“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、教學內容重組和教學內容呈現等三個方面進行“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，學生走上講臺翻轉課堂，針對不同教學內容和反饋結果調整不同的授課方法，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，可以看到創新的教學方法融合現代信息技術是現代教學的發展趨勢，混合式教學模式給“工程圖學”教學的深化改革和創新提供了思路。

[關鍵詞] 工程圖學;混合式教學;翻轉課堂;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數字化設計制造、數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

現代信息技術和網絡技術的發展，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新。知識的傳播路徑由單一轉向多元，在線網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、教學質量難以掌控等問題，導致目前還無法動搖傳統教學的穩固地位。而混合式教學強調把傳統教學和在線教學的優勢有機地融合起來，使二者優勢互補，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，開展了關于現場教學、在線教學和混合式教學方面的實證研究，結果表明：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[1-3]。新冠肺炎疫情暴發以后，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課堂教學實踐的對比發現，網絡在線教學有其固有的優勢，但傳統的課堂教學是不可替代的。因此，針對“工程圖學”課程教學，充分融合傳統教學和在線教學的優勢，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”教學的改革與創新。

一、混合式教學模式設計

傳統的“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，課件內容提前錄播發給學生，MOOC課程資源作為課程內容的有利輔助，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絡條件限制，教師往往無法像現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課堂教學和網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容調整不同的授課方法，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，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，結合學生意愿和傳統“工程圖學”課堂教學與在線課堂教學經驗，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合傳統課堂教學和線上教學的優勢，由教師主導教學活動的實施：（1）利用云班課平臺將下節課的知識點課程資源進行發布，讓學生進行知識點預習，學生可以在討論區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）根據討論和測試結果及時調整現場上課節奏，將授課內容聚焦于重點、難點和有疑問的內容上。此外，針對授課內容的不同，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，該環節可以在課堂上實施，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布和布置作業活動，所有作業提交后，再通過平臺發布“形圖兼備”的習題解答，使學生加深對題目的理解，鞏固課程知識。（5）進行本次課程內容相關拓展內容的發布，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，學生根據興趣和精力進行自主學習，自我進行知識重構與思考。（6）創建課后答疑活動，不定期進行課程的調查問卷，收集學生問題、意見和建議，結合平臺數據的匯總和分析功能，重構和調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）教學內容重組

針對“工程圖學”所講授內容而言，目前章節組織已經非常成熟，但僅把課件講義進行在線發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節。二是課件講義提前發放后，在現場授課環節，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”混合式教學設計環節，對教學內容進行了知識點的梳理，構建了扁平化的知識點組織結構，該組織結構建立了17個二級知識點及110個細節知識點，包括圖學發展史、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、復雜組合體構形、軸測投影、機械制圖國標、圖樣畫法、機械零件構形與表達、裝配體構形與表達等。

將課程內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容的再組織。通過預發布引導學生預習知識點內容，一方面使得學生在預習環節意猶未盡，帶著進一步“求知”的態度進行課堂學習;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節的參與率，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容知識，提高學習質量。

（三）課程資源呈現

“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。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，在線發布的課程資源除了包含靜態的文本資源（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，充分利用現代信息化手段開發“圖形兼備”的電子課件，幫助學生建立起“形”與“圖”之間的關聯，一方面可以提升學生的教學體驗，激發學生學習興趣，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布，如圖2所示通過二維碼建立起二維圖與形之間的關聯。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、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）基于所構建的測試題庫，針對每節課內容進行自測，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、研究學習和創新提供重要的資源保證。（5）翻轉課堂，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容的表達和學生的反應，促進后續教學的改進。（6）數據統計分析，如作業參與、課堂答疑、課堂測試、資源查看、出勤情況和調查問卷等，從而可以形成全員的調查反饋，及時發現教學中出現的問題，從而可以快速響應和及時調整。在經歷了一學期完整的傳統課堂教學和一學期網絡在線學習之后，在學生中進行一次調查問卷，某小班51人參與調查問卷，33%的學生期望采用傳統的課堂教學，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學生的意愿。在課程實踐過程中，也調查了學生走上講臺的看法和意愿，大多數學生認為翻轉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。

結語

通過“工程圖學”混合式教學的探索和實踐，可以看到傳統的課堂教學是不可或缺的，但其輔以適當的在線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，提升教學質量。經過實踐發現，課程內容的不同，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，開發豐富的課件內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，創新的教學方法融合現代信息技術是現代教學的發展趨勢。

參考文獻

[1]蕭時誠，秦淑娟.混合學習模式實證研究[J].高等農業教育，2014（7）：58-61.

[2]俞福麗.混合式教學模式下高校教師信息化素養提升路徑研究[J].中國大學教學，2021（3）：86-90.

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

[4]馮曉英，王瑞雪，吳怡君.國內外混合式教學研究現狀述評——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.促進深度學習的高校混合式教學設計研究[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