機械工程專業(yè)基礎(chǔ)課程“云課堂”教學(xué)模式探究與實踐＊
——以“工程制圖”課程為例

葉 卉，朱文博，錢 煒

（上海理工大學(xué)機械工程學(xué)院，上海 200093）

“工程制圖”是一門研究閱讀和繪制工程專業(yè)圖樣的基本原理、標準及基本方法的課程[1]。作為工科生尤其是機械專業(yè)本科生的學(xué)科基礎(chǔ)課程，該課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生嚴謹細致的工作作風(fēng)并使其擁有寬泛的專業(yè)基礎(chǔ)知識，為將來學(xué)習(xí)機械專業(yè)課程例如“機械設(shè)計”“機械結(jié)構(gòu)設(shè)計”等奠定良好的基礎(chǔ)[2]?！肮こ讨茍D”課程授課對象為大一學(xué)生，分為秋季和春季兩學(xué)期課程，秋季學(xué)期的工程制圖（1）側(cè)重于講解幾何形體的投影原理和工程圖的表達方法，主要培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和思維能力；春季學(xué)期的“工程制圖”（2）則是在“工程制圖”（1）的基礎(chǔ)上，進一步講解零件（標準件和非標準件）和裝配體的表達方法與繪圖規(guī)范，有較多分散的知識點和需要記憶的概念與規(guī)則。

2020 年初，全國暴發(fā)了嚴重的“新型冠狀病毒肺炎”（COVID-2019）疫情，全國各省市及自治區(qū)紛紛啟動重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件一級響應(yīng)[3]。2020年1月26日，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于延長2020 年春節(jié)假期的通知》，要求各地大專院校、中小學(xué)、幼兒園推遲開學(xué)[4]，以社會隔離方式遏制病毒傳播與蔓延。高校的學(xué)生來自于全國各地甚至世界各地，為了響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)”的工作要求，并最大程度減少人群流動和接觸，學(xué)校采用網(wǎng)絡(luò)授課形式進行遠程教學(xué)。對于量大面廣的專業(yè)基礎(chǔ)課而言，在突發(fā)困難面前更需要探索符合課程特點和高校實際學(xué)情的授課模式與方法。

1 疫情環(huán)境下“工程制圖”課程面臨的困難和挑戰(zhàn)

上海理工大學(xué)作為一所以工學(xué)為主、多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的上海市屬重點大學(xué)[5]，學(xué)習(xí)工程制圖的學(xué)生涉及機械、光電、能動、材料、環(huán)建等工科專業(yè)，2020年春季學(xué)期必修“工程制圖”（2）的學(xué)生多達一千余人，如何統(tǒng)籌好一千余名學(xué)生的線上教學(xué)是必須要思考的問題。其次，春季學(xué)期的“工程制圖”課程涉及多種零件的繪制規(guī)范，如螺紋標記、螺紋（連接件）畫法、鍵槽標記、鍵連接畫法、齒輪計算與畫法等，知識點多且涉及面廣，課程內(nèi)容往往“一聽就會，但一畫就錯”。因此，要充分掌握本學(xué)期課程，學(xué)生不僅需要具備空間想象能力，更需要有扎實的理論基礎(chǔ)知識。因此，在新冠疫情背景下需要探索出更靈活、更具普適性和針對性的線上教學(xué)模式。

2 “云課堂”模式探索與實踐

“云課堂”是一種突破時空限制的全方位移動交互式教學(xué)模式，不同于傳統(tǒng)的課堂教學(xué)和一般的線上直播教學(xué)，云課堂是以“互聯(lián)網(wǎng)+”為背景，涉及多媒體數(shù)字出版、移動學(xué)習(xí)、云服務(wù)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)領(lǐng)域[6]，依托圖文、動畫、音視頻等多種媒體將傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進行交互設(shè)計，構(gòu)建高效、便捷、實時互動的遠程教學(xué)課堂形式，實現(xiàn)面向全體學(xué)生的高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)同步和異步教學(xué)。

上海理工大學(xué)依托“超星泛雅”網(wǎng)絡(luò)平臺（手機端為“超星學(xué)習(xí)通”APP）開展遠程教學(xué)，超星平臺具備簽到管理、學(xué)習(xí)資料發(fā)布、學(xué)習(xí)過程統(tǒng)計、作業(yè)發(fā)布與統(tǒng)計、課堂活動設(shè)置、在線答疑等功能。在春季學(xué)期“工程制圖”課程的教學(xué)建設(shè)與實踐過程中，形成了教學(xué)效果良好的“云課堂”教學(xué)模式：構(gòu)建有趣、豐富的直、錄播教學(xué)資源，為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)、獨立思考的平臺；同時，形成了貫穿課前、課中、課后的實時互動反饋機制，確保學(xué)生及時、準確地把握重點、難點；此外，對學(xué)生學(xué)習(xí)軌跡進行動態(tài)追蹤，建立學(xué)習(xí)過程的多元化評價體系。

2.1 直、錄播數(shù)字化資源的構(gòu)建

在課程教學(xué)中尤其是線上教學(xué)期間，滿堂灌式的教學(xué)方法容易讓學(xué)生產(chǎn)生倦怠心理，學(xué)習(xí)成效往往不盡如人意?？紤]到本學(xué)期課程分散的知識點較多，工程制圖教學(xué)團隊采取了直播（課中）與錄播（課前及課后）結(jié)合的授課模式。具體方法如下。

1）通過將章節(jié)知識點模塊化的微課形式，將每周課程的知識點分成4～6 個模塊進行講解，各模塊的教學(xué)時長均不超過25 分鐘。模塊化知識點主要以錄播形式呈現(xiàn)，教學(xué)團隊里的每位教師負責(zé)其中一周課程的錄制，課程內(nèi)容注重理論與實踐的結(jié)合，授課視頻中通過引入豐富的動圖、小視頻以及生活、工程案例，使抽象的概念和理論變得形象、生動且具體，鼓勵學(xué)生學(xué)以致用。課前一周教師先將錄播視頻和相應(yīng)的課程課件發(fā)布于超星平臺，方便學(xué)生在課程之前完成自學(xué)、預(yù)習(xí)及反復(fù)觀看。

2）課堂時間內(nèi)（課中），主要用于解決學(xué)生自習(xí)和預(yù)習(xí)過程中遇到的困惑、強化各章節(jié)中的重點與難點以及進行章節(jié)知識的階段性概括與復(fù)習(xí)，課堂教學(xué)主要是依托網(wǎng)絡(luò)直播授課（QQ直播）形式和師生線上實時問答形式開展，教學(xué)時間跨度為2學(xué)時，具體授課內(nèi)容和形式可根據(jù)當(dāng)次課程的情況進行靈活調(diào)整。

通過一個學(xué)期建設(shè)與實踐，“工程制圖”課程形成了包含電子教材與課件、問卷與討論問答庫、直播課堂記錄和錄課視頻等多媒體在內(nèi)的豐富多彩、趣味盎然的直、錄播數(shù)字化資源。

2.2 實時互動反饋機制的形成

教學(xué)的最終目標是“學(xué)生學(xué)”而非“教師教”，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，是教學(xué)過程的核心，“只有當(dāng)學(xué)發(fā)生時教才發(fā)生”[7]。因此，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)成效才是教學(xué)設(shè)計和實施的根本動力，這需要在教學(xué)過程中形成良好的師生互動反饋機制，以便精確傳遞關(guān)鍵知識點、動態(tài)把握學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)、及時解決學(xué)生學(xué)習(xí)困惑?！肮こ讨茍D”課程依托超星平臺和QQ 群形成了直、錄播數(shù)字化教學(xué)資源的同時，對課前、課中、課后的教學(xué)活動進行全面設(shè)計，探索覆蓋教學(xué)全過程的師生互動反饋模式，切實做到“以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向”。主要工作包括以下內(nèi)容。

1）課前一周的周五統(tǒng)一在超星平臺上發(fā)布錄課視頻和相應(yīng)課件，引導(dǎo)學(xué)生在課前自主安排時間完成課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，并依托超星平臺的學(xué)習(xí)進程統(tǒng)計功能，實時追蹤每位學(xué)生的學(xué)習(xí)進度反饋信息，利用平臺提醒功能私信通知并督促學(xué)習(xí)進度較慢的同學(xué)及時跟進，實現(xiàn)課前自學(xué)階段的師生互動。同時，開設(shè)線上答疑窗口，廣泛收集學(xué)生在預(yù)習(xí)和自習(xí)過程中遇到的問題，以便在課前系統(tǒng)地獲取學(xué)生反饋并預(yù)估學(xué)生知識點掌握情況，及時調(diào)整課堂教學(xué)內(nèi)容，為課中的重難點考查和解析提供更具針對性的素材。最終，在課前實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)進度的追蹤反饋和學(xué)習(xí)情況的互動反饋。

2）課中主要開展師生線上實時問答反饋和課程直播，把當(dāng)次課程的重難點尤其是易混淆概念和易忽視的細節(jié)以問卷或討論形式發(fā)布，題型主要包括便于互動反饋的選擇題、判斷題和簡答（糾錯）題，題目來源于學(xué)生課前的提問歸納以及教學(xué)經(jīng)驗積累等?！肮こ讨茍D”課程本學(xué)期在超星上發(fā)布了40 余次問卷和討論，平均每題答題人次為45 人以上，學(xué)生參與度達70%以上，互動反饋效果理想。答題結(jié)束后利用超星統(tǒng)計分析出答題反饋結(jié)果，并迅速做出相應(yīng)的教學(xué)互動。對于正確率低于50%的題目，以QQ 群直播形式對相關(guān)知識點進行重新梳理和講解；對于正確率介于50%～80%之間的題目，則進行要點提醒，再讓學(xué)生重新作答；對于正確率高于80%的題目，則公布正確答案后組織少部分出錯的同學(xué)進行反思與糾錯。本學(xué)期涉及的零件標記和規(guī)范畫法學(xué)起來容易，但實際應(yīng)用中往往容易出錯，通過“問卷和討論+直播”的教學(xué)形式，能夠及時讓學(xué)生找到課程重點并發(fā)現(xiàn)自己的不足，教師利用直播模式進行重難點解析、強化以及相關(guān)知識點的階段性復(fù)習(xí)，在課中形成實時有效的師生互動、生生互動。

3）課后組織學(xué)生自主學(xué)習(xí)發(fā)布于超星的課程拓展資料（視頻或電子課件）以及作業(yè)說明視頻，并獨立完成課后作業(yè)。拓展資料一般為所學(xué)零件或裝配體的加工或應(yīng)用案例，鼓勵學(xué)生基于拓展資料進行更多的思考和討論，將知識點與生活實例對應(yīng)，加深對所學(xué)概念的理解和認知，延伸學(xué)習(xí)的廣度和深度；作業(yè)說明則是對當(dāng)周的課后作業(yè)進行要點提醒，結(jié)合課前和課堂的互動反饋結(jié)果更聚焦地進行提示，同時也是對重點知識的溫習(xí)與鞏固，使得學(xué)生解題思路更清晰，能夠直接將課程中所學(xué)的知識映射到具體的題目當(dāng)中；利用超星課程門戶和QQ 群進行課后答疑和討論，任意一位同學(xué)在線上平臺提出的問題所有同學(xué)都可以看到并參與回答，學(xué)生在提問和解答過程中可以通過重溫課前錄課視頻尋找答案，這樣的求知探索過程必然增強學(xué)生對知識的記憶和應(yīng)用，同時教師適時地進行正確答案的講解，實現(xiàn)課后的師生互動及生生互動反饋。

通過課前、課中和課后的教學(xué)設(shè)計，依托線上平臺在課程教學(xué)全過程中形成師生與生生的實時互動反饋機制，線上平臺使得學(xué)生更敢于表現(xiàn)自己，敢于提問、敢于回答，學(xué)習(xí)的過程變成一個充滿趣味和挑戰(zhàn)的思維碰撞、集思廣益過程。

2.3 多元化評價體系的建立

超星平臺能夠記錄每位同學(xué)的學(xué)習(xí)動態(tài)軌跡數(shù)據(jù)，包括課堂簽到時間與次數(shù)、每段錄課視頻觀看時長、各部分課程章節(jié)學(xué)習(xí)次數(shù)、問卷與討論活動參與頻率、作業(yè)提交時間及分數(shù)統(tǒng)計、階段性小測分數(shù)等，由此教師能夠獲取每位學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)情況并對其進行過程性監(jiān)督與提醒。

在“云課堂”教學(xué)模式下，“工程制圖”課程學(xué)生的平時成績評價從傳統(tǒng)的三部分“出勤率+作業(yè)正確率+小測得分”模式，調(diào)整為“出勤率+課程互動參與度+作業(yè)獨立完成度及正確率+小測得分”四個部分，新的評價體系更注重學(xué)生的學(xué)習(xí)過程性、自主性和成效性。出勤率僅能代表學(xué)生是否來聽課，而不能反映學(xué)生是否用心用腦地在學(xué)，因此，新的評價體系中降低了出勤率所占的比例；課程互動參與度評定來源于超星平臺導(dǎo)出的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括問卷與討論參與情況和視頻觀看情況，能夠較客觀地反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程的積極性與掌握程度，實現(xiàn)過程性評價；在作業(yè)評分方面不以傳統(tǒng)的對錯為主要評分標準，更關(guān)注作業(yè)的獨立完成度，由于是線上教學(xué)，學(xué)生抄襲現(xiàn)象、甚至是借用作業(yè)拍照提交的情況都有可能存在，因此，以學(xué)生是否有獨立思考痕跡和是否反饋作業(yè)過程中的問題為首要評分因素，如果遇到雷同作業(yè)直接將其打回并警告。

多元化評價體系關(guān)注學(xué)習(xí)的動態(tài)軌跡和過程性數(shù)據(jù)，真正體現(xiàn)了“以學(xué)為中心”的教育理念，能夠?qū)崿F(xiàn)公平、全面的學(xué)生學(xué)習(xí)評價，有利于培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的能力。

3 案例介紹

以螺紋緊固件的課程章節(jié)為例，介紹“云課堂”教學(xué)模式的具體實踐與應(yīng)用。這一章節(jié)課程的重點是掌握三類螺紋連接：螺栓、螺柱和螺釘連接的畫法，也是期末必考的考點；難點是區(qū)分不同螺紋連接裝配圖畫法中各部分尺寸的定義和粗細實線的含義?！霸普n堂”主要實施過程如下：課前在超星平臺發(fā)布數(shù)字化課程資源——錄課視頻及相應(yīng)電子課件，錄課視頻一共包括4個知識點模塊：①螺紋緊固件的概念與種類（21 分鐘）；②螺栓連接畫法（22 分鐘）；③螺柱連接畫法（18分鐘）；④螺釘連接畫法（20分鐘）。第一段視頻引入了一個工程支架的三維裝配結(jié)構(gòu)圖，該支架的不同部分分別應(yīng)用了螺栓、螺柱和螺釘連接，通過三維結(jié)構(gòu)的爆炸與裝配動態(tài)過程生動地展示三類螺紋連接的應(yīng)用場合及其對被連接件的結(jié)構(gòu)要求，動圖形式的工程案例應(yīng)用使得學(xué)生在后續(xù)知識點學(xué)習(xí)過程中能夠?qū)⒊橄蟮母拍罹唧w化。本章節(jié)中，三類螺紋連接的畫法是重點和難點，因此，課堂上發(fā)布了3個相關(guān)問卷和討論進行學(xué)習(xí)情況測試，其中一道判斷題題目和學(xué)生回答情況如圖1所示，正確答案為B。由圖1 可知，共有53 位同學(xué)在規(guī)定時間內(nèi)參與答題，正確率為79.2%，略低于80%，根據(jù)課堂互動反饋機制，需要對該題進行要點提示再讓學(xué)生重新回答。教師通過要點提示告訴大家：由于螺紋緊固件都是標準件，通常只需要用簡化畫法根據(jù)各部分規(guī)定的尺寸比例畫出裝配圖即可。這看似有悖于大家之前所學(xué)的工程制圖畫法中的投影規(guī)則（因此有20.8%的同學(xué)選A），其實不然，因為國家標準中對標準件有明確的畫法規(guī)定，本學(xué)期有許多畫法規(guī)范需要記憶，這也是本學(xué)期課程與上學(xué)期課程的最大不同之處。課后有同學(xué)在超星平臺對螺柱連接的緊固端概念和繪圖比例進行提問，說明同學(xué)確實對課程進行了較為深入的學(xué)習(xí)和思考，另有三位同學(xué)第一時間參與了討論，通過師生和生生互動反饋，加深同學(xué)們對易錯點、重難點的理解和記憶。對于積極參與提問及回答的同學(xué)，不論回答正確與否，在平時成績中都會給予相應(yīng)的加分。

4 “云課堂”教學(xué)成效分析

“云課堂”模式在2019 級學(xué)生春季“工程制圖”課程中進行了實踐，與傳統(tǒng)的“課堂講授+課后作業(yè)”的課堂模式相比，極大地提升了學(xué)生的自學(xué)能力和對重、難點的掌握。以筆者教授的兩個學(xué)生人數(shù)均為62 人的圖學(xué)班級為例，圖2 為傳統(tǒng)教學(xué)模式與“云課堂”教學(xué)模式的期末試卷卷面成績情況，期末試卷均采用集體流水閱卷形式批改，確保了試卷分數(shù)的公平性和可比性。從圖2 可以看出，“云課堂”模式學(xué)習(xí)成效明顯優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)模式，不及格人數(shù)比例從傳統(tǒng)課堂的22 人（占總?cè)藬?shù)的35.5%）降至15 人（占總?cè)藬?shù)的24.2%），“云課堂”中70 分以上的學(xué)生人數(shù)為39 人（占總?cè)藬?shù)的62.9%），遠高于傳統(tǒng)課堂的25人（占總?cè)藬?shù)的40.3%），同時，90 分以上人數(shù)從傳統(tǒng)課堂的2 人（占總?cè)藬?shù)的3.2%）提高至4 人（占總?cè)藬?shù)的6.5%）。實踐證明，“云課堂”模式是鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、提升學(xué)生認知水平、增強教與學(xué)互動的有效教學(xué)模式。

5 總結(jié)與展望

在新冠疫情暴發(fā)的特殊時期，全國人民眾志成城、團結(jié)一心，各行各業(yè)都在為全面打贏疫情防控阻擊戰(zhàn)努力奮斗。學(xué)生是病毒的易感人群，高校作為教書育人之地是防控重點。在疫情防控的嚴峻背景下，量大面廣的專業(yè)基礎(chǔ)課——“工程制圖”課程對教學(xué)模式有了新的思考和實踐，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)形成包含直播和錄播數(shù)字化資源、實時互動反饋機制以及多元化評價體系的“云課堂”?！霸普n堂”為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)、獨立思考的平臺，幫助教師全面地了解學(xué)生、做到學(xué)習(xí)過程監(jiān)督與管理，真正做到以學(xué)為中心，取得了良好的效果。

在今后的課程教學(xué)中，應(yīng)進一步探索“云課堂”與傳統(tǒng)課堂的深度融合并將其推廣應(yīng)用。上文所提出和踐行的“云課堂”教學(xué)模式對包含圖學(xué)、力學(xué)等課程在內(nèi)的機械工程學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課程建設(shè)與改革都有一定的指導(dǎo)意義。