報告［5］，分析了授課方式多樣化對世界各國（地區(qū)）經(jīng)濟、政治、文化等方面的關(guān)鍵影響，強調(diào)開展包括線上授課等在內(nèi)的遠程教育方式的積極作用。

進入21世紀后，在線授課的概念隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)了一些新的定義。在線授課不僅可以在學校、專業(yè)培訓機構(gòu)等正式場合實現(xiàn)，還可以在電視廣播、互聯(lián)網(wǎng)等虛擬環(huán)境中進行，突破了傳統(tǒng)時空約束。最為典型的是由20世紀50年代的“開放大學”模式發(fā)展而來大規(guī)模在線開放課程（Massive Online Open Courses，MOOC），即慕課模式。世界上第一批慕課于2012年源于由麻省理工學院開放課程項目引發(fā)的開放教育資源（Open Educational Resources，OER）運動［6］，自此，世界各地高校相繼開設了擁有自己獨特風格的慕課課程，包含幾乎所有的專業(yè)理論課程與技術(shù)培訓課程。近幾年，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能移動設備的普及與發(fā)展，品類繁多的社交平臺、授課軟件、學習工具更加開闊地打開了在線授課學習的大門，使得在線授課與在線學習變得更加簡單易行。

（二）互聯(lián)網(wǎng)背景下線上授課的實踐現(xiàn)狀

2020年后，世界范圍內(nèi)的大多數(shù)國家的大中小學校大規(guī)模地開展在線教學任務，激發(fā)了在線授課方法與方式的爆發(fā)式發(fā)展［7］。以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表的新方式與新渠道被廣泛地認為是線上授課的最佳解決方案。利用互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字技術(shù)，當前可行的在線授課形式主要包括在線異步授課與在線同步授課。在線異步授課與傳統(tǒng)慕課形式相似，并不需要學生保持同步在場，學生可以隨時訪問互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁等資源進行課程觀看，具有較高的授課靈活性與可重復性。典型的在線異步授課方式包括慕課、微課、網(wǎng)易公開課、騰訊課堂等。相對應的，在線同步授課方式要求學生必須同步在線聽課，主要方式可以采取線上視頻會議、線上直播等途徑進行，主要的特點是學生和教師可以實現(xiàn)實時的互動與交流，從而保證相對較高的授課質(zhì)量。實現(xiàn)在線同步授課的關(guān)鍵是選用合適的實時授課工具，現(xiàn)階段較為成熟的在線同步授課工具包括超星直播、雨課堂、釘釘直播、騰訊課堂、騰訊會議、ZOOM、QQ、ClassIn等［8］。

上述的在線同步授課工具可以歸為兩大類，分別是單向視頻方式與雙向視頻方式。單向視頻方式在線同步授課工具主要有騰訊課堂、QQ、雨課堂等，主要特點是學生可以以視頻方式看到教師，但教師無法看到學生，本質(zhì)是一種單向的展示性授課方式。該種授課方式對上課人數(shù)并無限制，互動方式多采用文本討論（聊天）的方式進行，也有個別工具可以實現(xiàn)在線點名發(fā)言功能，邀請學生進行語音發(fā)言，如騰訊課堂等。單向視頻授課工具一般采用共享屏幕呈現(xiàn)講義，可以實現(xiàn)PPT翻頁、視頻播放等功能。

雙向視頻授課方式主要特點是利用雙向攝像頭實現(xiàn)教師與學生之間的實時視頻互動與語音對話，常見的授課工具有釘釘直播、ClassIn、騰訊會議、ZOOM等。通過雙向視頻方式，教師會相對直觀地獲取學生的面部表情，由此判斷學生對講解內(nèi)容的理解程度，從而更好地把握授課進程，合理調(diào)整教學行為。不僅如此，雙向視頻授課方式中，教師可以利用學生端的攝像頭開展豐富多彩的互動環(huán)節(jié)，增強在線授課的學生參與度。由于雙向視頻授課方式直接采用視頻互動，因此可以采用真實物理講義（如黑板、書籍等）進行授課，也可以采取屏幕共享的方式實現(xiàn)講義呈現(xiàn)。

二、機械設計線上授課的實踐方法

（一）機械設計線上授課準備工作

本研究以大連海事大學為例，對機械設計課程線上授課準備工作進行分析。在教育部“停課不停教、停課不停學”的倡議下，根據(jù)國家、省、市的在線教學要求，結(jié)合本校教學工作實際，學校預先制定了在線教學實施方案，以便確保教學工作能夠如期、有序開展。教務處依據(jù)學校具體教學實際制定線上授課前期工作計劃，提出工作要求，確定考核監(jiān)督標準。各教學單位對本單位授課教師是否具有線上授課經(jīng)驗進行摸排，充分發(fā)揮教研室（系、中心）、實驗室、課程教學團隊等基層教學組織的作用，鼓勵教師以團隊形式落實好在線教學任務，在線集體培訓、共建共享課程資源，保障全體師生在線教與學活動的順利開展。

大連海事大學依靠現(xiàn)有的線上教學系統(tǒng)建立一套“1+1+2+N”在線教學體系，該體系主要利用Blackboard系統(tǒng)、雨課堂智慧教學工具、2個實驗實訓平臺、N個MOOC平臺等搭建。Blackboard系統(tǒng)是部署于校園網(wǎng)的課堂教學輔助系統(tǒng)，可為教師、學生提供強大的施教和學習的網(wǎng)上虛擬環(huán)境，是師生溝通的橋梁。雨課堂智慧教學工具可實現(xiàn)師生多元實時互動，教學全周期數(shù)據(jù)分析等功能。通過“1+1+2+N”在線教學體系，教師與學生線上互動授課、線下自主學習的要求可以得到保證。

為確保機械設計課程線上教學任務的高質(zhì)量完成，針對機械設計線上授課的前期準備工作，該校制定了“三個全覆蓋”的工作要求，即在線教學培訓全覆蓋、“雨課堂”認證全覆蓋、課程材料上網(wǎng)全覆蓋。雨課堂智慧教學工具是實現(xiàn)線上教學的有力途徑，能保證每一位任課教師進行雨課堂智慧教學工具的認證注冊，并指導學生完成實名認證，為開展互動教學做好充分準備。任課教師按照在線教學模式調(diào)整教學指導材料（公告、大綱、教學日歷、PPT、講義、難點解析等文檔），上傳至校園Blackboard系統(tǒng)，助力學生自主學習課程內(nèi)容。

（二）機械設計線上授課過程實施

機械設計課程注重培養(yǎng)學生的實踐理解能力、工程實際問題處理能力等，因此，線上授課時需要注重教師與學生之間的互動，確保較高的線上教學質(zhì)量。根據(jù)機械設計課程特點，依托“1+1+2+N”在線教學體系開展線上直播授課交互，任課教師按照教學日歷進程安排直播授課，可自選授課直播平臺，包括并不限于雨課堂、超星爾雅、騰訊課堂、釘釘直播等。教師直播授課過程要設置實時討論區(qū)，從而把握線上授課的直播互動環(huán)節(jié)，有效銜接“課前—課中—課后”教學過程，按照“兩性一度”的金課標準，不斷完善線上機械設計課程設計與教學安排。在實時直播授課過程中，教師要及時開展實時線上測驗交互，在提高學生線上聽課參與度的同時，加強學生線上學習對新授知識的領(lǐng)悟程度。任課教師按照當前授課內(nèi)容，自擬實時測驗、投票等線上互動教學活動，不定期地對學生的線上學習效果進行檢測，并及時反饋對學生的學習指導意見，避免學生落后于線上教學進度。

機械設計線上授課后，依托“1+1+2+N”在線教學體系中的Blackboard平臺，開設針對該節(jié)線上課程的“問題與難點討論區(qū)”。針對當次課程線上授課過程與課后復習過程中遇到的疑點與難點，學生可以在該討論區(qū)留言，授課教師逐條進行回復解答，同時可設置機械設計線上課程微信群或QQ群，實現(xiàn)學生與教師雙向快速互動，提高教學質(zhì)量與效率。

三、機械設計線上授課面臨的問題

（一）數(shù)字網(wǎng)絡與硬件問題

由于全國各地經(jīng)濟發(fā)展水平不同，尤其在中西部偏遠山區(qū)，相關(guān)的網(wǎng)絡（包括固定網(wǎng)絡與移動網(wǎng)絡）基礎設施相對落后，甚至沒有實現(xiàn)網(wǎng)絡覆蓋。據(jù)統(tǒng)計，截至2021年12月，我國的互聯(lián)網(wǎng)普及率為70.40%［9］。如此差距，會導致一部分學生難以穩(wěn)定可靠地進行線上直播或者線下回放方式的機械設計課程學習。不僅如此，由于貧困地區(qū)平均可支配收入較低，部分學生沒有購買電腦及相關(guān)網(wǎng)絡設備的經(jīng)濟能力，退而求其次地選用手機作為線上授課的接收端。手機終端的聽課功能相較于電腦仍存在一定差距，影響了學生的線上聽課質(zhì)量與效果。因此，學校以及相關(guān)教育管理機構(gòu)應該采取一定措施，減少由于網(wǎng)絡與硬件系統(tǒng)導致的數(shù)字教育鴻溝。

（二）授課與學習效率低

從教師線上授課的角度，一部分教師對當前采取的線上授課方式并不了解，對當前所采用的線上直播授課工具操作方法也并不熟悉，因此在線上授課過程中難免出現(xiàn)一些技術(shù)性問題，導致授課效率低，影響授課進度。因此機械設計線上授課前，需要具有豐富線上授課經(jīng)驗的教師對授課教師進行必要的培訓，并總結(jié)經(jīng)驗教訓。從學生角度來說，線上聽課相較于傳統(tǒng)線下聽課的本質(zhì)區(qū)別主要體現(xiàn)在兩方面，一是缺乏教師的現(xiàn)場約束與看守，二是極易被網(wǎng)絡內(nèi)容吸引，最終導致學生線上聽課注意力不集中，進一步加深線上授課過程教師與學生之間缺少必要的互動與交流的問題。

（三）線上實時互動障礙

線上直播授課是通過數(shù)字網(wǎng)絡連接教師與學生，并且完全依托直播軟件可提供的授課模式與功能實現(xiàn)的一種遠程實時教學過程。但是由于網(wǎng)絡速度與授課軟件功能的限制，師生雙方可能會面臨諸多交互阻礙而拉低線上教學質(zhì)量。當前流行的線上授課軟件可提供的師生互動功能相對有限，如騰訊課堂可以實現(xiàn)簽到、舉手、語音/視頻點名、實時文字討論等功能，但是語音與視頻點名功能最多只能支持8名學生同時發(fā)言。雨課堂的主要互動功能包括限時答題、紅包、彈幕、投稿、隨機點名、不懂反饋等，如果要對自建的課程進行線上直播授課，那需要申請雨課堂會員。機械設計課程由于包含較多的難點，由教師到學生的單向線上講授并不能獲得較好的授課效果，因此怎樣實現(xiàn)教師與整個班級學生的實時交互成為提高機械設計課程線上授課質(zhì)量的關(guān)鍵。

（四）授課實踐性缺乏

機械設計課程是一門實踐性、設計性很強的專業(yè)基礎課，因此需要在授課過程中盡可能地做到實踐性教學，如此才能讓學生更好地理解相關(guān)機械機構(gòu)的設計原理與方法。如在講授范成法加工齒輪的章節(jié)中，如果不配以實踐教學環(huán)節(jié)，學生無法真實體會共軛齒廓互為包絡線的齒輪加工過程，難以理解避免發(fā)生根切的最小齒數(shù)為17的原因。線上直播授課過程主要是利用網(wǎng)絡直播視頻與音頻的方式進行，對于一些需要開展實踐性授課的難點只能最大限度地以動畫仿真或者師生互動的方式進行講解，難以實現(xiàn)真正意義上的實踐教學，影響授課質(zhì)量與效果。因此，探索不同方式的線上實踐性教學方法是機械設計線上授課高質(zhì)量開展的關(guān)鍵。

四、提高機械設計線上授課質(zhì)量的措施

（一）實行線上線下混合式教學

針對線上授課學生端所面臨的硬件問題，學校以及相關(guān)教育管理機構(gòu)應該采取相關(guān)措施協(xié)助學生解決，如有的高校圖書館開設了筆記本電腦租借服務，滿足貧困學生的線上學習需要。針對有些地區(qū)固定網(wǎng)絡與移動網(wǎng)絡網(wǎng)速較慢的問題，授課教師可以采用線上線下混合教學的方式開展授課，增強學生上課過程的時間與空間靈活性，即使在網(wǎng)絡條件不佳的情況下仍能線下自主靈活地進行學習，保持學習進度。對于少數(shù)身處網(wǎng)絡沒有普及地區(qū)的學生，應該在線上授課過程中增設在線課程教學助理一職。教學助理可以利用其他類型聯(lián)絡方式（如電話等），以課程同步的進度與學生進行一對一或者一對多的溝通，為學生提供機械設計課程學習資源，對學生學習過程中的疑難點進行講解，幫助學生實現(xiàn)遠程學習。

（二）加強在線授課培訓

在線教學培訓是切實保證在線授課工作順利展開的基礎與關(guān)鍵，因此邀請擁有豐富線上授課經(jīng)驗的各級名師、優(yōu)秀教學團隊負責人等作為主講人予以開展。培訓重點聚焦機械設計在線教學的熱點與重點，圍繞在線教學工具（Blackboard、雨課堂、騰訊課堂等）、理念、案例等進行。一些沒有可靠互聯(lián)網(wǎng)接入和工具軟件技術(shù)的學生也很難順利應付線上直播學習與線下自主學習，學校應該同時對學生群體開展行之有效的遠程學習培訓，培訓內(nèi)容可以涉及學生端線上學習工具應用、學習資料收集方法等。

（三）制定合理教學策略以加強線上課堂互動

加強線上直播授課的互動性將有效提高機械設計線上授課的整體成功率與質(zhì)量，而加強線上授課互動性主要可通過以下兩方面實現(xiàn)：一是設計合理的線上教學材料與制定可行的師生互動方式；二是授課教師應該有針對性地對已有的機械設計教學材料進行改進，使其在線上授課過程中體現(xiàn)出更佳的創(chuàng)新性與實踐性，以便更好地與線上授課過程融合。如在準備機械設計線上教學材料過程中，教師可以增加一些實際工程案例的研究，要求學生給出想法和意見，如此有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力，提高在線學習的成功率。國外相關(guān)專家通過實驗研究發(fā)現(xiàn)線上授課過程中增加學生和教師之間的討論環(huán)節(jié)可以顯著提高課堂互動性［10］。依托現(xiàn)有的線上授課工具，可以在不耽誤正常授課進度的前提下，盡可能多地設置討論和提問環(huán)節(jié)以提高學生的參與度。教師可以采取多種不同的形式開展互動環(huán)節(jié)，并適當提高互動主題或者問題的難度，這樣有助于提高學生注意力，從而培養(yǎng)學生更好的學習能力。

（四）增加線上實踐環(huán)節(jié)

作為一門實踐性、工程性、應用性較強的課程，機械設計線上授課不可避免地需要開展一定的實踐教學環(huán)節(jié)，針對一些難以理解的原理與方法進行解析，從而提高授課質(zhì)量。在當前以仿真動畫為主的展示型實踐教學基礎上，應該開設一類實驗室操作直播課程。實驗室直播課程以實驗設備為主體，以學生口令為指導，依靠教師操作完成遠程實踐過程。期間，如果學生出現(xiàn)不合理或者錯誤的操作口令，教師應該及時更正，并進行說明分析，達到具有高實踐性的實時互動線上教學效果。另一方面，可以針對機械設計課程，建立一套虛擬實驗室系統(tǒng)。學生遠程登錄虛擬實驗室系統(tǒng)，在教師并行的監(jiān)督與講解下，開展一系列的虛擬實驗操作，實現(xiàn)真正意義上的線上實踐教學。

（五）建立線上授課質(zhì)量評估方法

互聯(lián)網(wǎng)背景下，傳統(tǒng)的線下教學評估方法已經(jīng)不能適應線上遠程教學任務的質(zhì)量評估，需要針對線上授課特點制定一系列有針對性的教學評估方法。相較于傳統(tǒng)線下教學評估方法，在線教學評估要充分考慮影響線上授課質(zhì)量的關(guān)鍵方面，應該包括線上授課材料質(zhì)量、線下輔助教學材料質(zhì)量、課堂互動質(zhì)量、實踐教學質(zhì)量、學生評價、學校評價等方面。全面、合理的在線教學質(zhì)量評估方法是保證線上授課高質(zhì)量完成的基本保證，因此有必要對其進行完善。

五、結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，遠程線上授課方式由于其不受時間與地點約束的高靈活性，成為全國范圍內(nèi)相關(guān)高校順利開展教學工作的有效途徑。然而線上授課方式容易受到網(wǎng)絡環(huán)境、授課工具等限制，導致授課過程缺乏師生互動、工程實踐等環(huán)節(jié)，對包括機械設計在內(nèi)的相關(guān)課程的教學過程提出了挑戰(zhàn)。本研究以大連海事大學“機械設計”課程線上教學為例，研究了互聯(lián)網(wǎng)背景下線上直播授課方式前期準備、過程實施等方面的實踐方法，分析了遠程線上授課過程面臨的技術(shù)與方法難題，最后提出相應的線上教學模式改進措施與意見，以期為一類高校課程線上授課模式提供可參考的解決方案。

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（責任編輯：汪旦旦）