基于“慕課+翻轉課堂”的工程制圖混合式教學模式實踐與研究

高 菲，王丹虹，王雪飛

（大連理工大學，遼寧大連 116023）

構建新興工科與傳統工科相結合的學科專業新結構，已成為高校建設和發展新工科迫切需要解決的問題[1]。在機械相關行業，數字化設計技術、智能制造技術、3D打印技術構成了制造業新業態[2]。這三大技術的核心作用對象是“三維模型”。當前制造業，從“甩圖板”到“甩圖紙”，三維設計逐步取代傳統的二維設計[3]。三維設計及即將到來的三維表達時代對制造業從業人員的圖學基礎有了新的要求[4]。因此，大連理工大學工程制圖教學團隊，積極探索與三維設計相適應的圖學基礎，加強了三維設計要求的正確構形思維能力的訓練。

一、基于滿足行業需求的新課程知識體系，建設在線開放課程（慕課）

根據十年來“工程圖學”課程教學改革的研究與實踐，依據機械工業行業現狀，大連理工大學工程圖學教研室編寫了《現代工程制圖》新形態教材，于2017年2月由高等教育出版社出版。針對設計方法和手段對產品表達的需求，教材重構了形體形狀的描述與構形、投影法和機械圖樣畫法相融合的新知識體系，為學生掌握企業目前普遍應用的現代設計方法打下圖學基礎。

大連理工大學圍繞新知識體系建設了數字化教學資源，于2016年至2017年在中國大學慕課平臺上發布了在線開放課程“現代工程制圖（上）（下）”。團隊教師總結了長期教學改革實踐經驗，精心提煉了教學內容，運用現代教育技術研制了授課資源，認真研究慕課學習的特點，錄制了高水平的教學視頻。與知識點配套發布的“在線測試”，具有學習和測試兩大功能，除了檢驗概念、投影特性等基本知識的掌握情況之外，重點訓練學生的構形思維能力。

目前，“現代工程制圖（上）”在中國大學慕課平臺上已經開課11輪，“現代工程制圖（下）”開課10輪；在中國大學慕課平臺選課人數累計達到12.5萬人次，在校生平均年受益約3000人?！艾F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、創新育人手段，踐行基于“慕課+翻轉課堂”的工程制圖混合式教學模式

課程是高等教育最基礎的細胞，除了承載知識傳授和能力培養兩大功能之外，更應承擔育人使命。基于此，團隊教師打破了學生對面授的依賴，使學生走出舒適區，嘗試并適應主動學習。第一學期以“自適應式”模式為主。學生在課前進行線上學習和測試，教師則在線下采用翻轉課堂模式通過測試考查學生學習效果，對問題進行分析、討論、綜合、修正，引導學生將知識內化為能力。第二學期以“項目式”合作方式開展學習，完成綜合性專業圖項目實踐。經過幾輪的新模式教學實踐，學生有了“嚴謹、耐心”的自覺、“主動、計劃”的自覺，注重細節刨根問底的學生多了，不求甚解的學生少了。學生通過主動實踐，養成受益終生的良好習慣。

（一）翻轉課堂

在教學實踐過程中，團隊教師深切體會到翻轉課堂的教學設計對保證教學效果至關重要[5]。團隊教師對翻轉課堂如何與線上內容（慕課）配合、如何在設計每個知識點時引入情境、怎樣與學生開展充分的互動，以及學生之間的互教互學等，進行自主思考，在這個過程中實現對翻轉課堂與知識點融合的深層理解。對翻轉課堂教學設計進行細化，才能有效地達成教學目標[6]。教學團隊組織骨干教師深入討論，整理總結出一整套翻轉課堂教學設計方案。

首先，整理學生在慕課討論區及學習群里的常見問題，對這些問題進行分析、解答，對學生在課程學習中遇到的難點和易錯點，進行全方位的解答。其次，針對問題進行分析歸類，積極調整翻轉課堂的教學內容，形成學生常見問題知識庫。最后，教師在完成一次翻轉課堂后，針對課堂設計進行效果評價，提出心得和體會，邊實踐、邊總結，不斷完善課堂教學設計方案、豐富知識庫資源。

“慕課+翻轉課堂”教學模式使課程由單向的知識傳授，轉變為學生自主學習、合作學習的主動獲取[7]。教師角色從講授者轉變為引導者。教師通過翻轉課堂的引導與補充、總結、分析與綜合、項目實踐活動等多種教學方式，幫助學生將知識內化為能力。

表2 “現代工程制圖（下）”成績評定對比 （%）

（二）項目實踐

教師針對專業圖，設計綜合性實踐項目，選擇典型的工業產品，讓學生完成零件的測繪、表達、三維建模及裝配、出圖等任務，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合起來，并且把創新設計融入其中。這對學生初步建立工程意識和設計思想、產品構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生學到了許多孤立的知識卻依然缺乏工程意識的弊端。其注重體現學科之間的集成和關聯，使教師注重教授現代工程設計理念和初步方法，而不是專注于教授軟件工具的使用方法。在項目實踐、自主學習的過程中，學生通過小組合作、講練結合、面授與討論結合等方式培養創新的思維方式、嚴謹的工作作風、敬業精神和合作精神。

三、新模式下的課程教學質量保障措施得當，形成了混合式教學模式解決方案

混合式教學模式解決方案包括線上線下授課資源，混合式教學模式教師手冊、助教手冊，交互式訓練系統等。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、習題、翻轉課堂電子教案、電子解題指導、習題答案及評分標準、課堂測試解析并形成自測題庫及評分標準、徒手繪圖范圖、作業問題解析、零件圖項目實踐圖紙、裝配圖項目實踐圖紙、項目實踐報告、上機練習題、上機模擬題、上機測試題、調查問卷等。

團隊教師充滿熱情并認真負責地設計和管理各教學環節（如線下課堂測試、線上專題討論、三維設計工具使用、上機測試、徒手繪圖、兩個專業圖項目實踐），以“過程考核”控制各教學環節，并將工程技術從業人員基本素質的培養納入考核指標，提高對學生作品（作業、測驗、項目圖紙及報告）規范性、嚴謹性的要求。兩個學期的成績評定方法如表1和表2所示。

表1 “現代工程制圖（上）”成績評定對比 （%）

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

“慕課+翻轉課堂”混合式教學模式解決方案，既服務于從事制圖課程的教師，保證教學質量，也為培養青年教師提供了有效途徑。

四、主要教學成果

（一）學生成績顯著提高

“慕課+翻轉課堂”的混合式教學模式，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。翻轉課堂中的課堂測試，檢查學生的自學效果；總結性和引導性的面授，啟發學生思維，開展問題的探索和課堂討論。學生在學習知識的同時，培養了軟實力和硬功夫，能力和技能明顯提高。以2018年夏季學期工程制圖C1期末考試為例，慕課班平均分遠高于非慕課班，并且慕課班90分以上的學生數量明顯增加。這說明線上教學資源能夠滿足優秀學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生在學習中的困難[9]。通過慕課班與非慕課班各分數段人數對比可以看出，學生成績分布的峰值分數段有效前移，“慕課+翻轉課堂”混合式模式促進學生整體知識水平的提高（圖1）。

圖1 慕課班與非慕課班各分數段人數對比

（二）學生軟實力顯著增強，獲得感強，育人效果明顯

學生自主學習能力、時間管理能力增強；作業更規范、錯誤率下降；構形能力、讀圖能力均大幅提高。在2019年全國大學生機械產品數字化設計大賽中有9組學生獲獎。學生學習態度、作業質量都體現出嚴謹、細致、認真、耐心等工程技術人員必備的核心素養。學業完成率高于傳統課程，表明學生在學習過程中能夠保持自律，并自主解決問題。

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

還有學生表示，“在學習過程中遇到了許多困難，都在老師的指導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了一個引導者的角色，我們是自主學習，這樣學到的知識才真正屬于自己”。

（三）促進了教師專業發展，提高了教師執教能力

以教學改革為契機，通過實施以學生為中心的教學新模式，培養和鍛煉團隊教師。教研室通過開展經常性的教研活動，活躍教師教學思想，提高其責任感和使命感，在推動教學改革的同時，促進教師的專業發展，整體提升團隊教師的教學水平和其在信息化環境中創新課程教學的能力，取得了教師、學生雙贏的結果。

團隊教師調整知識體系，重構教學內容，使教學內容滿足行業數字化設計、智能制造、3D打印技術對產品模型表達的要求，契合新工科背景下教學與行業發展新業態緊密結合的趨勢。在二維、三維表達并存的當下，團隊教師探索教學內容合理取舍的平衡點，解決“學什么”的問題。“慕課+翻轉課堂”“自主學習+合作學習”取代了傳統課程的面授環節，知識的傳授通過線上線下的數字化學習和合作學習實現。翻轉課堂檢測學生學習效果，并對學生所學做補充與修正、分析與綜合，實現課堂革命，解決“怎么學”的問題。

以教材、資源、隊伍建設促進教學質量穩步提升。精心設計的教學環節，高水平、豐富的教學資源，現代化的教學手段，科學的過程管理與考評機制，教師的引導與幫助等一系列措施形成“慕課+翻轉課堂”的混合式教學模式的解決方案，保證了學生有效學習，實現了向以學生學習為中心的轉變，與傳統教學模式相比，學生知識、能力大幅度提升。