机械工程专业基础课程“云课堂”教学模式探究与实践＊——以“工程制图”课程为例

叶 卉，朱文博，钱 炜

（上海理工大学机械工程学院，上海 200093）

“工程制图”是一门研究阅读和绘制工程专业图样的基本原理、标准及基本方法的课程[1]。作为工科生尤其是机械专业本科生的学科基础课程，该课程的主要任务是培养学生严谨细致的工作作风并使其拥有宽泛的专业基础知识，为将来学习机械专业课程例如“机械设计”“机械结构设计”等奠定良好的基础[2]。“工程制图”课程授课对象为大一学生，分为秋季和春季两学期课程，秋季学期的工程制图（1）侧重于讲解几何形体的投影原理和工程图的表达方法，主要培养学生的空间想象能力和思维能力；春季学期的“工程制图”（2）则是在“工程制图”（1）的基础上，进一步讲解零件（标准件和非标准件）和装配体的表达方法与绘图规范，有较多分散的知识点和需要记忆的概念与规则。

2020 年初，全国暴发了严重的“新型冠状病毒肺炎”（COVID-2019）疫情，全国各省市及自治区纷纷启动重大突发公共卫生事件一级响应[3]。2020年1月26日，国务院办公厅发布《关于延长2020 年春节假期的通知》，要求各地大专院校、中小学、幼儿园推迟开学[4]，以社会隔离方式遏制病毒传播与蔓延。高校的学生来自于全国各地甚至世界各地，为了响应教育部“停课不停学”的工作要求，并最大程度减少人群流动和接触，学校采用网络授课形式进行远程教学。对于量大面广的专业基础课而言，在突发困难面前更需要探索符合课程特点和高校实际学情的授课模式与方法。

1 疫情环境下“工程制图”课程面临的困难和挑战

上海理工大学作为一所以工学为主、多学科协调发展的上海市属重点大学[5]，学习工程制图的学生涉及机械、光电、能动、材料、环建等工科专业，2020年春季学期必修“工程制图”（2）的学生多达一千余人，如何统筹好一千余名学生的线上教学是必须要思考的问题。其次，春季学期的“工程制图”课程涉及多种零件的绘制规范，如螺纹标记、螺纹（连接件）画法、键槽标记、键连接画法、齿轮计算与画法等，知识点多且涉及面广，课程内容往往“一听就会，但一画就错”。因此，要充分掌握本学期课程，学生不仅需要具备空间想象能力，更需要有扎实的理论基础知识。因此，在新冠疫情背景下需要探索出更灵活、更具普适性和针对性的线上教学模式。

2 “云课堂”模式探索与实践

“云课堂”是一种突破时空限制的全方位移动交互式教学模式，不同于传统的课堂教学和一般的线上直播教学，云课堂是以“互联网+”为背景，涉及多媒体数字出版、移动学习、云服务和大数据等技术领域[6]，依托图文、动画、音视频等多种媒体将传统教学内容进行交互设计，构建高效、便捷、实时互动的远程教学课堂形式，实现面向全体学生的高质量网络同步和异步教学。

上海理工大学依托“超星泛雅”网络平台（手机端为“超星学习通”APP）开展远程教学，超星平台具备签到管理、学习资料发布、学习过程统计、作业发布与统计、课堂活动设置、在线答疑等功能。在春季学期“工程制图”课程的教学建设与实践过程中，形成了教学效果良好的“云课堂”教学模式：构建有趣、丰富的直、录播教学资源，为学生提供自主学习、独立思考的平台；同时，形成了贯穿课前、课中、课后的实时互动反馈机制，确保学生及时、准确地把握重点、难点；此外，对学生学习轨迹进行动态追踪，建立学习过程的多元化评价体系。

2.1 直、录播数字化资源的构建

在课程教学中尤其是线上教学期间，满堂灌式的教学方法容易让学生产生倦怠心理，学习成效往往不尽如人意。考虑到本学期课程分散的知识点较多，工程制图教学团队采取了直播（课中）与录播（课前及课后）结合的授课模式。具体方法如下。

1）通过将章节知识点模块化的微课形式，将每周课程的知识点分成4～6 个模块进行讲解，各模块的教学时长均不超过25 分钟。模块化知识点主要以录播形式呈现，教学团队里的每位教师负责其中一周课程的录制，课程内容注重理论与实践的结合，授课视频中通过引入丰富的动图、小视频以及生活、工程案例，使抽象的概念和理论变得形象、生动且具体，鼓励学生学以致用。课前一周教师先将录播视频和相应的课程课件发布于超星平台，方便学生在课程之前完成自学、预习及反复观看。

2）课堂时间内（课中），主要用于解决学生自习和预习过程中遇到的困惑、强化各章节中的重点与难点以及进行章节知识的阶段性概括与复习，课堂教学主要是依托网络直播授课（QQ直播）形式和师生线上实时问答形式开展，教学时间跨度为2学时，具体授课内容和形式可根据当次课程的情况进行灵活调整。

通过一个学期建设与实践，“工程制图”课程形成了包含电子教材与课件、问卷与讨论问答库、直播课堂记录和录课视频等多媒体在内的丰富多彩、趣味盎然的直、录播数字化资源。

2.2 实时互动反馈机制的形成

教学的最终目标是“学生学”而非“教师教”，学生作为学习的主体，是教学过程的核心，“只有当学发生时教才发生”[7]。因此，提升学生的学习成效才是教学设计和实施的根本动力，这需要在教学过程中形成良好的师生互动反馈机制，以便精确传递关键知识点、动态把握学生学习状态、及时解决学生学习困惑。“工程制图”课程依托超星平台和QQ 群形成了直、录播数字化教学资源的同时，对课前、课中、课后的教学活动进行全面设计，探索覆盖教学全过程的师生互动反馈模式，切实做到“以学生为中心，以成果为导向”。主要工作包括以下内容。

1）课前一周的周五统一在超星平台上发布录课视频和相应课件，引导学生在课前自主安排时间完成课程内容的学习，并依托超星平台的学习进程统计功能，实时追踪每位学生的学习进度反馈信息，利用平台提醒功能私信通知并督促学习进度较慢的同学及时跟进，实现课前自学阶段的师生互动。同时，开设线上答疑窗口，广泛收集学生在预习和自习过程中遇到的问题，以便在课前系统地获取学生反馈并预估学生知识点掌握情况，及时调整课堂教学内容，为课中的重难点考查和解析提供更具针对性的素材。最终，在课前实现学生学习进度的追踪反馈和学习情况的互动反馈。

2）课中主要开展师生线上实时问答反馈和课程直播，把当次课程的重难点尤其是易混淆概念和易忽视的细节以问卷或讨论形式发布，题型主要包括便于互动反馈的选择题、判断题和简答（纠错）题，题目来源于学生课前的提问归纳以及教学经验积累等。“工程制图”课程本学期在超星上发布了40 余次问卷和讨论，平均每题答题人次为45 人以上，学生参与度达70%以上，互动反馈效果理想。答题结束后利用超星统计分析出答题反馈结果，并迅速做出相应的教学互动。对于正确率低于50%的题目，以QQ 群直播形式对相关知识点进行重新梳理和讲解；对于正确率介于50%～80%之间的题目，则进行要点提醒，再让学生重新作答；对于正确率高于80%的题目，则公布正确答案后组织少部分出错的同学进行反思与纠错。本学期涉及的零件标记和规范画法学起来容易，但实际应用中往往容易出错，通过“问卷和讨论+直播”的教学形式，能够及时让学生找到课程重点并发现自己的不足，教师利用直播模式进行重难点解析、强化以及相关知识点的阶段性复习，在课中形成实时有效的师生互动、生生互动。

3）课后组织学生自主学习发布于超星的课程拓展资料（视频或电子课件）以及作业说明视频，并独立完成课后作业。拓展资料一般为所学零件或装配体的加工或应用案例，鼓励学生基于拓展资料进行更多的思考和讨论，将知识点与生活实例对应，加深对所学概念的理解和认知，延伸学习的广度和深度；作业说明则是对当周的课后作业进行要点提醒，结合课前和课堂的互动反馈结果更聚焦地进行提示，同时也是对重点知识的温习与巩固，使得学生解题思路更清晰，能够直接将课程中所学的知识映射到具体的题目当中；利用超星课程门户和QQ 群进行课后答疑和讨论，任意一位同学在线上平台提出的问题所有同学都可以看到并参与回答，学生在提问和解答过程中可以通过重温课前录课视频寻找答案，这样的求知探索过程必然增强学生对知识的记忆和应用，同时教师适时地进行正确答案的讲解，实现课后的师生互动及生生互动反馈。

通过课前、课中和课后的教学设计，依托线上平台在课程教学全过程中形成师生与生生的实时互动反馈机制，线上平台使得学生更敢于表现自己，敢于提问、敢于回答，学习的过程变成一个充满趣味和挑战的思维碰撞、集思广益过程。

2.3 多元化评价体系的建立

超星平台能够记录每位同学的学习动态轨迹数据，包括课堂签到时间与次数、每段录课视频观看时长、各部分课程章节学习次数、问卷与讨论活动参与频率、作业提交时间及分数统计、阶段性小测分数等，由此教师能够获取每位学生的综合学习情况并对其进行过程性监督与提醒。

在“云课堂”教学模式下，“工程制图”课程学生的平时成绩评价从传统的三部分“出勤率+作业正确率+小测得分”模式，调整为“出勤率+课程互动参与度+作业独立完成度及正确率+小测得分”四个部分，新的评价体系更注重学生的学习过程性、自主性和成效性。出勤率仅能代表学生是否来听课，而不能反映学生是否用心用脑地在学，因此，新的评价体系中降低了出勤率所占的比例；课程互动参与度评定来源于超星平台导出的相关数据，包括问卷与讨论参与情况和视频观看情况，能够较客观地反映学生学习过程的积极性与掌握程度，实现过程性评价；在作业评分方面不以传统的对错为主要评分标准，更关注作业的独立完成度，由于是线上教学，学生抄袭现象、甚至是借用作业拍照提交的情况都有可能存在，因此，以学生是否有独立思考痕迹和是否反馈作业过程中的问题为首要评分因素，如果遇到雷同作业直接将其打回并警告。

多元化评价体系关注学习的动态轨迹和过程性数据，真正体现了“以学为中心”的教育理念，能够实现公平、全面的学生学习评价，有利于培养学生主动学习和终身学习的能力。

3 案例介绍

以螺纹紧固件的课程章节为例，介绍“云课堂”教学模式的具体实践与应用。这一章节课程的重点是掌握三类螺纹连接：螺栓、螺柱和螺钉连接的画法，也是期末必考的考点；难点是区分不同螺纹连接装配图画法中各部分尺寸的定义和粗细实线的含义。“云课堂”主要实施过程如下：课前在超星平台发布数字化课程资源——录课视频及相应电子课件，录课视频一共包括4个知识点模块：①螺纹紧固件的概念与种类（21 分钟）；②螺栓连接画法（22 分钟）；③螺柱连接画法（18分钟）；④螺钉连接画法（20分钟）。第一段视频引入了一个工程支架的三维装配结构图，该支架的不同部分分别应用了螺栓、螺柱和螺钉连接，通过三维结构的爆炸与装配动态过程生动地展示三类螺纹连接的应用场合及其对被连接件的结构要求，动图形式的工程案例应用使得学生在后续知识点学习过程中能够将抽象的概念具体化。本章节中，三类螺纹连接的画法是重点和难点，因此，课堂上发布了3个相关问卷和讨论进行学习情况测试，其中一道判断题题目和学生回答情况如图1所示，正确答案为B。由图1 可知，共有53 位同学在规定时间内参与答题，正确率为79.2%，略低于80%，根据课堂互动反馈机制，需要对该题进行要点提示再让学生重新回答。教师通过要点提示告诉大家：由于螺纹紧固件都是标准件，通常只需要用简化画法根据各部分规定的尺寸比例画出装配图即可。这看似有悖于大家之前所学的工程制图画法中的投影规则（因此有20.8%的同学选A），其实不然，因为国家标准中对标准件有明确的画法规定，本学期有许多画法规范需要记忆，这也是本学期课程与上学期课程的最大不同之处。课后有同学在超星平台对螺柱连接的紧固端概念和绘图比例进行提问，说明同学确实对课程进行了较为深入的学习和思考，另有三位同学第一时间参与了讨论，通过师生和生生互动反馈，加深同学们对易错点、重难点的理解和记忆。对于积极参与提问及回答的同学，不论回答正确与否，在平时成绩中都会给予相应的加分。

4 “云课堂”教学成效分析

“云课堂”模式在2019 级学生春季“工程制图”课程中进行了实践，与传统的“课堂讲授+课后作业”的课堂模式相比，极大地提升了学生的自学能力和对重、难点的掌握。以笔者教授的两个学生人数均为62 人的图学班级为例，图2 为传统教学模式与“云课堂”教学模式的期末试卷卷面成绩情况，期末试卷均采用集体流水阅卷形式批改，确保了试卷分数的公平性和可比性。从图2 可以看出，“云课堂”模式学习成效明显优于传统教学模式，不及格人数比例从传统课堂的22 人（占总人数的35.5%）降至15 人（占总人数的24.2%），“云课堂”中70 分以上的学生人数为39 人（占总人数的62.9%），远高于传统课堂的25人（占总人数的40.3%），同时，90 分以上人数从传统课堂的2 人（占总人数的3.2%）提高至4 人（占总人数的6.5%）。实践证明，“云课堂”模式是锻炼学生自主学习能力、提升学生认知水平、增强教与学互动的有效教学模式。

5 总结与展望

在新冠疫情暴发的特殊时期，全国人民众志成城、团结一心，各行各业都在为全面打赢疫情防控阻击战努力奋斗。学生是病毒的易感人群，高校作为教书育人之地是防控重点。在疫情防控的严峻背景下，量大面广的专业基础课——“工程制图”课程对教学模式有了新的思考和实践，基于“互联网+”技术形成包含直播和录播数字化资源、实时互动反馈机制以及多元化评价体系的“云课堂”。“云课堂”为学生提供自主学习、独立思考的平台，帮助教师全面地了解学生、做到学习过程监督与管理，真正做到以学为中心，取得了良好的效果。

在今后的课程教学中，应进一步探索“云课堂”与传统课堂的深度融合并将其推广应用。上文所提出和践行的“云课堂”教学模式对包含图学、力学等课程在内的机械工程学科专业基础课程建设与改革都有一定的指导意义。