以學生為中心的機械制圖混合式教學模式研究與實踐

丁 喬，張孟玫，李茂盛，孫軼紅，韓麗艷

以學生為中心的機械制圖混合式教學模式研究與實踐

丁 喬，張孟玫，李茂盛，孫軼紅，韓麗艷

(北京石油化工學院機械工程學院，北京 102617)

針對機械制圖課程教學中學生空間想象能力培養困難、自我約束力較差、學習主動性不高的現狀，借鑒美國高校自20世紀80年代以來開展的“以學生為中心(SC)”的本科教育改革經驗，在對布魯姆“掌握學習”理論充分認識、學習的基礎上，在教學中開展SC的大班授課、小班研討、線上與線下、課內與課外和理論與實踐相結合的混合式教學實踐，促進了學生自主學習，強化了教學效果，提升了教學質量。

機械制圖；教學模式；空間想象能力；掌握學習理論

我國新經濟快速發展迫切需要新型工科人才支撐，探索更加多樣化和個性化的人才培養模式，培養具有創新創業能力和跨界整合能力的工程科技人才。普通高等教育的目的是適應社會的變革，以社會需求為導向，培養社會需要的應用型人才。機械制圖作為一門重要的專業基礎課，在機械工程科學人才培養體系中占有重要地位，為后續課程提供必要的制圖基礎知識與基本技能。該課程有助于培養學生空間想象能力、形象思維能力、設計表達能力、審美能力和創新構形能力，是其他課程無法替代的。因此，在機械制圖的教學中開展以學生為中心(student centered，SC)的大班授課、小班研討、線上與線下、課內與課外、理論與實踐相結合的混合式教學模式，可提高學生學習興趣，提升機械制圖課程的教學質量。

1 機械制圖課程教學現狀

當前，我國正處于高等教育大眾化快速發展的歷史階段，由于高校擴招使部分學生基礎較差，又是世界上最大規模的獨生子女群體，也是世界上最大規模的互聯網時代“原住民”，接受新思想、新知識的渠道更多，受到的誘惑也更多；機械制圖課程總學時數隨之減少，而課程內容并未減少。因此反映在機械制圖課程上的問題主要集中在學生作圖質量差，上課不專心，作業抄襲情況嚴重等，圖1是針對74所大學103位制圖教師所做的網上問卷調查情況。

通過對學習機械制圖課程的學生網上問卷調查(圖2)可知，學生學習機械制圖最大的困難為缺乏空間想象能力(70%)，其次是自我約束能力差，久而久之，學生對學習機械制圖課喪失了興趣。

圖1 機械制圖課程面臨的主要問題

圖2 學生學習制圖課困難的主要原因

傳統的以教師為主體的范式教學模式是“老師講，學生聽”。教師認為自己“講”了很多知識給學生，后續課程的使用及工作中卻發現學生并未真正掌握多少。多年來的教學改革也一直致力于在“講”上改，改革效果并不理想[1]。這種單一的傳授知識方式，生動性不足，趣味性不夠，不利于調動學生學習的主體積極性，學生對老師產生審美疲勞，降低學習興趣及學習效率，造成了課堂教學的沉悶局面，影響了學生的創造力。因此有必要把現代網絡和多媒體技術引入教學中，構建多元教學方式，在教學手段、教學方法上增加趣味性，充分發揮教師的主導作用和學生的主體地位，有效地把學生的學習熱情調動起來，使學生深度參與，增強探究立體與平面轉換關系的興趣，多想、多看、多練，提高空間想象能力。

2 布魯姆“掌握學習”理論內涵釋義

美國著名教育學家和心理學家布魯姆在20世紀70年代初，針對美國教育制度只注意培養少數尖子學生而犧牲大多數學生的弊端提出了“掌握學習”理論，并在世界范圍內引起廣泛影響。所謂“掌握學習”，就是在多數學生都能掌握的學習理念指導下，以集體教學為基礎，輔之以經常、及時的反饋，為學生提供所需的個別化幫助以及所需的額外學習時間，從而使大多數學生達到教學目標規定的掌握標準[2]。

掌握學習的步驟分兩部分：一是掌握學習的準備，包括思想準備，改變固有傳統觀念，從心理上認為大多數學生都能掌握內容，達到預定的目標。二是掌握學習的操作，設計學習單元，制定教學目標，準備各單元反饋、矯正材料和措施。教師按規定，順次進行各單元的目標教學，進行形成性測驗，分析并找出問題所在，施以補救辦法進行矯正。

布魯姆掌握學習的策略，是用心理學觀點，科學地確定出掌握學習的規律，找到造成學生間差異的影響因素，從而使教師明確怎樣起主導作用，用科學的辦法，有計劃、有條理、目標明確地進行教學。一味地追求學習成績正太分布將削弱學生的學習動機，壓制教師的創造力，有礙教學質量的提高。許多學生成績不理想的原因不僅僅在于智力因素，而在于未能得到適當的學習時間和教學幫助[3]。教師不能把學生學習的好壞、空間概念的差異，認為是學生固有的，要想方設法豐富教學方式，學生不是一定先有空間概念才能學好機械制圖課程，而是在學習中不斷培養和提高。只要創造出適當的教學條件，學生會學會并具有相應的空間想象能力。

3 混合式教學模式初探

20世紀80年代以來，美國高校開展了(SC)的本科教育改革，取得了令世界矚目的成績。SC改革有三個核心觀點：以學生發展為中心、以學生學習為中心、以學習效果為中心，故稱為“新三中心”。我國目前高校的教學方式大多還是“老三中心”，即以教材為中心、以教師為中心、以教室為中心。本質是以書本知識傳遞為核心，以教師“教”為中心[4]。傳統的教學方式越來越不適應科學技術飛速進步、信息知識爆炸的當代大學生。

在信息技術與教學深度融合的大背景下，在SC理念下，探索和實施教學的有效模式非常必要。用于促進學習的不同方法會帶來迥然不同的結果，而且完全采用一種教學方法只能獲得與該方法相關的有限結果。要獲得多種多樣的成果，就必須采用以不同學習方法為基礎的其他教學方法[5]。目前混合式教學模式大多是一種將傳統課堂師生面對面教學與數字化學習相結合的教與學的新方式，本文在教改實踐中把混合式教學模式定義為“大班授課、小班研討，線上與線下，課內與課外，理論與實踐”的多元教學方式。這種混合式教學模式是根據預期學習成果，即教學目標來確定的。

3.1 確定課程目標

根據布魯姆教育目標分類系統(圖3)，將機械制圖課程分為5個模塊，每個模塊對應一個教學目標，即目標1~5，最后實現總目標6。

圖3 布魯姆教育目標分類系統

目標1. 記憶：了解制圖基本知識與技能。

目標2. 理解：掌握投影原理，具備圖示基礎。這部分包括點線面、幾何元素相對位置、投影變換，從物體中抽象出幾何元素來，既有空間概念的培養，又是用幾何范疇內的邏輯推理來研究正投影規律，把培養與發展空間想象能力的道路打通。

目標3.應用：能夠運用投影規律表達簡單零件形狀，具備畫圖(徒手繪制草圖、尺規繪圖、計算機繪圖、三維造型)和讀圖能力。這部分包括基本體及表面交線、組合體的畫法和讀圖、軸測圖，這是培養與發展空間想象能力最重要的一部分，也是培養與發展這種能力的最佳時期。通過這部分的學習，使學生在空間想象與思維能力方面有所飛躍。

目標4.分析：運用國標手冊和已具備的工程上的初步知識，分析看懂機械圖樣并能繪制。這部分包括機件的表達方法、標準件和常用件、零件圖和裝配圖，加深、加寬想象能力。

目標5.評價：自主、協作、探究能力。這部分貫穿課程的全部，但集中體現在機械制圖測繪綜合實踐上。

目標6.創造：創新能力和嚴謹的學習態度。

3.2 構建混合式高效活力課堂模式

根據美國著名學習專家愛德加.戴爾的學習“金字塔”理論(圖4)，充分考慮到新時代學生的學習習慣和心理訴求以及大學里學生多、教師少的現狀，機械制圖課構建了以團隊學習、主動學習和參與式學習為主的大班授課，小班研討，線上與線下、課內與課外、理論與實踐相結合的模塊化教學方式，減少“老師講，學生聽”的傳統被動學習方式。

(1) 課程學習，大班授課。將現代化教學手段和傳統教學手段有機結合起來，形成一個新的、科學的、切合實際的立體教學方法。多媒體教學、三維造型技術、視頻，形象、生動，既擴大了信息量，又提高了教學效率，并能將學生難以理解的抽象、復雜的東西具體化、形象化。適量的黑板板書可以對重點內容結歸納，典型例題黑板作圖可以使學生印象深刻、易于理解，也給學生很好的示范作用[6]。課前教師可以將教學大綱、教學日歷、帶有大規模開放式在線課程(massive open online courses, MOOC)視頻、習題、語音的課前預習課件放到校內網教育在線上或推送到學生手機上，便于學生預習，提高學習活動的目的性和針對性；課上先進行10 min的小測驗實時答題，既是檢測預習效果，也是了解學生具有哪些課程基礎，然后有的放矢地教學；課堂最后5 min由學生總結一節課的重要知識點。微課、慕課、藍墨云班課等的實施，使課外學習與課堂教學間建立溝通橋梁，讓課堂互動永不下線。

圖4 學習金字塔理論

(2) 應用訓練，小班研討。在教學中將機械制圖課程分成幾個模塊，每一模塊后都配有30人以內的小班研討課，小班研討有如下幾種形式：

①分小組協同學習。教學中經常把學生分成小組組成團隊，學生們在團隊中學習到的東西會遠多于單純與老師互動。學生們在互教互學中相互促進，共同成長，可以大大提高學習效果[7]。為了逐步實現目標4和5，讀零件圖課堂設計如下：課前老師讓同學們自由組合4~5人的學習小組，布置同學們課下自學該部分內容，可以看教材，還可看教育在線課件或翻轉課堂，互相討論，做3道讀零件圖的作業，每道作業里有10道填空小題，有的還有補畫視圖的練習題。課上，首先每個學習小組派代表前來抽簽(老師事先把這30道題分成6部分，每部分5個小題)，抽到哪個題目就在教室里大屏幕前給其他同學講解，如果這個同學講解有個別錯誤，組內其他成員可以起立給予更正，別的小組同學質疑，最后老師總結。課后整理、復習，寫作業，有時需要小組團隊合作做作業。這種寓教于樂的教學方式，活躍了課堂氣氛，使學生有較長時間投入到學習中。當學生在臺上講的時候，學生由“低頭族”變成“抬頭族”。這種課程模式的變革，有助于學生自學能力的培養，學生在大屏幕前講解，鍛煉了表達能力，在黑板上徒手繪制零件某個視圖，鍛煉了徒手繪圖能力，還加強了學生們合作溝通能力。教師由講授者變為組織者、指導者、幫助者和促進者。

②強化實踐，深度輔導。每一次課上徒手繪制草圖、尺規繪圖、計算機繪圖練習，都是小班教學，這樣便于老師一對一、手把手的輔導，學生有問題，及時得到解決，密切了師生關系，提高了圖面質量。為了更好實現目標3能夠運用投影規律表達零件形狀，具備畫圖能力，采取的教法為每個學生發一個不同的組合體小模型，學生在坐標紙上徒手繪制三視圖，然后學生互批找錯。最后由老師再次批閱。零部件測繪也是分小組進行，有測量的、有記錄的，團隊成員間討論分析各零件的結構特點，選擇正確的表達方法，畫出各零件的草圖，教師隨時指導。計算機繪制零件工作圖，分工進行不同零件的造型，由一人負責組裝成部件, 最后小組答辯。實驗室由學生管理，24 h開放，學生可隨時去實驗室觀看各種模型，在實驗室研究、討論，開展深度學習。

③構型訓練，“做中學”。沿著從平面圖形、基本立體、組合體、零件和部件的組織思路，由簡單到復雜，使構型設計的訓練貫穿全過程，逐步提高學生的構型設計能力和動手能力。例如，根據圖5給定的俯視圖，自行設計立體，并畫出主視圖。學生想出的符合要求的立體越多越好。學生可以利用三維造型軟件把構思出的立體在電腦中造出來，還可以用3D打印設備打印實體模型。學生們課下在一起邊玩邊用橡皮泥捏出立體(圖6)，這種“做中學”由淺入深，動手能力和空間想象能力均得到了練習、提高。

圖5 構型練習

④及時反饋，矯正錯誤。布魯姆認為“掌握學習”教學策略的關鍵在于系統的反饋-矯正程序。在反饋的基礎上，針對各個學生的學習困難，提供個別化的矯正性幫助[8]。通過上課前10 min小測及模塊測試，可以及時發現學生在不同教學階段以及知識貫通銜接方面存在的問題，提出相應改進措施，也督促了學生及時復習。

圖6 制作立體

(3) 第二課堂，實踐創新。

①建立“積分制”的激勵機制。經常進行優秀作業展覽，鼓勵“趕、超、幫”。把課后作業、課堂參與度及模塊測試成績按照一定標準換算成積分。學校每年舉辦一次制圖競賽，所有學習制圖的學生都可報名參加。積分和校內競賽成績總分高者將參加每年一次的北京市制圖大賽和全國大學生制圖大賽，運用過程價值和激勵機制達到以賽促學、以賽促訓、以賽促教的效果。

②大學生科研訓練(URT)計劃。教師把自己的科研項目整理出一些注重學生基本技能和基本素質的內容，轉化成學生訓練項目，然后鼓勵那些學有余力的優秀學生積極申報、參與，使學生了解學科前沿、在查閱資料、實踐操作、自主學習研究等方面進一步提高，以訓促學，由被動學習變主動學習，從科學知識型向實用技能型轉化，不間斷強化繪圖應用能力。

③職業資格認證，鋪路未來。在校期間獲得職業資格認證的畢業生，更容易受到用人單位的青睞。含金量較高的職業資格認證證書，就好像“就業敲門磚”，為當下激烈競爭的學生就業市場開啟了一條便捷通道。同時，由于目標明確，學生學習動力足，獲取知識技能迅速，且效果突出。制圖教研室將“AutoCAD初級工程師”、“全國信息化工程師崗位技能”、“全國計算機輔助技術”等認證培訓與課程內容相結合，注重加強實踐性教學環節，最大限度激發學生學習能力。

4 結束語

實踐證明大班授課、小班研討，線上與線下、課內與課外、理論與實踐混合式教學，提高了教學的趣味性，促進了學生學習的主動性。課程結束后對學生進行了網上問卷調查，如圖7所示，學生的空間想象能力、動手能力、自主學習能力、嚴謹的學習態度都得到了顯著提高。這種將SC的教學理念貫穿于教學活動全過程、建立起一系列與當前學生認知特點及工程應用型人才培養目標相適應的混合式教學模式必將促進學生個性的發展、興趣和潛力的挖掘，使學生勝任未來新技術和新產業下的新型工作。

圖7 機械制圖課后調查

[1] 李功一, 劉瑛, 曹默, 等. 以學生為主體的“工程制圖”高效課堂研究與實踐[J]. 教育教學論壇, 2015, 5(19): 154-155.

[2] 徐晶晶, 李天倚, 劉萌. 掌握學習理論在翻轉課堂教學中的應用研究[J]. 軟件導刊: 教育技術, 2013, 12(11): 15-17.

[3] 黃振興, 阮文權, 成小英, 等. 試論布魯姆掌握學習理論及其教學應用[J]. 大眾科技, 2015, 17(11): 106-108.

[4] 趙炬明. 論新三中心: 概念與歷史[J]. 高等工程教育研究, 2016(3): 35-56.

[5] 詹姆斯·戴維斯, 布里奇特·阿倫德. 高效能教學的七種方法[M]. 廣州: 華南理工大學出版社, 2014: 8.

[6] 熊威, 劉林, 陳錦昌. 現代工程制圖課堂教學改革的探索與實踐[J]. 圖學學報, 2014, 35(2): 296-725.

[7] 張宗波, 王珉, 吳寶貴, 等. “線上線下融合式”工程圖學課程建設與教學實踐[J]. 圖學學報, 2016, 37(5): 718-725.

[8] 徐碧波. 布魯姆的掌握學習理論[J]. 湖北大學學報: 哲學社會科學版, 1992(3): 66-70.

Research and Practice on Student-Centered Mixed Teaching Mode in Mechanical Engineering Graphics

DING Qiao, ZHANG Mengmei, LI Maosheng, SUN Yihong, HAN Liyan

(School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Petrochemical Technology, Beijing 102617, China)

Nowadays, It is not easy for students in the common universities to imagine the shape of a 3D object from a group of 2D views when they are learning the course of the mechanical engineering graphics. Some students are less self-binding and their learning initiative is not high. Therefore, the blended learning has been carried out in the process of instruction, based on the Bloom’s mastery learning theory and the American undergraduate education reform in Research-oriented universities which has been developed on the student centered (SC) Learning since 1980s. It includes SC large class teaching and small class discussion, online and offline class, combination of theory and practice. The result shows the blended learning has promoted students self-study and improved the quality of teaching.

mechanical engineering graphics; teaching mode; spatial imagination ability; mastery learning theory

TB 23

10.11996/JG.j.2095-302X.2018020362

A

2095-302X(2018)02-0362-05

2017-06-12；

2017-07-20

北京石油化工學院教育教學改革與研究重點項目(ZD20170201)

丁 喬(1969–)，女，黑龍江哈爾濱人，副教授，博士。主要研究方向為工程圖學。E-mail：dingqiao@bipt.edu.cn