機械工程專業基礎課程“云課堂”教學模式探究與實踐＊
——以“工程制圖”課程為例

葉 卉，朱文博，錢 煒

（上海理工大學機械工程學院，上海 200093）

“工程制圖”是一門研究閱讀和繪制工程專業圖樣的基本原理、標準及基本方法的課程[1]。作為工科生尤其是機械專業本科生的學科基礎課程，該課程的主要任務是培養學生嚴謹細致的工作作風并使其擁有寬泛的專業基礎知識，為將來學習機械專業課程例如“機械設計”“機械結構設計”等奠定良好的基礎[2]。“工程制圖”課程授課對象為大一學生，分為秋季和春季兩學期課程，秋季學期的工程制圖（1）側重于講解幾何形體的投影原理和工程圖的表達方法，主要培養學生的空間想象能力和思維能力；春季學期的“工程制圖”（2）則是在“工程制圖”（1）的基礎上，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范，有較多分散的知識點和需要記憶的概念與規則。

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

1 疫情環境下“工程制圖”課程面臨的困難和挑戰

上海理工大學作為一所以工學為主、多學科協調發展的上海市屬重點大學[5]，學習工程制圖的學生涉及機械、光電、能動、材料、環建等工科專業，2020年春季學期必修“工程制圖”（2）的學生多達一千余人，如何統籌好一千余名學生的線上教學是必須要思考的問題。其次，春季學期的“工程制圖”課程涉及多種零件的繪制規范，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，課程內容往往“一聽就會，但一畫就錯”。因此，要充分掌握本學期課程，學生不僅需要具備空間想象能力，更需要有扎實的理論基礎知識。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模式，不同于傳統的課堂教學和一般的線上直播教學，云課堂是以“互聯網+”為背景，涉及多媒體數字出版、移動學習、云服務和大數據等技術領域[6]，依托圖文、動畫、音視頻等多種媒體將傳統教學內容進行交互設計，構建高效、便捷、實時互動的遠程教學課堂形式，實現面向全體學生的高質量網絡同步和異步教學。

上海理工大學依托“超星泛雅”網絡平臺（手機端為“超星學習通”APP）開展遠程教學，超星平臺具備簽到管理、學習資料發布、學習過程統計、作業發布與統計、課堂活動設置、在線答疑等功能。在春季學期“工程制圖”課程的教學建設與實踐過程中，形成了教學效果良好的“云課堂”教學模式：構建有趣、豐富的直、錄播教學資源，為學生提供自主學習、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，確保學生及時、準確地把握重點、難點；此外，對學生學習軌跡進行動態追蹤，建立學習過程的多元化評價體系。

2.1 直、錄播數字化資源的構建

在課程教學中尤其是線上教學期間，滿堂灌式的教學方法容易讓學生產生倦怠心理，學習成效往往不盡如人意。考慮到本學期課程分散的知識點較多，工程制圖教學團隊采取了直播（課中）與錄播（課前及課后）結合的授課模式。具體方法如下。

1）通過將章節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，各模塊的教學時長均不超過25 分鐘。模塊化知識點主要以錄播形式呈現，教學團隊里的每位教師負責其中一周課程的錄制，課程內容注重理論與實踐的結合，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，鼓勵學生學以致用。課前一周教師先將錄播視頻和相應的課程課件發布于超星平臺，方便學生在課程之前完成自學、預習及反復觀看。

2）課堂時間內（課中），主要用于解決學生自習和預習過程中遇到的困惑、強化各章節中的重點與難點以及進行章節知識的階段性概括與復習，課堂教學主要是依托網絡直播授課（QQ直播）形式和師生線上實時問答形式開展，教學時間跨度為2學時，具體授課內容和形式可根據當次課程的情況進行靈活調整。

通過一個學期建設與實踐，“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的豐富多彩、趣味盎然的直、錄播數字化資源。

2.2 實時互動反饋機制的形成

教學的最終目標是“學生學”而非“教師教”，學生作為學習的主體，是教學過程的核心，“只有當學發生時教才發生”[7]。因此，提升學生的學習成效才是教學設計和實施的根本動力，這需要在教學過程中形成良好的師生互動反饋機制，以便精確傳遞關鍵知識點、動態把握學生學習狀態、及時解決學生學習困惑。“工程制圖”課程依托超星平臺和QQ 群形成了直、錄播數字化教學資源的同時，對課前、課中、課后的教學活動進行全面設計，探索覆蓋教學全過程的師生互動反饋模式，切實做到“以學生為中心，以成果為導向”。主要工作包括以下內容。

1）課前一周的周五統一在超星平臺上發布錄課視頻和相應課件，引導學生在課前自主安排時間完成課程內容的學習，并依托超星平臺的學習進程統計功能，實時追蹤每位學生的學習進度反饋信息，利用平臺提醒功能私信通知并督促學習進度較慢的同學及時跟進，實現課前自學階段的師生互動。同時，開設線上答疑窗口，廣泛收集學生在預習和自習過程中遇到的問題，以便在課前系統地獲取學生反饋并預估學生知識點掌握情況，及時調整課堂教學內容，為課中的重難點考查和解析提供更具針對性的素材。最終，在課前實現學生學習進度的追蹤反饋和學習情況的互動反饋。

2）課中主要開展師生線上實時問答反饋和課程直播，把當次課程的重難點尤其是易混淆概念和易忽視的細節以問卷或討論形式發布，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，題目來源于學生課前的提問歸納以及教學經驗積累等。“工程制圖”課程本學期在超星上發布了40 余次問卷和討論，平均每題答題人次為45 人以上，學生參與度達70%以上，互動反饋效果理想。答題結束后利用超星統計分析出答題反饋結果，并迅速做出相應的教學互動。對于正確率低于50%的題目，以QQ 群直播形式對相關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進行反思與糾錯。本學期涉及的零件標記和規范畫法學起來容易，但實際應用中往往容易出錯，通過“問卷和討論+直播”的教學形式，能夠及時讓學生找到課程重點并發現自己的不足，教師利用直播模式進行重難點解析、強化以及相關知識點的階段性復習，在課中形成實時有效的師生互動、生生互動。

3）課后組織學生自主學習發布于超星的課程拓展資料（視頻或電子課件）以及作業說明視頻，并獨立完成課后作業。拓展資料一般為所學零件或裝配體的加工或應用案例，鼓勵學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，加深對所學概念的理解和認知，延伸學習的廣度和深度；作業說明則是對當周的課后作業進行要點提醒，結合課前和課堂的互動反饋結果更聚焦地進行提示，同時也是對重點知識的溫習與鞏固，使得學生解題思路更清晰，能夠直接將課程中所學的知識映射到具體的題目當中；利用超星課程門戶和QQ 群進行課后答疑和討論，任意一位同學在線上平臺提出的問題所有同學都可以看到并參與回答，學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生對知識的記憶和應用，同時教師適時地進行正確答案的講解，實現課后的師生互動及生生互動反饋。

通過課前、課中和課后的教學設計，依托線上平臺在課程教學全過程中形成師生與生生的實時互動反饋機制，線上平臺使得學生更敢于表現自己，敢于提問、敢于回答，學習的過程變成一個充滿趣味和挑戰的思維碰撞、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的學習動態軌跡數據，包括課堂簽到時間與次數、每段錄課視頻觀看時長、各部分課程章節學習次數、問卷與討論活動參與頻率、作業提交時間及分數統計、階段性小測分數等，由此教師能夠獲取每位學生的綜合學習情況并對其進行過程性監督與提醒。

在“云課堂”教學模式下，“工程制圖”課程學生的平時成績評價從傳統的三部分“出勤率+作業正確率+小測得分”模式，調整為“出勤率+課程互動參與度+作業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生的學習過程性、自主性和成效性。出勤率僅能代表學生是否來聽課，而不能反映學生是否用心用腦地在學，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出的相關數據，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生學習過程的積極性與掌握程度，實現過程性評價；在作業評分方面不以傳統的對錯為主要評分標準，更關注作業的獨立完成度，由于是線上教學，學生抄襲現象、甚至是借用作業拍照提交的情況都有可能存在，因此，以學生是否有獨立思考痕跡和是否反饋作業過程中的問題為首要評分因素，如果遇到雷同作業直接將其打回并警告。

多元化評價體系關注學習的動態軌跡和過程性數據，真正體現了“以學為中心”的教育理念，能夠實現公平、全面的學生學習評價，有利于培養學生主動學習和終身學習的能力。

3 案例介紹

以螺紋緊固件的課程章節為例，介紹“云課堂”教學模式的具體實踐與應用。這一章節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。“云課堂”主要實施過程如下：課前在超星平臺發布數字化課程資源——錄課視頻及相應電子課件，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構圖，該支架的不同部分分別應用了螺栓、螺柱和螺釘連接，通過三維結構的爆炸與裝配動態過程生動地展示三類螺紋連接的應用場合及其對被連接件的結構要求，動圖形式的工程案例應用使得學生在后續知識點學習過程中能夠將抽象的概念具體化。本章節中，三類螺紋連接的畫法是重點和難點，因此，課堂上發布了3個相關問卷和討論進行學習情況測試，其中一道判斷題題目和學生回答情況如圖1所示，正確答案為B。由圖1 可知，共有53 位同學在規定時間內參與答題，正確率為79.2%，略低于80%，根據課堂互動反饋機制，需要對該題進行要點提示再讓學生重新回答。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各部分規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的工程制圖畫法中的投影規則（因此有20.8%的同學選A），其實不然，因為國家標準中對標準件有明確的畫法規定，本學期有許多畫法規范需要記憶，這也是本學期課程與上學期課程的最大不同之處。課后有同學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，說明同學確實對課程進行了較為深入的學習和思考，另有三位同學第一時間參與了討論，通過師生和生生互動反饋，加深同學們對易錯點、重難點的理解和記憶。對于積極參與提問及回答的同學，不論回答正確與否，在平時成績中都會給予相應的加分。

4 “云課堂”教學成效分析

“云課堂”模式在2019 級學生春季“工程制圖”課程中進行了實踐，與傳統的“課堂講授+課后作業”的課堂模式相比，極大地提升了學生的自學能力和對重、難點的掌握。以筆者教授的兩個學生人數均為62 人的圖學班級為例，圖2 為傳統教學模式與“云課堂”教學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，確保了試卷分數的公平性和可比性。從圖2 可以看出，“云課堂”模式學習成效明顯優于傳統教學模式，不及格人數比例從傳統課堂的22 人（占總人數的35.5%）降至15 人（占總人數的24.2%），“云課堂”中70 分以上的學生人數為39 人（占總人數的62.9%），遠高于傳統課堂的25人（占總人數的40.3%），同時，90 分以上人數從傳統課堂的2 人（占總人數的3.2%）提高至4 人（占總人數的6.5%）。實踐證明，“云課堂”模式是鍛煉學生自主學習能力、提升學生認知水平、增強教與學互動的有效教學模式。

5 總結與展望

在新冠疫情暴發的特殊時期，全國人民眾志成城、團結一心，各行各業都在為全面打贏疫情防控阻擊戰努力奮斗。學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，量大面廣的專業基礎課——“工程制圖”課程對教學模式有了新的思考和實踐，基于“互聯網+”技術形成包含直播和錄播數字化資源、實時互動反饋機制以及多元化評價體系的“云課堂”。“云課堂”為學生提供自主學習、獨立思考的平臺，幫助教師全面地了解學生、做到學習過程監督與管理，真正做到以學為中心，取得了良好的效果。

在今后的課程教學中，應進一步探索“云課堂”與傳統課堂的深度融合并將其推廣應用。上文所提出和踐行的“云課堂”教學模式對包含圖學、力學等課程在內的機械工程學科專業基礎課程建設與改革都有一定的指導意義。