“雨課堂”在林業院校工科專業“機電傳動控制”課程教學中的應用
——以西南林業大學為例

李 明 涂 璟

(西南林業大學機械與交通學院，昆明 650224)

2015年李克強總理在政府工作報告中首次提出制定“互聯網+”行動計劃；同年12月，習近平總書記在浙江烏鎮舉行的第二屆世界互聯網大會上向世界宣告：“十三五時期，中國將大力實施網絡強國戰略、國家大數據戰略、‘互聯網+’行動計劃”。至此，“互聯網+”行動計劃上升為國家戰略[1]，也成為推進我國第四次教育革命的引擎動力[2]。

隨著移動通訊技術的迅猛發展以及手機的普及，移動學習方式越來越被大眾所接受[3]，在校大學生更加傾向于使用移動即時通訊(mobile instant messaging，MIM)應用程序，以實現高時效、高精準、多樣化的信息交流[4]。例如，微信作為國內應用最為廣泛的MIM應用程序，已經擁有超過8億人的用戶，在大學生中更是廣泛普及，這也為基于微信的“互聯網+教育”模式的推廣提供了條件。“雨課堂”是一種以“互聯網+教育”形式實現的教學改革[5]，它實現了對教學過程的全覆蓋。雖然推出時間不長，但是得益于其使用方便的優點，已經被用于醫學[6]、工學[7]、生物學[8]、管理學[9]、基礎科學[10]等相關專業課程的教學改革。教學效果表明，“雨課堂”在顯著提高課堂教學效果的同時，為翻轉課堂教學改革提供了一種行之有效的途徑。

一、“雨課堂”教學的內涵

學堂在線是由清華大學研發的中文MOOC(大規模開放在線課程，簡稱慕課)平臺，也是教育部在線教育研究中心的研究交流和成果應用平臺，于2013年10月10日正式啟動，面向全球提供在線課程。任何擁有上網條件的學生均可通過該平臺在網上進行課程學習。2016年6月16日，清華大學在清華科技園召開發布會，宣布推出智慧教學工具——“雨課堂”。“雨課堂”是一種基于“互聯網+”的混合式智慧教學模式，即在傳統多媒體教學的基礎上，基于現代移動通訊和信息傳輸技術，依托微信公眾號實現手機端學習的模式。教師可以通過微信群建立一個班級，然后將視頻、語音、習題的幻燈片快速推送到學生的手機上，同時在課堂上還可以通過彈幕、投票等方式與學生進行互動，課后可以布置習題并隨時了解學生的學習效果。

基于教師的視角，“雨課堂”在PowerPoint中以插件形式存在，實現了PowerPoint與微信的完美融合，教學課件能夠直接通過“雨課堂”推送到手機端，因此“雨課堂”的使用不會增加教師額外的開發成本，而且大部分功能都可以在PowerPoint軟件中操作實現?；趯W生的視角，“雨課堂”使得學生在課前、課中、課后都可以通過手機閱覽課件，滿足了學生隨時隨地學習的需求。從整個教學過程來看，“雨課堂”能夠幫助教師全面了解和掌握學生課前預習、課堂聽講、課后作業的全過程，從而為以學生為中心的教學改革提供有力的支撐，也為翻轉課堂提供了實現的基礎和條件。

二、“機電傳動控制”課程教學的特點

(一)課程知識具有較強的綜合性

由于機電傳動控制融合了機械工程和電氣工程以及控制工程等多學科技術，因此“機電傳動控制”課程教學內容也融合了機械、電路、電子、電機、控制、電氣等相關專業基礎知識。例如，機電傳動系統運動狀態分析的基礎是機械原理和動力學原理，電動機的機械特性的理論基礎是電磁場和電路理論以及電機學，直流電機閉環調速則涉及了電力電子和控制理論知識，繼電器-接觸器控制系統則是電氣系統的重要組成部分，步進電機驅動電路的設計基礎是一階RL電路。專業知識的交叉融合在“機電傳動控制”課程中比比皆是，因此，“機電傳動控制”是一門具有較強綜合性的課程。

(二)課程知識具有較強的應用性

“機電傳動控制”課程內容研究的是驅動生產機械的電動機和控制電動機的一整套電氣系統，也就是研究將電能轉變為機械能，實現生產機械的啟動、停止以及速度調節，以滿足各種生產工藝過程的要求。簡而言之，機電傳動控制任務就是要使生產機械設備、生產線、車間甚至整個工廠都實現自動化。所以課程的研究對象直接來自于生產實踐，而且課程講授的繼電器-接觸器和PLC控制系統也是目前工業自動化的核心，相關設計可以直接應用于生產實踐。因此，該課程具有較強的實踐性和應用性。

三、“機電傳動控制”課程教學面臨的問題

(一)學生的專業基礎知識不扎實

以西南林業大學為例，根據專業人才培養方案的要求，從大學二年級開始陸續開設了各門專業基礎課程，但學生通常以單門課程學習的態度對待這些專業基礎課程，不注重理解探究課程間的相互關系，導致掌握的專業知識淺顯化、碎片化。

由于“機電傳動控制”課程具有“厚基礎、強綜合、重應用”的特點，其課程教學內容幾乎涉及了學生已經學過的所有專業基礎知識，為此，在課程講授前，教師會要求學生預習相關的專業基礎知識。但由于部分學生在中學階段的數學、物理知識掌握得不夠扎實，加之“機電傳動控制”課程所需的前續專業知識講授淺顯，如電機與拖動相關的知識只是在“電工學”中有所涉及且占比較小，因此教師的講授也只是蜻蜓點水，而這部分內容卻是“機電傳動控制”課程的關鍵所在。這些原因導致學生無法較好地自行完成課前預習。

(二)課程預習環節的落實和監督有待加強

預習是“機電傳動控制”課堂講授的前提，在傳統的教學中，教師只能通過課堂提問的方式了解學生課前預習的情況，這樣不僅占用了寶貴的課堂教學時間，而且容易對預習效果產生片面性和滯后性。

由于缺少對學生課前預習情況的全面客觀的了解，教師在課堂講授時往往不能完全按照教學計劃執行，容易出現“計劃趕不上變化”的情況。例如，在講授直流電機機械特性時，學生對直流電機的3個基本方程表現漠然，不清楚直流電機的基本工作原理，在這種情況下，教師只能在課堂上臨時補充講解相關知識，導致課堂教學產生不必要的中斷。

(三)課程教學過程中缺乏適時的師生互動

“機電傳動控制”課程具有較強的應用性，很多教學案例都來源于生活，學生對這些案例很感興趣，因此在課堂上聽著教師的講解還能夠理解和接受這些教學內容，但由于學生的專業基礎不扎實，所以到了課后復習時發現，許多課程知識又變得模糊不清，出現了“快學快忘”的現象。這時學生往往需要得到教師的及時指點，而在傳統教學模式下，學生通常需要在下一次課上才可能獲得教師的幫助。缺少師生的適時互動不利于學生對課堂知識的鞏固，如果這種情況不斷積累，會直接降低學生對課程學習的興趣和信心。

四、“雨課堂”在“機電傳動控制”課程教學中的應用

“機電傳動控制”是機械類專業高年級開設的一門課程，學生在學習該課程前需要對電路原理、電子技術、自動控制原理、電機學等專業基礎知識有較好的掌握。然而，由于這些相關專業基礎知識通常都是在低年級學習的，受時間跨度影響，學生往往很難及時回憶起這些專業知識，導致學習效果不理想。但“雨課堂”的強大功能則可以彌補這些不足。

(一)“雨課堂”教學的組織實施

在“雨課堂”教學形式下，教師首先可以將即將學習的教學內容推送給學生，幫助學生較好地完成預習工作；其次，教師可以將相關專業基礎知識通過課件推送到學生的手機端，學生根據自身的情況回顧和補習相關知識點，這樣的學習不受時間和空間的限制，實現了無約束的個性化學習；最后，教師還可以通過推送課后練習督促和檢查學生課后的學習情況，了解學生在學習過程中遇到的問題，并督促他們通過閱讀和學習手機端課件的方式嘗試自主解決，培養學生自主學習和自主解決問題的能力。對于那些學生自主解決不了的問題，教師可以適時予以解答?！坝暾n堂”教學組織過程及“雨課堂”教學參與人數實時情況見圖1、2。

圖1 “雨課堂”教學組織形式

圖2 手機端“雨課堂”教學參與人數實時情況

從圖1可以看出，學生從手機端截取了“機電傳動控制”課程部分教學內容，其中“試卷”和“課件”是推送給學生的兩種課件形式，課前需要準備的基礎知識和課堂講授的內容都可以通過“課件”推送給學生，為了解學生預習和課堂聽講的效果，教師通過推送的“試卷”對學生進行測試評價，圖中“課堂”表示學生可以通過手機端與課堂同步學習。

為了便于敘述，根據日期的先后將圖1分為課前、課中和課后3個部分。教師在“課前”可以通過推送“試卷”的方式測試學生的預習情況，并以此分配課堂講授時間，同時還可以通過計入平時成績的方式督促學生認真完成課前預習?！罢n中”對應著教師的課堂講授階段，在這個階段，教師可以通過課堂統計數據直觀地了解學生的課堂參與狀況，由圖2可以看出，有9名學生沒有進入課堂同步學習。在“課后”階段，教師可以將與課堂講授相關的課后測試和下節課的預習課件一起推動給學生。通過這3個階段的有機組合，教師能夠全程參與學生的學習過程，而且能夠及時掌握每個學生的學習狀況，真正實現以學生為中心的教學改革。

(二)通過“雨課堂”開展多種形式的教學互動

教學互動是增進師生交流、提升教學效果的重要途徑之一，在傳統的教學模式中課堂是最主要的互動陣地，師生在課堂上能夠通過提問、討論、發言等多種方式直接交互信息。然而，在課堂外的時間里這種面對面的互動交流則明顯受到限制，即使在課堂有限的答疑時間里，也很少有學生能夠主動提出問題與教師進行交流探討。因此，徹底打通師生互動交流通道，特別是課前課后的自由交流通道，是有效提高教學效果的關鍵所在。

“雨課堂”大大豐富了課堂互動的模式，除了傳統的課堂提問模式，“雨課堂”還提供了彈幕功能，教師在課堂上一旦開啟該功能，學生可以實時發送對課堂教學的意見。此外，投票、隨機點名、限時回答等形式也使得教師能夠隨時了解學生的學習狀態。

除了提供豐富的課堂互動，“雨課堂”還提供了非常便捷的課外互動平臺，學生可以像發微信一樣和教師進行交流，教師能夠看到所有學生發來的信息，而學生之間則不能相互查看。這樣，不僅使得每個學生有單獨和教師交流的機會，而且很好地保護了學生的隱私。筆者在實踐過程中發現，不管是學習優秀的還是學習困難的學生，都非常喜歡通過這種方式與教師交流，見圖3。

圖3截取了課后交流的一個片段，從內容上可以看出，學生能夠很自然地表達自己的想法，教師在收到信息后，也能夠在第一時間回復并解答學生的問題，從而突破了師生互動在時間和空間上的限制。

(三)通過“雨課堂”科學開展階段性教學測試

在傳統的教學模式中，往往只能通過隨堂測試、課后作業、期中考試等方式完成階段性測試，一旦班級學生人數較多時，教師因受工作量的影響，類似的測試也會隨之減少，且測試結果常帶有教師的主觀性判斷，致使測試所起到的作用十分有限，也無法對每個學生的學習狀況進行具體分析。

而“雨課堂”教學形式則可以通過軟件的計算和分析功能，針對每一次測試提供多方面的評價數據，教師通過這些詳細的數據，可以理性地掌握每個學生的學習現狀?！坝暾n堂”教學測試成績、客觀題答題情況分析及主觀題的答題與批改情況見圖4、圖5、圖6。

圖3 “雨課堂”教學過程中的師生互動情況

圖4 “雨課堂”教學測試成績各分數段分布情況

從圖4可以看出，80分以上的學生達到了三分之二；還有10名學生的成績在60分以下，說明他們在該階段的學習效果是不理想的，教師可以有針對性地及時解決他們在學習上存在的問題，幫助他們快速跟上大部隊。

圖5是對每道客觀題正確率的統計，從中可以看出學生對此次測試的第6道題涉及的知識普遍掌握不到位，這就督促教師回過頭來審視教學過程并思考相應的彌補措施。由于測試的客觀題的批改和分值統計都可以由“雨課堂”自行完成，大大降低教師的工作量，使得教師有更多的精力放在數據的分析和研究上。

圖6是某次主觀題測試的批改界面，從圖中可以看出學生通過拍照上傳的方式很容易地提交答卷，教師也可以根據學生的答題情況進行批改并加以評價，這樣不僅有效避免了收作業和發作業的工作，而且還有助于學生長期保存試卷，隨時總結自己的答題情況。

圖5 “雨課堂”教學測試中客觀題答題情況的統計分析結果

圖6 “雨課堂”教學測試中主觀題的答題與批改情況

(四)通過“雨課堂”加強課程教學的全程監督

對于教師而言，使用“雨課堂”最大的益處在于能夠及時獲得關于學生學習狀態的各種客觀統計數據，有了這些實時的第一手數據，教師就能夠動態調整教學方式和教學進程，以達到最佳的教學效果。教師通過“雨課堂”對學生的預習情況進行監督，見圖7。

圖7是針對某次課前預習的報表，“雨課堂”根據學生預習課件的情況，自動生成一個excel報表并發到教師指定的郵箱。從中可以看出，統計數據非常詳盡，教師根據數據能夠直觀判斷學生的預習情況：學生1是完全沒有預習；學生2和學生3雖然都沒有完成預習，但學生2用了近40分鐘預習，而學生3才花了5分鐘的時間，學生2的預習情況要明顯優于學生3；學生4和學生5雖然都完成了預習，但是從預習時間上看，學生4明顯是走馬觀花、應付差事，根本沒有達到預習的要求。

圖7 “雨課堂”提供的預習環節完成情況

五、“雨課堂”在“機電傳動控制”課程教學中的應用效果

2017年筆者將“雨課堂”應用于“機電傳動控制”課程教學，與傳統教學方式相比，“雨課堂”的實施促進了課程教學效果和學生成績的提升。筆者連續對2009～2014級同一專業學習此課程的學生的成績進行了比較分析，結果表明，“雨課堂”在課程教學中實施后，不及格率明顯降低。西南林業大學2009～2014級學習“機電傳動控制”課程的學生成績見表1。

表1 西南林業大學2009～2014級同一專業學生的“機電傳動控制”課程考試成績比較情況

由表1可以看出，“雨課堂”實施前，2009級學生的不及格率在30%以上，雖然筆者在授課過程更多地關注學習困難的學生，但2010—2012級學生的不及格率仍然保持在10%以上。而且一旦教學偏向學習困難的學生后，會影響到學習優秀學生的課堂效率，導致不及格率下降的同時，優秀率也隨之小幅下降，這說明在傳統教學模式下，很難兼顧學習優秀和學習困難的學生。而實施“雨課堂”后，不及格率明顯降低，2013和2014連續兩級學生的不及格率都在5%以下，特別是在不及格率大幅下降的同時，優秀率也穩步增長，取得了比較理想的教學效果。