互联网背景下高校“机械设计”线上授课方法实践与探讨

王晓邦 孙昌国 刘志杰

摘  要：随着互联网数字技术的爆发式发展，远程线上授课方式逐渐成为高等学校保证相关课程教学连续性的有效途径。文章以大连海事大学“机械设计”课程线上教学为例，分析了远程线上授课方式的发展历程与现状，研究了互联网背景下机械设计课程线上直播授课方式前期准备、过程实施等方面的实践方法，分析了机械设计课程远程线上授课过程面临的技术与方法难题，提出互联网背景下线上教学模式改进措施与意见，旨在提高远程线上授课效率与质量，为一类高校课程线上授课过程提供有价值的借鉴与指导。

关键词：线上授课；机械设计；教学方法；互联网

中图分类号：G642.0    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2022）26-0098-05

互联网技术与相关智能设备的快速发展，导致现有的高等教育方法和途径发生了重大变革，线上授课由于可以在任何时间与地点灵活开展，逐渐成为保证高校教学连续性的有效手段。线上授课可以通过虚拟教室、视频会议、社交工具等应用程序实现教师与学生之间的实时远程互动，一定程度地保证了高校正常的教学进度与要求。在此背景下，针对相关课程探索适宜的线上教学方法成为当前高等教育改革的必然趋势［1］。

“机械设计”课程是培养学生机械设计能力的设计性课程，是工科学生学习和掌握各类型机械中通用零部件的基本知识和设计方法的技术基础课。课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本设计方法的讲解，在培养实践能力方面着重设计构思和基本设计技能的训练。基于以上培养目标，机械设计授课过程必须采用理论与实践相结合的教学模式进行，让学生从工程实践中充分而深刻地理解理论基础知识。然而，在互联网背景下广泛开展的线上授课方式由于缺乏行之有效的师生互动方式、身临其境的实践环节等，对注重理论联系实践的机械设计授课过程提出了极大的挑战。本研究以大连海事大学机械设计课程为例，基于2020年4月以来的线上教学经验，探究机械设计课程线上授课的实践方法，分析线上授课过程所面临的关键问题，提出互联网背景下提高机械设计课程线上授课质量的措施与建议，为其他类型高校课程提供借鉴。

一、线上授课的发展与现状

（一）线上授课的发展历程

线上授课最早可以追溯到19世纪，课程主要面向身处偏远地区无法到校上课的学生［2］。20世纪50年代，随着二战结束，世界主要经济体迎来了经济高速发展阶段，对掌握相关工程技术与理论知识的人才需求量愈发庞大。为迎合经济发展需求，相关大学甚至高中面向由于社会或经济原因无法深造的群体，开发了一种“开放大学”形式的远程在线授课项目。开放大学授课方式通过不断发展，逐渐成为当时较为典型的授课方式，在高峰期，有的教学单位每年的报名学习人数高达几十万人［3］。20世纪70年代，“终身学习”“终身教育”等相近的学习理念逐渐成为相关国家线上授课发展的主要动力，得到包括联合国教科文组织、国际经合组织、欧盟等相关机构的大力倡导［4］。1996年，联合国教科文组织与国际经合组织分别发布报告［5］，分析了授课方式多样化对世界各国（地区）经济、政治、文化等方面的关键影响，强调开展包括线上授课等在内的远程教育方式的积极作用。

进入21世纪后，在线授课的概念随着相关技术的发展已经出现了一些新的定义。在线授课不仅可以在学校、专业培训机构等正式场合实现，还可以在电视广播、互联网等虚拟环境中进行，突破了传统时空约束。最为典型的是由20世纪50年代的“开放大学”模式发展而来大规模在线开放课程（Massive Online Open Courses，MOOC），即慕课模式。世界上第一批慕课于2012年源于由麻省理工学院开放课程项目引发的开放教育资源（Open Educational Resources，OER）运动［6］，自此，世界各地高校相继开设了拥有自己独特风格的慕课课程，包含几乎所有的专业理论课程与技术培训课程。近几年，随着移动互联网技术与智能移动设备的普及与发展，品类繁多的社交平台、授课软件、学习工具更加开阔地打开了在线授课学习的大门，使得在线授课与在线学习变得更加简单易行。

（二）互联网背景下线上授课的实践现状

2020年后，世界范围内的大多数国家的大中小学校大规模地开展在线教学任务，激发了在线授课方法与方式的爆发式发展［7］。以互联网技术为代表的新方式与新渠道被广泛地认为是线上授课的最佳解决方案。利用互联网与数字技术，当前可行的在线授课形式主要包括在线异步授课与在线同步授课。在线异步授课与传统慕课形式相似，并不需要学生保持同步在场，学生可以随时访问互联网网页等资源进行课程观看，具有较高的授课灵活性与可重复性。典型的在线异步授课方式包括慕课、微课、网易公开课、腾讯课堂等。相对应的，在线同步授课方式要求学生必须同步在线听课，主要方式可以采取线上视频会议、线上直播等途径进行，主要的特点是学生和教师可以实现实时的互動与交流，从而保证相对较高的授课质量。实现在线同步授课的关键是选用合适的实时授课工具，现阶段较为成熟的在线同步授课工具包括超星直播、雨课堂、钉钉直播、腾讯课堂、腾讯会议、ZOOM、QQ、ClassIn等［8］。

上述的在线同步授课工具可以归为两大类，分别是单向视频方式与双向视频方式。单向视频方式在线同步授课工具主要有腾讯课堂、QQ、雨课堂等，主要特点是学生可以以视频方式看到教师，但教师无法看到学生，本质是一种单向的展示性授课方式。该种授课方式对上课人数并无限制，互动方式多采用文本讨论（聊天）的方式进行，也有个别工具可以实现在线点名发言功能，邀请学生进行语音发言，如腾讯课堂等。单向视频授课工具一般采用共享屏幕呈现讲义，可以实现PPT翻页、视频播放等功能。

双向视频授课方式主要特点是利用双向摄像头实现教师与学生之间的实时视频互动与语音对话，常见的授课工具有钉钉直播、ClassIn、腾讯会议、ZOOM等。通过双向视频方式，教师会相对直观地获取学生的面部表情，由此判断学生对讲解内容的理解程度，从而更好地把握授课进程，合理调整教学行为。不仅如此，双向视频授课方式中，教师可以利用学生端的摄像头开展丰富多彩的互动环节，增强在线授课的学生参与度。由于双向视频授课方式直接采用视频互动，因此可以采用真实物理讲义（如黑板、书籍等）进行授课，也可以采取屏幕共享的方式实现讲义呈现。

二、机械设计线上授课的实践方法

（一）机械设计线上授课准备工作

本研究以大连海事大学为例，对机械设计课程线上授课准备工作进行分析。在教育部“停课不停教、停课不停学”的倡议下，根据国家、省、市的在线教学要求，结合本校教学工作实际，学校预先制定了在线教学实施方案，以便确保教学工作能够如期、有序开展。教务处依据学校具体教学实际制定线上授课前期工作计划，提出工作要求，确定考核监督标准。各教学单位对本单位授课教师是否具有线上授课经验进行摸排，充分发挥教研室（系、中心）、实验室、课程教学团队等基层教学组织的作用，鼓励教师以团队形式落实好在线教学任务，在线集体培训、共建共享课程资源，保障全体师生在线教与学活动的顺利开展。

大连海事大学依靠现有的线上教学系统建立一套“1+1+2+N”在线教學体系，该体系主要利用Blackboard系统、雨课堂智慧教学工具、2个实验实训平台、N个MOOC平台等搭建。Blackboard系统是部署于校园网的课堂教学辅助系统，可为教师、学生提供强大的施教和学习的网上虚拟环境，是师生沟通的桥梁。雨课堂智慧教学工具可实现师生多元实时互动，教学全周期数据分析等功能。通过“1+1+2+N”在线教学体系，教师与学生线上互动授课、线下自主学习的要求可以得到保证。

为确保机械设计课程线上教学任务的高质量完成，针对机械设计线上授课的前期准备工作，该校制定了“三个全覆盖”的工作要求，即在线教学培训全覆盖、“雨课堂”认证全覆盖、课程材料上网全覆盖。雨课堂智慧教学工具是实现线上教学的有力途径，能保证每一位任课教师进行雨课堂智慧教学工具的认证注册，并指导学生完成实名认证，为开展互动教学做好充分准备。任课教师按照在线教学模式调整教学指导材料（公告、大纲、教学日历、PPT、讲义、难点解析等文档），上传至校园Blackboard系统，助力学生自主学习课程内容。

（二）机械设计线上授课过程实施

机械设计课程注重培养学生的实践理解能力、工程实际问题处理能力等，因此，线上授课时需要注重教师与学生之间的互动，确保较高的线上教学质量。根据机械设计课程特点，依托“1+1+2+N”在线教学体系开展线上直播授课交互，任课教师按照教学日历进程安排直播授课，可自选授课直播平台，包括并不限于雨课堂、超星尔雅、腾讯课堂、钉钉直播等。教师直播授课过程要设置实时讨论区，从而把握线上授课的直播互动环节，有效衔接“课前—课中—课后”教学过程，按照“两性一度”的金课标准，不断完善线上机械设计课程设计与教学安排。在实时直播授课过程中，教师要及时开展实时线上测验交互，在提高学生线上听课参与度的同时，加强学生线上学习对新授知识的领悟程度。任课教师按照当前授课内容，自拟实时测验、投票等线上互动教学活动，不定期地对学生的线上学习效果进行检测，并及时反馈对学生的学习指导意见，避免学生落后于线上教学进度。

机械设计线上授课后，依托“1+1+2+N”在线教学体系中的Blackboard平台，开设针对该节线上课程的“问题与难点讨论区”。针对当次课程线上授课过程与课后复习过程中遇到的疑点与难点，学生可以在该讨论区留言，授课教师逐条进行回复解答，同时可设置机械设计线上课程微信群或QQ群，实现学生与教师双向快速互动，提高教学质量与效率。

三、机械设计线上授课面临的问题

（一）数字网络与硬件问题

由于全国各地经济发展水平不同，尤其在中西部偏远山区，相关的网络（包括固定网络与移动网络）基础设施相对落后，甚至没有实现网络覆盖。据统计，截至2021年12月，我国的互联网普及率为70.40%［9］。如此差距，会导致一部分学生难以稳定可靠地进行线上直播或者线下回放方式的机械设计课程学习。不仅如此，由于贫困地区平均可支配收入较低，部分学生没有购买电脑及相关网络设备的经济能力，退而求其次地选用手机作为线上授课的接收端。手机终端的听课功能相较于电脑仍存在一定差距，影响了学生的线上听课质量与效果。因此，学校以及相关教育管理机构应该采取一定措施，减少由于网络与硬件系统导致的数字教育鸿沟。

（二）授课与学习效率低

从教师线上授课的角度，一部分教师对当前采取的线上授课方式并不了解，对当前所采用的线上直播授课工具操作方法也并不熟悉，因此在线上授课过程中难免出现一些技术性问题，导致授课效率低，影响授课进度。因此机械设计线上授课前，需要具有丰富线上授课经验的教师对授课教师进行必要的培训，并总结经验教训。从学生角度来说，线上听课相较于传统线下听课的本质区别主要体现在两方面，一是缺乏教师的现场约束与看守，二是极易被网络内容吸引，最终导致学生线上听课注意力不集中，进一步加深线上授课过程教师与学生之间缺少必要的互动与交流的问题。

（三）线上实时互动障碍

线上直播授课是通过数字网络连接教师与学生，并且完全依托直播软件可提供的授课模式与功能实现的一种远程实时教学过程。但是由于网络速度与授课软件功能的限制，师生双方可能会面临诸多交互阻碍而拉低线上教学质量。当前流行的线上授课软件可提供的师生互动功能相对有限，如腾讯课堂可以实现签到、举手、语音/视频点名、实时文字讨论等功能，但是语音与视频点名功能最多只能支持8名学生同时发言。雨课堂的主要互动功能包括限时答题、红包、弹幕、投稿、随机点名、不懂反馈等，如果要对自建的课程进行线上直播授课，那需要申请雨课堂会员。机械设计课程由于包含较多的难点，由教师到学生的单向线上讲授并不能获得较好的授课效果，因此怎样实现教师与整个班级学生的实时交互成为提高机械设计课程线上授课质量的关键。

（四）授课实践性缺乏

机械设计课程是一门实践性、设计性很强的专业基础课，因此需要在授课过程中尽可能地做到实践性教学，如此才能让学生更好地理解相关机械机构的设计原理与方法。如在讲授范成法加工齿轮的章节中，如果不配以实践教学环节，学生无法真实体会共轭齿廓互为包络线的齿轮加工过程，难以理解避免发生根切的最小齿数为17的原因。线上直播授课过程主要是利用网络直播视频与音频的方式进行，对于一些需要开展实践性授课的难点只能最大限度地以动画仿真或者师生互动的方式进行讲解，难以实现真正意义上的实践教学，影响授课质量与效果。因此，探索不同方式的线上实践性教学方法是机械设计线上授课高质量开展的关键。

四、提高机械设计线上授课质量的措施

（一）实行线上线下混合式教学

针对线上授课学生端所面临的硬件问题，学校以及相关教育管理机构应该采取相关措施协助学生解决，如有的高校图书馆开设了笔记本电脑租借服务，满足贫困学生的线上学习需要。针对有些地区固定网络与移动网络网速较慢的问题，授课教师可以采用线上线下混合教学的方式开展授课，增强学生上课过程的时间与空间灵活性，即使在网络条件不佳的情况下仍能线下自主灵活地进行学习，保持学习进度。对于少数身处网络没有普及地区的学生，应该在线上授课过程中增设在线课程教学助理一职。教学助理可以利用其他类型联络方式（如电话等），以课程同步的进度与学生进行一对一或者一对多的沟通，为学生提供机械设计课程学习资源，对学生学习过程中的疑难点进行讲解，帮助学生实现远程学习。

（二）加强在线授课培训

在线教学培训是切实保证在线授课工作顺利展开的基础与关键，因此邀请拥有丰富线上授课经验的各级名师、优秀教学团队负责人等作为主讲人予以开展。培训重点聚焦机械设计在线教学的热点与重点，围绕在线教学工具（Blackboard、雨课堂、腾讯课堂等）、理念、案例等进行。一些没有可靠互联网接入和工具软件技术的学生也很难顺利应付线上直播学习与线下自主学习，学校应该同时对学生群体开展行之有效的远程学习培训，培训内容可以涉及学生端线上学习工具应用、学习资料收集方法等。

（三）制定合理教学策略以加强线上课堂互动

加强线上直播授课的互动性将有效提高机械设计线上授课的整体成功率与质量，而加强线上授课互动性主要可通过以下两方面实现：一是设计合理的线上教学材料与制定可行的师生互动方式；二是授课教师应该有针对性地对已有的机械设计教学材料进行改进，使其在线上授课过程中体现出更佳的创新性与实践性，以便更好地与线上授课过程融合。如在准备机械设计线上教学材料过程中，教师可以增加一些实际工程案例的研究，要求学生给出想法和意见，如此有助于培养学生的创新实践能力，提高在线学习的成功率。国外相关专家通过实验研究发现线上授课过程中增加学生和教师之间的讨论环节可以显著提高课堂互动性［10］。依托现有的线上授课工具，可以在不耽误正常授课进度的前提下，尽可能多地设置讨论和提问环节以提高学生的参与度。教师可以采取多种不同的形式开展互动环节，并适当提高互动主题或者问题的难度，这样有助于提高学生注意力，从而培养学生更好的学习能力。

（四）增加线上实践环节

作为一门实践性、工程性、应用性较强的课程，机械设计线上授课不可避免地需要开展一定的实践教学环节，针对一些难以理解的原理与方法进行解析，从而提高授课质量。在当前以仿真动画为主的展示型实践教学基础上，应该开设一类实验室操作直播课程。实验室直播课程以实验设备为主体，以学生口令为指导，依靠教师操作完成远程实践过程。期间，如果學生出现不合理或者错误的操作口令，教师应该及时更正，并进行说明分析，达到具有高实践性的实时互动线上教学效果。另一方面，可以针对机械设计课程，建立一套虚拟实验室系统。学生远程登录虚拟实验室系统，在教师并行的监督与讲解下，开展一系列的虚拟实验操作，实现真正意义上的线上实践教学。

（五）建立线上授课质量评估方法

互联网背景下，传统的线下教学评估方法已经不能适应线上远程教学任务的质量评估，需要针对线上授课特点制定一系列有针对性的教学评估方法。相较于传统线下教学评估方法，在线教学评估要充分考虑影响线上授课质量的关键方面，应该包括线上授课材料质量、线下辅助教学材料质量、课堂互动质量、实践教学质量、学生评价、学校评价等方面。全面、合理的在线教学质量评估方法是保证线上授课高质量完成的基本保证，因此有必要对其进行完善。

五、结语

随着互联网数字化技术的发展，远程线上授课方式由于其不受时间与地点约束的高灵活性，成为全国范围内相关高校顺利开展教学工作的有效途径。然而线上授课方式容易受到网络环境、授课工具等限制，导致授课过程缺乏师生互动、工程实践等环节，对包括机械设计在内的相关课程的教学过程提出了挑战。本研究以大连海事大学“机械设计”课程线上教学为例，研究了互联网背景下线上直播授课方式前期准备、过程实施等方面的实践方法，分析了远程线上授课过程面临的技术与方法难题，最后提出相应的线上教学模式改进措施与意见，以期为一类高校课程线上授课模式提供可参考的解决方案。

参考文献：

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［6］ 仇晓春，肖龙海. 教育开放性的审视与思考——西方历史演变视角［J］. 中国远程教育，2020（11）：39-46.

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［8］ 霍静怡，徐建军，王喜莲. 基于网络直播的高校在线教学模式探索与实践［J］. 创新创业理论研究与实践，2020，3（22）：121-125.

［9］ 第47次《中国互联网络发展状况统计报告》发布［J］. 中国广播，2021（04）：38.

［10］ Mahmood，S.. Instructional Strategies for Online Teaching in COVID-19 Pandemic［J］. Human Behavior and Emerging Technologies，2021，3（01）：199-203.

（责任编辑：汪旦旦）