基于信息技術的工程圖學課程混合式學習模式的設計與實踐

阮春紅， 黃其柏， 黃金國， 張 俐， 李喜秋

(華中科技大學機械學院，湖北 武漢 430074)

基于信息技術的工程圖學課程混合式學習模式的設計與實踐

阮春紅， 黃其柏， 黃金國， 張 俐， 李喜秋

(華中科技大學機械學院，湖北 武漢 430074)

如何利用信息技術，建設和利用優(yōu)質(zhì)教育資源，變革高等學校課堂教學模式，提高課堂教學質(zhì)量，值得每個教育者展開深入研究。為此，分析工程圖學課程的主要知識點，根據(jù)知識點的類型及特點，設計工程圖學課程混合式學習模式，并進行兩輪實踐，同時與傳統(tǒng)學習模式的學生學習情況進行對比，混合式學習模式不僅可以完成教學計劃，同時提高了學生的學習效率和自主學習能力，取得了理想的教學效果。

信息技術；工程圖學；混合式教學；微課程視頻

教育部《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》中指出：探索現(xiàn)代信息技術與教育的全面深度融合，以信息化引領教育理念和教育模式的創(chuàng)新，充分發(fā)揮教育信息化在教育改革和發(fā)展中的支撐與引領作用[1]。“十二五”期間，教育部支持部分高校率先建設了中國大學MOOCs課程，并在愛課程網(wǎng)上推廣使用。MOOCs 使得高等教育教學模式正在經(jīng)歷著一場全球化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化的歷史性變革。

隨著新媒體時代的來臨，移動互聯(lián)網(wǎng)技術得到迅速發(fā)展，各種新型移動終端也不斷涌現(xiàn)，作為“數(shù)字土著”一代的“95后”大學生們，其主動學習新知識、新事物的意識更強烈，不愿意受傳統(tǒng)教學模式的束縛，更樂于發(fā)揮自己學習的主觀能動性[2]。

2016年6月28日教育部公布的第一批“國家級精品資源共享課”本科教育中有 18門有關工程圖學的課程，華中科技大學《畫法幾何及機械制圖》也名列其中，但“國家級精品資源共享課”中的視頻錄像是真實課堂的實錄，視頻時長較長，不適合學生自主學習；愛課程、好大學、學堂在線等網(wǎng)站上也有許多工程圖學的MOOCs，如浙江大學陸國棟的《工程圖學》、清華大學田凌的《工程制圖》、上海交通大學蔣丹的《工程圖學》、北京理工大學張京英的《工程圖基礎及數(shù)字化構型》與《機械制圖及數(shù)字化表達》等；面對海量的教育資源，“95后”大學生們?nèi)匀幻Ｈ弧⒉恢耄缋瞵摵蜅蠲鬧3]指出：課程資源在獲取方面雖然不再有門檻，但本質(zhì)上依然是精英教育，面向的是優(yōu)秀的學習者，名校課程的難度意味著“開放”不一定適合所有的學習者。雖然信息技術給教和學帶來了一定的變化，但是課堂仍然是教學主戰(zhàn)場[4]。因此應根據(jù)課程教學內(nèi)容的特點和學生的實際能力，設計基于信息技術的工程圖學混合式學習模式，引導學生利用優(yōu)質(zhì)資源，鼓勵學生利用信息手段主動學習、自主學習、合作學習；增強學生在網(wǎng)絡環(huán)境下提出問題、分析問題和解決問題的能力[1]。同時更應該建設合適本校特色的的學習資源，供教師教學或?qū)W生學習使用，真正因材施教。

1 基于信息技術的工程圖學混合式學習模式的設計

1.1 混合式學習的內(nèi)涵和含義

隨著計算機技術的飛速發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)技術的普及，越來越多的人意識到混合式學習的重要性。所謂混合式學習，是指把傳統(tǒng)教學和數(shù)字化教學的優(yōu)勢進行有機結(jié)合，從而獲得更佳教學效果的學習模式[5]。文獻[6]提到，混合式學習是“在‘適當?shù)摹瘯r間，通過應用‘適當?shù)摹瘜W習技術與‘適當?shù)摹瘜W習風格相契合，對‘適當?shù)摹瘜W習者傳遞‘適當?shù)摹芰Γ瑥亩〉米顑?yōu)化的學習效果的學習方式”。混合式學習主要包含 3個方面的含義：①不同學習時空的混合，將自主學習、協(xié)作學習與面授等不同時空有機結(jié)合；②不同學習資源的混合，將課堂資源與視頻、文本、動畫、聲音等不同形式的學習資源混合、有機整合；③不同學習方式的混合，比如將傳統(tǒng)課堂與翻轉(zhuǎn)課堂有機整合。

梅里爾提出的“首要教學原理”也為混合式學習提供了重要的理論支持，其認為：“學習只有在學習者從事解決真實世界里發(fā)生的問題時，只有當學習者能夠通過論證或應用而激活已知知識、并將其作為理解新知識的基礎時，新知識才會被整合到學習者的世界當中”。簡而言之，只有在學習者承擔了合適的任務，并知道應該怎樣去做的時候，有效的學習才會發(fā)生[6]，也是本文基于信息技術的工程圖學課程混合式學習模式(圖1)的主要設計依據(jù)。

圖1 基于信息技術的工程圖學課程混合式學習模式

1.2 前端分析

1.2.1 學情分析

課程教學對象是機械制造及自動化專業(yè)一年級的學生。華中科技大學機械專業(yè)在教育部三輪學科評估中均名列國內(nèi)排名第一；因此進入機械制造及自動化專業(yè)的學生入校成績高，且普遍熱愛本專業(yè)。剛剛進入大學，學生對新知識、新技能有好奇心，具有較強的參與意識；同時多數(shù)學生受應試教育的影響太深，學習的自覺性和積極性較差；工程圖學課程是普通高等院校工科各專業(yè)學生的第一門技術基礎課，同時該課程也是大學生在入學前零基礎的課程，高年級學生本課程的高掛科率使得學生畏難情緒大；因此在教學過程中，要有效設計教學過程，建設符合本校特色的有效資源，充分發(fā)揮學生的主體作用，讓學生自主學習、構建知識、發(fā)展能力。

1.2.2 工程圖學課程教學內(nèi)容——知識點分類分析

知識點分為陳述性知識點和程序性知識點。根據(jù)《普通高等學校工程圖學課程教學基本要求》，工程圖學課程中的投影基本理論、組合體(組合體的形成、組合體的表達、軸測圖)、繪圖方法、表達方法等知識點歸納為程序性知識點；而工程規(guī)范、零件圖、標準件和常用件、裝配圖等知識點歸納為陳述性知識點；而裝配圖中的由裝配圖拆畫零件圖的方法則屬于程序性知識點。

1.2.3 學習資源分析

混合式學習是通過翻轉(zhuǎn)課堂來實施的。翻轉(zhuǎn)課堂“flipped classroom”或“inverted classroom”，即轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學模式，通過對教學結(jié)構的顛倒安排，真正實現(xiàn)個性化教學[7]。

在學習新知識前，教師提前 1周提供：課前學習任務單(包括教學目標、思考題)、課前學習資料(微課程視頻、參考教材)以及檢驗學生自主學習效果必須完成的習題和同伴互評評分標準，同時預告每次課的課上銜接內(nèi)容，為實現(xiàn)混合式學習創(chuàng)造條件。而在傳統(tǒng)課堂上，教師僅布置下次的學習內(nèi)容。

微課程視頻在混合式學習中擔任傳授知識的重要任務，由課程主講教師根據(jù)學生實際狀況、按知識點、采用信息技術親自錄制、生成MP4格式，并且直接拷備給學生，避免學生搜尋、選擇、下載合適的微課程視頻，節(jié)省了大部分學生的時間，也規(guī)避了網(wǎng)路不暢、流量費用高等不足，節(jié)省了學習時間、學習成本；同時每個微課程視頻應該簡短明了、通熟易懂。

在每次自主學習的末期，提供習題和同伴互評評分標準。習題和同伴互評評分標準，可以檢驗學生自主學習的效果，幫助學生樹立成就感和存在感，促進學生進行有效學習。

1.2.4 學習環(huán)境分析

華中科技大學學務管理規(guī)定：大一新生不允許自配電腦；同時WIFI只覆蓋教學樓、圖書館、辦公樓等公共場所，師生員工的生活區(qū)沒有WIFI，網(wǎng)絡速度也有待進一步提高。因此直接提供的微課程視頻供學生免費使用；而課前學習任務單、習題和同伴互評評分標準均為文本文件，也直接給學生。

為了引導和幫助學生學習工程圖學課程，建立了不同專業(yè)的工程制圖學教育學習討論QQ群，其中包含高年級的優(yōu)秀學生，將課堂上的互動交流拓展到網(wǎng)絡空間，生生、師生互動交流的時間和效果都會大大增加，提高了學習效率和學習質(zhì)量；每次完成課堂教學后，教師及時上傳課上的教案和相關練習的答案，幫助有需要的學生檢查和鞏固學習效果。

1.3 活動設計

根據(jù)前端分析，設計合適的教學活動。華中科技大學工程圖學課程學習的設計方案和部分單元活動設計案例，分述如下。

1.3.1 工程圖學課程學習的設計方案

如表1所示，第1學期主要采用翻轉(zhuǎn)課堂學習；第 2學期既有傳統(tǒng)課堂學習，也有翻轉(zhuǎn)課堂學習。表中的學習模式是主要模式，每個知識點的學習都可以采用傳統(tǒng)模式學習和翻轉(zhuǎn)課堂學習，教師應該根據(jù)學生的實際情況靈活選用。下面選擇3個活動案例加以說明。

1.3.2 單元活動設計案例一：軸測圖的學習

軸測圖的學習，許多高等學校安排在組合體教學之后，與《普通高等學校工程圖學課程教學基本要求》一致。華中科技大學則安排在第一次課，并且與三維造型的基本理論結(jié)合起來。因為是第一次課，教師可以采用傳統(tǒng)課堂模式，講授軸測圖的形成、軸間角、軸向變形系數(shù)等基本概念和軸測圖的基本畫法(以最簡單的四面體為例)等，所用時間約45 min一節(jié)課。第二個例子講授正六棱柱的軸測圖畫法，就可以采用翻轉(zhuǎn)課堂了。

表1 工程圖學課程學習的設計方案

在課堂上，教師上傳1個約4 min的微課程視頻，學生立即觀看，同時安排相應的練習，老師可以在教室中巡視，解答同學中的問題，15～20 min后，點評學生作業(yè)，簡介混合式學習的原理、實施辦法、考核機制等。

如圖 2(a)所示的正六棱柱是學生高中階段就熟悉的立體，最能反映正六棱柱的表面是哪個？其形狀如何？以問題為導向，引導學生自主學習,利于學生接受三維造型理論中的特征表面及特征草圖的概念。如何快捷得到正六棱柱的特征草圖？圖2(b)是正六棱柱的特征草圖，可以用拓印的方法得到。在畫出正六棱柱后表面的軸測圖(圖 2(c))之后，如何得到正六棱柱前表面的軸測圖(圖2(d))？學生很容易想到平移、拉伸，也就是三維造型理論中拉伸體形成的原理，講授伴隨與學生的互動。

這樣的教學設計可以看出：利用學生已有的知識，幫助學生構建新知識，引導學生追求學科前沿知識，很好地實現(xiàn)了將傳統(tǒng)課堂與翻轉(zhuǎn)課堂有機整合的混合式學習。

1.3.3 單元活動設計案例二：相貫線的學習

相貫線的學習是本課程教學內(nèi)容中的重點和難點，在上課前1周，提供了課前學習資源和相應的習題及同伴互評標準(表 2)，將視頻、文本、動畫、聲音等不同形式的學習資源混合、有機整合。

圖2 正六棱柱的正等軸測圖與三維特征草圖

表2 相貫線課前學習任務單

按教學過程，翻轉(zhuǎn)課堂分為“課前-課上-課后”分別進行教學設計。本講教學內(nèi)容一般講授的次序是相貫線的概念、性質(zhì)-輔助平面法求相貫線-相貫線的簡化畫法-影響相貫線的因素-組合相貫線；和提供地微課程次序一致，教師采用傳統(tǒng)課堂教學需要耗時2～3學時；而這些內(nèi)容學生課前通過學習相應的教材和微課程視頻，完成相應的練習，可以達到傳統(tǒng)教學的效果，耗時僅0.5～1學時；因此課上，教師直接利用三維軟件，通過改變參與相貫立體的表面形狀、相貫立體的相對位置、相貫立體的尺寸大小，以及增加剖切等演示，可以很快完成相同教學內(nèi)容的串講(圖 3)。課上剩余時間，學生可以完成本講較難的練習。學生根據(jù)各自的學習情況，查漏補缺，提出自己的問題與同伴、教師探討，完成個性化的學習，將自主學習、協(xié)作學習與面授等不同時空有機結(jié)合。

圖3 影響相貫線的因素和輔助平面法的作圖原理

1.3.4 單元設計案例三：設計每次課的習題及同伴互評標準

設計同伴互評標準時，要將學生不太重視的內(nèi)容包含進去，如圖 4中的中心線、多解；同伴互評可以促進學生有效學習。

圖4 同伴互評標準示例

2 實踐效果

2.1 翻轉(zhuǎn)課堂教學效果問卷統(tǒng)計

華中科技大學2014、2015級機械卓越工程師班共59人參與了混合式學習，對兩屆學生進行了實名問卷調(diào)查，與傳統(tǒng)學習模式相比，100%的學生認為混合式學習模式的學習難度合適；54.23%的學生喜歡混合式學習模式；57.62%的學生認為混合式學習模式對所學知識的掌握更加深入和全面；50.8%的學生認為混合式學習模式學習的效率較高；72.9%的學生認為混合式學習模式有利于提高自主學習能力；88.14%的學生愿意繼續(xù)開展混合式學習模式。

2.2 考試結(jié)果分析

學期結(jié)束，與同專業(yè)其他班級(卓越工程師班)一樣參加統(tǒng)考，采用相同的試卷統(tǒng)一批卷，從卷面分析來看，平均成績遠遠高于其他學生，同時高分學生多，不及格率低，學習效果是好的。

3 結(jié) 束 語

混合式學習很好地解決了教師滿堂灌和學生過分依賴課堂教學的問題；一定程度上提高了工程圖學課程教育中的面對面的輔導時間，全部學生課堂上可以完成傳統(tǒng)教學的全部練習；針對學習能力強的學生，可以設計一些“問題與討論”，進行深度學習。翻轉(zhuǎn)課堂是混合式學習的核心，設計好翻轉(zhuǎn)課堂，混合式學習才能得以實現(xiàn)。翻轉(zhuǎn)課堂成為國內(nèi)外教育改革的新浪潮，為教與學的進一步發(fā)展提供了新的思路[8]。

[1] 中華人民共和國教育部. 《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》[EB/OL]. (2012-03-13) [2016-02-01]. http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/mo e/s3342/201203/133322.html.

[2] 方 兵, 楊 成, 陳 然. “后MOOC”時代高校博雅課程教學新模式研究[J]. 現(xiàn)代遠程教育, 2015, (3): 48-52.

[3] 李 瑩, 楊 敏. 開放教育資源的持續(xù)發(fā)展——以MOOC課程《數(shù)據(jù)結(jié)構與算法》為例[J]. 開放大學, 2015, (24): 59-64.

[4] 中教新媒. 《2015年教育信息化十大關鍵詞》[EB/OL]. (2015-12-21) [2016-02-01]. http://www.zhongjiaomedia. com/z/7384.html.

[5] 費少梅, 王 進, 陸國棟. 信息技術支持的 SCHSPOC在線教育新模式探索和實踐[J]. 中國大學教學, 2015, (4): 57-60.

[6] 黃榮懷, 馬 丁, 鄭蘭琴, 等. 基于混合式學習的課程設計理論[J]. 電化教育研究, 2009, (1): 9-14.

[7] 王 紅, 趙 蔚, 孫立會, 等. 翻轉(zhuǎn)課堂教學模型的設計——基于國內(nèi)外典型案例分析[J]. 現(xiàn)代教育技術, 2013, 23(8): 5-10.

[8] 鐘曉流, 宋述強, 焦麗珍. 信息化環(huán)境中基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的教學設計研究[J]. 開放教育研究, 2013, 19(1): 58-63.

Constructional Design and Practice of Blended Learning Mode for Course of Engineering Graphics Based on Information Technology

Ruan Chunhong, Huang Qibo, Huang Jinguo, Zhang Li, Li Xiqiu
(School of Mechanical Science & Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan Hubei 430074, China)

With the rapid development of information technology, it brings changes of how the classroom teaching organizes and presents. To improve the quality of classroom teaching, it was of great importance to do the research of how to take advantage of information technology and excellent education resources and reform teaching mode in top university. The key points of engineering graphics were analyzed, and according to its type and characteristics we designed the blended learning mode, then two rounds of practice were carried. Compared with conventional learning mode, blended learning approach achieved success not only in the accomplishment of the teaching program, but also in the improvement of the students’ learning efficiency and self-directed learning abilities.

information technology; engineering graphics; blended learning mode; micro course video

G 42

10.11996/JG.j.2095-302X.2016060846

A

2095-302X(2016)06-0846-05

2016-06-17；定稿日期：2016-07-26

華中科技大學教學研究項目(201504)

阮春紅(1966-)，女，湖北黃石人，副教授，本科。主要研究方向為工程圖學課程、智能設計與仿真。E-mail：spring_ling@163.com