基于“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的工程制圖混合式教學(xué)模式實踐與研究

高 菲，王丹虹，王雪飛

（大連理工大學(xué)，遼寧大連 116023）

構(gòu)建新興工科與傳統(tǒng)工科相結(jié)合的學(xué)科專業(yè)新結(jié)構(gòu)，已成為高校建設(shè)和發(fā)展新工科迫切需要解決的問題[1]。在機(jī)械相關(guān)行業(yè)，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)、智能制造技術(shù)、3D打印技術(shù)構(gòu)成了制造業(yè)新業(yè)態(tài)[2]。這三大技術(shù)的核心作用對象是“三維模型”。當(dāng)前制造業(yè)，從“甩圖板”到“甩圖紙”，三維設(shè)計逐步取代傳統(tǒng)的二維設(shè)計[3]。三維設(shè)計及即將到來的三維表達(dá)時代對制造業(yè)從業(yè)人員的圖學(xué)基礎(chǔ)有了新的要求[4]。因此，大連理工大學(xué)工程制圖教學(xué)團(tuán)隊，積極探索與三維設(shè)計相適應(yīng)的圖學(xué)基礎(chǔ)，加強(qiáng)了三維設(shè)計要求的正確構(gòu)形思維能力的訓(xùn)練。

一、基于滿足行業(yè)需求的新課程知識體系，建設(shè)在線開放課程（慕課）

根據(jù)十年來“工程圖學(xué)”課程教學(xué)改革的研究與實踐，依據(jù)機(jī)械工業(yè)行業(yè)現(xiàn)狀，大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室編寫了《現(xiàn)代工程制圖》新形態(tài)教材，于2017年2月由高等教育出版社出版。針對設(shè)計方法和手段對產(chǎn)品表達(dá)的需求，教材重構(gòu)了形體形狀的描述與構(gòu)形、投影法和機(jī)械圖樣畫法相融合的新知識體系，為學(xué)生掌握企業(yè)目前普遍應(yīng)用的現(xiàn)代設(shè)計方法打下圖學(xué)基礎(chǔ)。

大連理工大學(xué)圍繞新知識體系建設(shè)了數(shù)字化教學(xué)資源，于2016年至2017年在中國大學(xué)慕課平臺上發(fā)布了在線開放課程“現(xiàn)代工程制圖（上）（下）”。團(tuán)隊教師總結(jié)了長期教學(xué)改革實踐經(jīng)驗，精心提煉了教學(xué)內(nèi)容，運用現(xiàn)代教育技術(shù)研制了授課資源，認(rèn)真研究慕課學(xué)習(xí)的特點，錄制了高水平的教學(xué)視頻。與知識點配套發(fā)布的“在線測試”，具有學(xué)習(xí)和測試兩大功能，除了檢驗概念、投影特性等基本知識的掌握情況之外，重點訓(xùn)練學(xué)生的構(gòu)形思維能力。

目前，“現(xiàn)代工程制圖（上）”在中國大學(xué)慕課平臺上已經(jīng)開課11輪，“現(xiàn)代工程制圖（下）”開課10輪；在中國大學(xué)慕課平臺選課人數(shù)累計達(dá)到12.5萬人次，在校生平均年受益約3000人。“現(xiàn)代工程制圖（上）（下）”于2018年12月獲批教育部國家精品在線開放課程。

二、創(chuàng)新育人手段，踐行基于“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的工程制圖混合式教學(xué)模式

課程是高等教育最基礎(chǔ)的細(xì)胞，除了承載知識傳授和能力培養(yǎng)兩大功能之外，更應(yīng)承擔(dān)育人使命。基于此，團(tuán)隊教師打破了學(xué)生對面授的依賴，使學(xué)生走出舒適區(qū)，嘗試并適應(yīng)主動學(xué)習(xí)。第一學(xué)期以“自適應(yīng)式”模式為主。學(xué)生在課前進(jìn)行線上學(xué)習(xí)和測試，教師則在線下采用翻轉(zhuǎn)課堂模式通過測試考查學(xué)生學(xué)習(xí)效果，對問題進(jìn)行分析、討論、綜合、修正，引導(dǎo)學(xué)生將知識內(nèi)化為能力。第二學(xué)期以“項目式”合作方式開展學(xué)習(xí)，完成綜合性專業(yè)圖項目實踐。經(jīng)過幾輪的新模式教學(xué)實踐，學(xué)生有了“嚴(yán)謹(jǐn)、耐心”的自覺、“主動、計劃”的自覺，注重細(xì)節(jié)刨根問底的學(xué)生多了，不求甚解的學(xué)生少了。學(xué)生通過主動實踐，養(yǎng)成受益終生的良好習(xí)慣。

（一）翻轉(zhuǎn)課堂

在教學(xué)實踐過程中，團(tuán)隊教師深切體會到翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計對保證教學(xué)效果至關(guān)重要[5]。團(tuán)隊教師對翻轉(zhuǎn)課堂如何與線上內(nèi)容（慕課）配合、如何在設(shè)計每個知識點時引入情境、怎樣與學(xué)生開展充分的互動，以及學(xué)生之間的互教互學(xué)等，進(jìn)行自主思考，在這個過程中實現(xiàn)對翻轉(zhuǎn)課堂與知識點融合的深層理解。對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計進(jìn)行細(xì)化，才能有效地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)[6]。教學(xué)團(tuán)隊組織骨干教師深入討論，整理總結(jié)出一整套翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計方案。

首先，整理學(xué)生在慕課討論區(qū)及學(xué)習(xí)群里的常見問題，對這些問題進(jìn)行分析、解答，對學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中遇到的難點和易錯點，進(jìn)行全方位的解答。其次，針對問題進(jìn)行分析歸類，積極調(diào)整翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)內(nèi)容，形成學(xué)生常見問題知識庫。最后，教師在完成一次翻轉(zhuǎn)課堂后，針對課堂設(shè)計進(jìn)行效果評價，提出心得和體會，邊實踐、邊總結(jié)，不斷完善課堂教學(xué)設(shè)計方案、豐富知識庫資源。

“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式使課程由單向的知識傳授，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的主動獲取[7]。教師角色從講授者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者。教師通過翻轉(zhuǎn)課堂的引導(dǎo)與補(bǔ)充、總結(jié)、分析與綜合、項目實踐活動等多種教學(xué)方式，幫助學(xué)生將知識內(nèi)化為能力。

表2 “現(xiàn)代工程制圖（下）”成績評定對比 （%）

（二）項目實踐

教師針對專業(yè)圖，設(shè)計綜合性實踐項目，選擇典型的工業(yè)產(chǎn)品，讓學(xué)生完成零件的測繪、表達(dá)、三維建模及裝配、出圖等任務(wù)，在配備電腦的實驗室里邊測繪、邊建模，使其通過綜合實踐項目把課程中許多孤立的知識點有效結(jié)合起來，并且把創(chuàng)新設(shè)計融入其中。這對學(xué)生初步建立工程意識和設(shè)計思想、產(chǎn)品構(gòu)成的整體意識具有重要作用。綜合性項目實踐改變了以往學(xué)生學(xué)到了許多孤立的知識卻依然缺乏工程意識的弊端。其注重體現(xiàn)學(xué)科之間的集成和關(guān)聯(lián)，使教師注重教授現(xiàn)代工程設(shè)計理念和初步方法，而不是專注于教授軟件工具的使用方法。在項目實踐、自主學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生通過小組合作、講練結(jié)合、面授與討論結(jié)合等方式培養(yǎng)創(chuàng)新的思維方式、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、敬業(yè)精神和合作精神。

三、新模式下的課程教學(xué)質(zhì)量保障措施得當(dāng)，形成了混合式教學(xué)模式解決方案

混合式教學(xué)模式解決方案包括線上線下授課資源，混合式教學(xué)模式教師手冊、助教手冊，交互式訓(xùn)練系統(tǒng)等。線上授課資源包括授課視頻、在線測試題庫、典型例題、討論專題。線下授課資源包括課堂測試題、習(xí)題、翻轉(zhuǎn)課堂電子教案、電子解題指導(dǎo)、習(xí)題答案及評分標(biāo)準(zhǔn)、課堂測試解析并形成自測題庫及評分標(biāo)準(zhǔn)、徒手繪圖范圖、作業(yè)問題解析、零件圖項目實踐圖紙、裝配圖項目實踐圖紙、項目實踐報告、上機(jī)練習(xí)題、上機(jī)模擬題、上機(jī)測試題、調(diào)查問卷等。

團(tuán)隊教師充滿熱情并認(rèn)真負(fù)責(zé)地設(shè)計和管理各教學(xué)環(huán)節(jié)（如線下課堂測試、線上專題討論、三維設(shè)計工具使用、上機(jī)測試、徒手繪圖、兩個專業(yè)圖項目實踐），以“過程考核”控制各教學(xué)環(huán)節(jié)，并將工程技術(shù)從業(yè)人員基本素質(zhì)的培養(yǎng)納入考核指標(biāo)，提高對學(xué)生作品（作業(yè)、測驗、項目圖紙及報告）規(guī)范性、嚴(yán)謹(jǐn)性的要求。兩個學(xué)期的成績評定方法如表1和表2所示。

表1 “現(xiàn)代工程制圖（上）”成績評定對比 （%）

考核方法保證了學(xué)生投入到學(xué)習(xí)全過程，效果提升顯而易見。學(xué)生的課程總成績包括線上、線下兩部分。由于學(xué)生能力提升明顯，線上、線下試題難度均比傳統(tǒng)課程的試題難度有不同程度的提高。

“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學(xué)模式解決方案，既服務(wù)于從事制圖課程的教師，保證教學(xué)質(zhì)量，也為培養(yǎng)青年教師提供了有效途徑。

四、主要教學(xué)成果

（一）學(xué)生成績顯著提高

“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合式教學(xué)模式，推動了課堂革命[8]。慕課視頻和在線測試取代了知識性的面授。翻轉(zhuǎn)課堂中的課堂測試，檢查學(xué)生的自學(xué)效果；總結(jié)性和引導(dǎo)性的面授，啟發(fā)學(xué)生思維，開展問題的探索和課堂討論。學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的同時，培養(yǎng)了軟實力和硬功夫，能力和技能明顯提高。以2018年夏季學(xué)期工程制圖C1期末考試為例，慕課班平均分遠(yuǎn)高于非慕課班，并且慕課班90分以上的學(xué)生數(shù)量明顯增加。這說明線上教學(xué)資源能夠滿足優(yōu)秀學(xué)生對知識深度和寬度拓展的需求，討論與交流平臺能夠及時解決學(xué)生在學(xué)習(xí)中的困難[9]。通過慕課班與非慕課班各分?jǐn)?shù)段人數(shù)對比可以看出，學(xué)生成績分布的峰值分?jǐn)?shù)段有效前移，“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式模式促進(jìn)學(xué)生整體知識水平的提高（圖1）。

圖1 慕課班與非慕課班各分?jǐn)?shù)段人數(shù)對比

（二）學(xué)生軟實力顯著增強(qiáng)，獲得感強(qiáng)，育人效果明顯

學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、時間管理能力增強(qiáng)；作業(yè)更規(guī)范、錯誤率下降；構(gòu)形能力、讀圖能力均大幅提高。在2019年全國大學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計大賽中有9組學(xué)生獲獎。學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度、作業(yè)質(zhì)量都體現(xiàn)出嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、認(rèn)真、耐心等工程技術(shù)人員必備的核心素養(yǎng)。學(xué)業(yè)完成率高于傳統(tǒng)課程，表明學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠保持自律，并自主解決問題。

學(xué)生獲得感強(qiáng)。有學(xué)生表示，“在課程中收獲很多，這種以學(xué)生為主體的混合式教學(xué)模式最大限度地激發(fā)了學(xué)生的積極性，我們的動手能力、合作意識、自主學(xué)習(xí)的熱情都展現(xiàn)出來，對課堂氣氛、激烈的討論都留下很深的印象”。

還有學(xué)生表示，“在學(xué)習(xí)過程中遇到了許多困難，都在老師的指導(dǎo)和自己的摸索下找到了解決的方法，在這一過程中老師充當(dāng)了一個引導(dǎo)者的角色，我們是自主學(xué)習(xí)，這樣學(xué)到的知識才真正屬于自己”。

（三）促進(jìn)了教師專業(yè)發(fā)展，提高了教師執(zhí)教能力

以教學(xué)改革為契機(jī)，通過實施以學(xué)生為中心的教學(xué)新模式，培養(yǎng)和鍛煉團(tuán)隊教師。教研室通過開展經(jīng)常性的教研活動，活躍教師教學(xué)思想，提高其責(zé)任感和使命感，在推動教學(xué)改革的同時，促進(jìn)教師的專業(yè)發(fā)展，整體提升團(tuán)隊教師的教學(xué)水平和其在信息化環(huán)境中創(chuàng)新課程教學(xué)的能力，取得了教師、學(xué)生雙贏的結(jié)果。

團(tuán)隊教師調(diào)整知識體系，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)內(nèi)容滿足行業(yè)數(shù)字化設(shè)計、智能制造、3D打印技術(shù)對產(chǎn)品模型表達(dá)的要求，契合新工科背景下教學(xué)與行業(yè)發(fā)展新業(yè)態(tài)緊密結(jié)合的趨勢。在二維、三維表達(dá)并存的當(dāng)下，團(tuán)隊教師探索教學(xué)內(nèi)容合理取舍的平衡點，解決“學(xué)什么”的問題。“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”“自主學(xué)習(xí)+合作學(xué)習(xí)”取代了傳統(tǒng)課程的面授環(huán)節(jié)，知識的傳授通過線上線下的數(shù)字化學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)實現(xiàn)。翻轉(zhuǎn)課堂檢測學(xué)生學(xué)習(xí)效果，并對學(xué)生所學(xué)做補(bǔ)充與修正、分析與綜合，實現(xiàn)課堂革命，解決“怎么學(xué)”的問題。

以教材、資源、隊伍建設(shè)促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提升。精心設(shè)計的教學(xué)環(huán)節(jié)，高水平、豐富的教學(xué)資源，現(xiàn)代化的教學(xué)手段，科學(xué)的過程管理與考評機(jī)制，教師的引導(dǎo)與幫助等一系列措施形成“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的混合式教學(xué)模式的解決方案，保證了學(xué)生有效學(xué)習(xí)，實現(xiàn)了向以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心的轉(zhuǎn)變，與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，學(xué)生知識、能力大幅度提升。