基于線上線下混合模式的電子工程制圖改革與實踐*

郭善新 林旭云 李小燕 余運龍

福建江夏學院電子信息科學學院 福州 350108

0 引言

近年，教育部分別出臺了《教育信息化2.0行動計劃》《教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》等系列文件，提出了線上線下教學概念。2020年受新冠疫情影響，慕課超星泛雅雨課堂等在線平臺資源免費開放，教學主體充分利用了這些資源開展了線上教學活動，積累了寶貴的實踐經驗。當前，政策層面仍然鼓勵教學主體單位充分利用“互聯網+”教學平臺和網絡資源開展線上教學，作為對線下教學強有力的補充[1]，線上線下教學將成為很長一段時間內新冠疫情防控常態化下采取的合理、有效的課程教學模式。

在高等工科課程中，電子工程制圖是一門針對設計專項訓練的基礎必修課，其主要研究用投影法解決空間幾何的問題，把空間物體在平面上得以表達[2]，學生除了要掌握工程圖樣的繪制和閱讀的基本理論和方法，還需重點掌握AutoCAD、CAXA，了解PROE、UG、Inventor等專用軟件，通過這些軟件的學習培養解決設計和制造的專業能力[3]。電子信息科學學院的課程安排在大學二年級下學期，學生已初步具備使用計算機的操作能力。

1 電子工程制圖內容及存在的問題

目前，在課程的教育實踐中出現的問題和現象主要包括以下四個方面。

第一，課程軟件實踐性較強，傳統教學采用教—學—作的教學模式，教師先在機房教一遍，學生仿照做一遍，學生只會學到簡單的操作命令，這種方式是應用型大學制圖類課程的普遍方法[4]，這種方法下的學生只知其然而不知其所以然，頭腦中不能建立起設計的概念，學完后沒有自己的建模思想也不知道怎么去解決工程設計。

第二，課程具有強實踐的特性，必須以基礎的理論知識為支撐結合相關的實踐案例來指導。目前，教師講完畫法幾何的相關知識即開始線下教軟件，更多情況下也僅講授軟件的操作[5]，缺乏基礎知識與軟件的過渡銜接，與實際工程的聯系也有脫鉤。學生建立不起自上而下的設計理念，只會用軟件抄圖、轉圖，且沒有對其同類軟件比較，只能學到軟件的一些通用模塊[6]。

第三，課程有理論與實操部分，目前課程的考核采用純理論考試或軟件考試的形式都不合適。理論考試不能完全反映軟件操作的掌握情況，而軟件考試在短時間內，難以真正體現學生掌握知識的水平，難以展示設計能力，考試結果也不能反映學生的設計思想[7]。

第四，目前大多數應用型本科的電子工程制圖課程為32學時，課時相對較短。學生在這么短的時間內完全掌握設計圖紙概念和軟件操作不現實，更不用說理解更為深層的自上而下理念[8]。

2 電子工程制圖課程改革與實踐

針對出現的問題或發生的現象，艾明晶[9]、崔澍[10]、于斐[11]、孫霽雯[12]等采用了傳統自主在線學習和線下輔導的教學改革模式[13]，培養了學生自主學習的能力，也能提高學生的學習效率。但是，課程缺乏與工程實際的緊密貼合，且學院光電系學生存在學習任務繁重，學習主動性、積極性較差等問題，讓學生在課下花費一兩個小時去學習下一節課的課堂全部知識點，實現起來難度較大。所以傳統意義上的線上線下模式[14]并不完全適用于當前學院的學生。如何利用豐富的多媒體資源，同時讓傳統的“板書教學”以另一種形式進入線上，以及如何讓理論與實踐相結合，使學生真正“理解、思考、畫好”，是本課程當前教學設計的一個重要理念[15]。

2.1 搭建線上線下教學平臺

既要發揮線上的優勢又要根據學生的實際情況制定線下教學，有機地把兩者結合起來形成一種新的“線上”+“線下”的教學方式，形成線上線下融合式教學。通過這種教學方式，把學習者的學習由淺到深地引向深度學習，把課程理論與實踐進行融合，與社會需求不脫節。在此基礎上提出改革的舉措。教學前，教師應到企業進行調查研究，了解企業對本專業人員的素養要求，了解企業新產品的設計和制造過程，然后將企業項目設計好，錄制視頻并按類別保存。教師把錄制的視頻上傳到線上，圍繞課程要點和教材內容進行線下授課，然后，引導學生學習線上課程的基本知識和主要內容。在線上環節，教師可讓學生對項目進行設計，經線上發布和在線討論確定最佳方案，在此，學生可以隨時提問，教師可以隨時答疑，充分發揮線上的特點。將理論知識點與實踐創新相結合，進行客觀有效的教學評價。構建的線上線下教學平臺，如圖1所示。

圖1 電子工程制圖課程線上線下混合式教學平臺搭建

2.2 構建立體化制圖教學新體系

課程線上線下融合式教學平臺的搭建總體上分為課外線上課程、課內線下課堂和課外線下實踐三個主要部分。在課外線上課程部分主要是通過慕課超星泛雅雨課堂等在線平臺發布：a.課程引導，發布課程任務；b.預習在線授課視頻；c.課前在線測驗（系統批改）；d.課后在線作業（學生互評）；e.在線討論，答疑；f.分享學習經驗。同時，把有關的輔助教學資源諸如電子工程制圖精品資源等通過QQ微信提前進行共享。在課內的線下課程部分主要還是依照電子工程制圖（教材、習題集）進行32學時（含16學時上機及尺規作圖實踐）的教學，包括：a.對線上線下的課程引導，進行內容梳理；b.互動討論，討論式學習；c.線下大、小作業，課后輔導；d.上機實踐，尺規作圖。在課外線下實踐部分，主要是進行線下培訓和課外輔導積極參加科創類競賽，積極組織學生參加制圖類的學科競賽。然后對所有課內外線上線下的過程進行全方位的監督，對于檢驗出的薄弱環節積極提出反饋，根據反饋的意見持續閉環改進。教學體系如圖2所示。

圖2 電子工程制圖課程任務主線

2.3 整合教學內容，進行線上線下混合式教學

課程教學目標為：熟悉國家標準，理解投影法，掌握常用繪圖技巧，能正確使用繪圖工具，掌握徒手繪圖的技能，初步掌握軟件繪圖的基本技能，熟悉本專業圖紙的內容和特點。制定課程的核心主線：學習投影的基本知識，包括點線面的投影；學習立體的投影、組合體的投影知識；學習標準件、常用件、零件圖和裝配圖的投影知識，能利用零件圖拼出裝配圖，能利用裝配圖拆畫出零件圖。

在投影的基本知識、立體的投影、組合體的投影和標準件的投影環節安排尺規作圖環節；在投影的基本知識、零件圖和裝配圖階段安排了AutoCADCAXA軟件制圖環節；為了進一步培養學生的空間想象和形體表達能力，分別在立體的投影、組合體的投影、標準件、零件圖和裝配圖階段安排線上課程三維軟件建模過程、三維軟件的標準庫、裝配圖、生成表達視圖及制作拆裝動畫及工作原理仿真并輔以實例來理解（如：減速箱、齒輪泵建模等）。

2.4 教學任務

本課程課內線下課堂教學采用由王菊槐、劉東燊主編的《工程圖學》教材以及配套的《工程圖學習題集（第2版）》。本課程實踐性強，學生應獨立完成一定量的練習和繪圖作業。為了提高對實際工程的理解，將線下教學、線上視頻、三維建模、虛擬仿真與工程實踐相結合，待課程結束時，安排一周左右的線下學習時間，以便學生能夠系統化整合所學內容。課程實施改革前后的學時安排見表1電子工程制圖課程混合式教學前后的教學任務學時安排，由表中可見，在重難點章節分別安排了線上課堂。改革前的學時安排為32學時，改革后線上有11學時，線下有21學時，總的學時不變。

表1 電子工程制圖課程混合式教學前后的教學任務學時安排

3 電子工程制圖教學改革效果評價

3.1 慕課數據統計

教師在后臺可以獲得全部的線上教學數據，根據教學數據可以設置觀察點隨時查看學習人數、復習人數、練習人數、交流人數、學習活躍度、在線檢驗、點擊率和滿意度等，并把各階段觀察點的數據進行檢驗反饋，根據反饋數據制定策略實現可持續的改進方案。比如圖3為線上線下混合式教學試點班線上數據統計，可以發現數據的占比基本在90%以上，說明學生熱情高漲對這種線上線下混合式教學的參與度和滿意較高。學習人數為最高，平均可以達到96.81%；由于采用了線上課程交流人數占比是所有數據中最低的，平均為91.67%。也可以全面了解每個章節的學習情況，比如前面幾個章節的知識點較簡單學習人數和點擊率比較高，后面的幾個章節知識點較難且較為抽象，其點擊率和滿意度較差。通過這種非常全面的教學數據反饋可以及時地調整教學方式。

圖3 線上線下混合式教學試點班線上數據統計

3.2 教學效果調查

為了驗證本次線上線下混合教學模式的教學效果，特制定了調查計劃（見圖4），調查項目涉及：對課堂知識的理解方面、對提高實踐操作方面、自主學習能力方面、便于師生交流互動方面、激發學生興趣方面、提高學習效果方面、對課后實踐的有效引導方面、對線上教學資源的滿意度、對線上學習活動設計的滿意度、能力提升、啟發思維、參與度提高、團隊協作、教學效果等14個維度。根據調查結果來看本次的教學方式在對提高實踐操作方面、對課后實踐的有效引導方面、能力提升、啟發思維等方面有較高的評價，在便于師生交流互動方面、激發學生興趣方面、對課堂知識的理解方面、團隊協作方面還存在薄弱環節，但就整體來看，還在允許范圍之內。

圖4 線上線下混合教學模式調查情況

3.3 成績對比

本課程的特點是實踐性強，課堂改革實施前單一的一張試卷不能客觀全面地體現學生的能力。課堂改革后把平時的課前在線測驗、課后在線作業、在線討論、分享學習經驗、線下作業、尺規作圖、上機實踐等環節都納入考核體系。權重比例為：平時考勤+課前在線測驗+課后在線作業+在線討論+分享學習經驗占20%，尺規作圖+上機報告占20%，期末考試占60%。圖5為2018、2019級根據線上線下混合式教學的情況對比情況，通過圖可以發現，課改實施前后的學生成績服從正態分布，且課改實施前后數據對比明顯，課改實施前70～79分的學生分數占比較大，課改實施后80～90分，90～100分的學生分數占比較高，小于60分的學生人數為0，課改實施后學生的成績明顯提升。

圖5 教學改革實施前后的教學成績對比

3.4 實施前后的評價

本次線上線下混合式教學改革已在電子信息科學學院2018和2019級光電系電子工程制圖課堂上實施，課程改革實施前后學生的平均成績如圖6所示，試卷難易程度相當的情況下，改革實施前平均成績為76分，改革實施后平均成績為88分，成績明顯提升。通過發布線上調查問卷，滿意度滿分為100分，課改實施前后學生評價由88分提高到97分，教師同行評價由84分提高到96分，課程改革效果明顯。

4 結束語

電子工程制圖線上線下混合式教學模式的改進目標明確，將產業資訊、工程實例、3D制作與工程圖、3D虛擬裝配和仿真動畫等知識糅合到制圖基礎理論中，能熟悉整個流程，廣泛地激發學生的興趣，提高學生自主學習的能力。且發揮了互聯網+的優勢，突破學習的時空限制，可以利用碎片化的時間了解、學習、測試、總結。有反饋改進機制，通過后臺數據隨時可以發現薄弱環節及時做好持續改進。通過成績對比和教學評價方面，效果提升明顯。