三維建模與機械工程圖課程數(shù)字化教學資源建設實踐

0 引言

工程圖學是全國高等教育工科院校普遍開設的一門專業(yè)技術基礎課，是大一新生最先接觸的一門專業(yè)基礎課。課程主要培養(yǎng)學生的制圖識圖能力、空間思維想象能力，是學習后續(xù)專業(yè)課、完成課程設計和畢業(yè)設計不可或缺的工具，對各工科專業(yè)人才的培養(yǎng)起到夯實基礎的作用[1]。鹽城工學院車輛工程專業(yè)開設的三維建模與機械工程圖課程由工程圖學和計算機繪圖兩門課融合而成，在大一上、下學期開設，共96學時，與傳統(tǒng)的工程圖學一門課程的總學時基本相當，卻增加了三維建模軟件的教學內容。因此，該課程存在教學內容相對較多而總學時相對較少的矛盾[2-3]，這已成為該類融合型課程的主要教學制約因素[4-5]。

MOOC（MassiveOpen Online Courses）指大規(guī)模開放在線課程，主要面向全球學習者，學習時間通常并無嚴格限制。MOOC可以使優(yōu)質教學資源得到共享，將教育技術與教學內容相融合，普通學生也能享受優(yōu)質的教學資源。其局限主要表現(xiàn)為出勤率與學業(yè)完成率難以保障、深度學習與學習監(jiān)督管理等方面有待完善、對高校課堂教學的影響低于高校預期。

為彌補MOOC在高校教學應用方面的不足，SPOC（Small Private OnlineCourses）應運而生。SPOC是小規(guī)模限制性在線課程，主要面向在校學生，且僅在每學期課程的教學進程期間開放，對

MOOC進行了繼承與完善，從而更適合高校教學[6]。SPOC主要以文本文件、視頻、多媒體課件等為教學載體，以觀看教學視頻、在線測驗、在線討論為主要教學手段，以供學生線上學習。中國大學MOOC是目前國內主流的基于M00C技術的在線課程平臺，可同時支持MOOC和SPOC兩類在線課程的建設、應用。

近年來，隨著線上教學在國內的逐步推廣，很多高校均在中國大學MOOC成功開展了SPOC的建設與實踐[7-8]，其成功經(jīng)驗可供本課程學習借鑒?；诖?，鹽城工學院車輛工程專業(yè)三維建模與機械工程圖課程組依托中國大學MO0C平臺，將創(chuàng)建的數(shù)字化教學資源開發(fā)為SPOC，并組織學生線上學習，以應對學時不足的狀況。

1數(shù)字化教學資源建設

設計、制作SPOC的首要任務是數(shù)字化教學資源建設[9]，而明確具體建設內容、將數(shù)字化教學資源合理組織并上傳尤為關鍵。

1.1建設思路與課程資源架構

通過學習借鑒同類課程SPOC建設的有益經(jīng)驗[10]，并結合三維建模與機械工程圖課程教學大綱和MOOC平臺提供的SPOC框架，提出創(chuàng)建該課程SPOC的總體思路：首先，按M0OC平臺的標準，創(chuàng)建課程信息、教學文本、教學視頻、CAD模型等數(shù)字化教學資源；其次，將這些數(shù)字化教學資源有效組織并上傳至SPOC，以供教學。該課程數(shù)字化教學資源建設架構如圖1所示。

1.2數(shù)字化教學資源

1.2.1 課程信息

課程信息向學生提供教學大綱、教學進度等課程的基本信息，以便學生在總體了解課程教學的具體目標、授課內容、基本要求、進度安排、考核標準的前提下，合理規(guī)劃和開展線上學習。課程將教學大綱、教學進度按SPOC的要求轉化為PDF格式的教學文件。

1.2.2 教學文本

教學文本為學生線上學習提供必要的文本資源支持，包括教學課件、課程作業(yè)（含作業(yè)答案集和錯誤精選集）、隨堂練習題、平時測試題、上機指導書，除教學課件采用MicrosoftPowerPoint制作的多媒體課件外，其余均采用MicrosoftWord制作，然后轉換為PDF格式，以滿足SPOC的上傳要求。

多媒體課件除包括常規(guī)的文字信息外，還提供了Gif動畫、鏈接了視頻，既可以向學生準確傳達文本信息，更能夠增強學生的直觀感受，提高學習興趣。

作業(yè)答案集和錯誤精選集分別為課后作業(yè)對應的答案、作業(yè)中典型錯誤分析，供學生自主學習時查閱。作業(yè)答案集主要包括工程圖學理論相關的簡答題答案、手繪作圖題答案，以及三維建模答案和機繪工程圖答案。錯誤精選集主要涉及手繪和機繪工程圖，收錄了學生常見的典型錯誤，包括學生手繪時經(jīng)常出現(xiàn)的線型使用不當、線條粗細不分、忘記對剖視圖添加剖切符號和標注、三視圖之間不按投影規(guī)律對齊，機繪時經(jīng)常出現(xiàn)的模型命名不規(guī)范、草圖不隱藏導致圖紙出現(xiàn)多余線條、零件的不同部位不合并導致圖紙線條出錯等，并配以相應的錯誤實例。

隨堂練習題、平時測試題涉及投影基礎、尺規(guī)作圖、機件常用表達以及機械制圖和識圖，主要在課堂教學時供學生使用，也以PDF文件格式上傳至網(wǎng)絡課程，以滿足學生線上學習需要。上機指導書供學生練習CAD軟件的具體操作。

教學文本分類及其與課程的對應關系具體如表1所示。

表1教學文本分類及其與課程的對應關系

圖2為本課程創(chuàng)建的部分教學文本。

1.2.3 教學視頻

教學視頻是學生開展線上學習的重要資源。該課程提供了教學錄像、軟件操作視頻、作業(yè)講解視頻、尺規(guī)作圖視頻等四類資源，采用常規(guī)錄屏軟件制作，文件類型為MP4。

圖2教學文本

教學錄像為每次理論授課的完整錄像，每個錄像時長大約40分鐘，共錄制63個教學錄像。教學錄像上傳至SPOC后，還利用SPOC平臺提供的在線互動技術，在視頻的重要知識點處設置知識駐點提示、選擇提問等互動環(huán)節(jié)，要求學生在學習視頻時必須完成相應互動方可繼續(xù)觀看。這樣既便于學生聚焦重要知識點的學習，也可以一定程度上防止學生為了應付線上學習而刷視頻學時。

軟件操作視頻是學習CAD軟件的配套教學視頻，利于學生課后就尚未掌握的操作命令進行再學習。該視頻覆蓋CAD軟件中建模、裝配、工程圖三部分，主要涉及軟件的打開與退出、模型和圖紙文件的創(chuàng)建與保存、草圖的創(chuàng)建與編輯、特征的創(chuàng)建與復制、裝配體和爆炸圖的創(chuàng)建、基本視圖和剖視圖的創(chuàng)建、尺寸和技術要求的標注等共計36個核心操作技能知識點。

投影理論雖然相對抽象、難懂，卻是后續(xù)制圖識圖的基礎，因此，這部分教學內容既是該課程的教學重點，也是難點。課題組為幫助學生強化投影理論的學習效果，共錄制76個作業(yè)講解視頻，詳細介紹解題思路、方法原理、解題過程。此外，大一新生的工程實踐相對不足，大多難以準確理解機械零件在機械設備中的具體功能和裝配方式，而這一不足會很大程度上影響他們對機件常用表達教學內容的學習。為此，課程組錄制與基本視圖和剖視圖創(chuàng)建、視圖選擇、典型零件的視圖表達等相關的11個視頻，以幫助學生逐步掌握視圖、剖視圖、斷面圖等機件形狀的常用表達方法，逐步培養(yǎng)學生繪制機械工程圖的基本能力。

為提高學生的尺規(guī)作圖技能，課程組專門錄制六個尺規(guī)作圖教學視頻，涉及尺規(guī)作圖工具的使用、尺規(guī)作圖的基本過程、抄繪等。

教學視頻分類及其與課程的對應關系具體如表2所示。

表2教學視頻分類及其與課程的對應關系

圖3為本課程創(chuàng)建的部分教學視頻。

1.2.4 CAD模型

教學中遇到相對復雜的圖形時，學生由于尚不具備較強的空間思維能力，往往難以想象正確的空間形狀，這已成為該課程教學的影響因素之一。借助CAD模型，利用投影理論，反復對比分析CAD模型與投影，不斷練習從空間形體到平面投影和反向聯(lián)想，可以逐步強化學生的感性認知，培養(yǎng)他們的空間思維能力，以應對上述影響。

圖3教學視頻

該課程在課堂教學、課后作業(yè)、軟件學習、上機、隨堂練習、平時測試等環(huán)節(jié)，都大量使用UGNX軟件創(chuàng)建的CAD模型。其中，課堂教學、作業(yè)講解配套模型，主要供教師進行理論教學和作業(yè)講解時使用，其余模型則用于學生的軟件學習、上機、隨堂練習、平時測試。CAD模型分類及其與課程的對應關系詳見表3。

圖4CAD模型

圖4為本課程創(chuàng)建的部分CAD模型。

表3CAD模型分類及其與課程的對應關系

1.2.5 SPOC

三維建模與機械工程圖課程利用中國大學MOOC平臺構建相應的SP0C，組織架構如圖5a所示，主要分為學習資源、教學活動兩個主板塊。

開發(fā)的數(shù)字化教學資源均上傳至學習資源主板塊。其中，教學大綱等課程信息文檔在課程首頁顯示，教學文本、教學視頻和CAD模型按緒論、構型設計、機件常用表達等教學章節(jié)進行分類、組織并上傳。圖5b為“第五章工程圖的基本知識及投影基礎”的相關數(shù)字化教學資源。

傳統(tǒng)的線上課程，學生通常只能被動觀看視頻，缺乏教學互動。而SPOC不僅允許教師在教學視頻中設置知識駐點、實時答題等教學互動環(huán)節(jié)，還特別設置教學活動主板塊。該板塊細分為課程公告、章節(jié)測試、討論區(qū)三個子板塊：課程公告板塊用于發(fā)布作業(yè)與答案、期末考核安排等各類公告，章節(jié)測試板塊用于重要章節(jié)的在線測試，討論區(qū)板塊主要用于師生學習交流。

圖5 SPOC

此外，為了便于教師管理SPOC，平臺為教師提供了學習成績管理、學習數(shù)據(jù)統(tǒng)計等多項管理功能，這些功能將學生的視頻學習進度、在線考核成績、參與討論區(qū)的發(fā)帖和回帖情況以統(tǒng)計數(shù)據(jù)和圖表的形式加以展示（圖5c），并支持數(shù)據(jù)導出，為教師全面查看、統(tǒng)計、分析學生的學習狀態(tài)和持續(xù)改進教學效果提供便利。

2 實踐效果

上述SP0C于2022年秋初步建成并供車輛工程專業(yè)2022級學生使用。課程組統(tǒng)計該在線課程學生的學習情況發(fā)現(xiàn)：學生人均1.99次參與討論區(qū)的發(fā)帖、回帖，人均觀看教學視頻52.12個，人均觀看時長為30.20小時。表4為部分學生的統(tǒng)計情況，可見，基于豐富的數(shù)字化教學資源所創(chuàng)建的線上課程為學生課余自學提供了便利，促進了教學互動，使課時相對偏少的問題得到有效緩解。

課程組還對同一教師主講的車輛工程專業(yè)2021和2022級學生的期末考試成績進行統(tǒng)計分析，以檢驗上述SPOC對課程教學的影響，統(tǒng)計結果如表5、表6所示。

表4部分學生SPOC視頻學習和參與討論統(tǒng)計

表5三維建模與機械工程圖1期末考試成績統(tǒng)計

注：該課程在大一上、下學期開設，包括三維建模、機械工程圖兩部分教學內容。

表6三維建模與機械工程圖2期末考試成績統(tǒng)計

注：該課程在大一上、下學期開設，包括三維建模、機械工程圖兩部分教學內容。

表5、表6顯示，對于三維建模與機械工程圖1、2，2022級相對于2021級，不及格率從 16.39% 、16.39% 分別顯著降至 9.84% 、 4.92% ，平均分從66.50分、65.17分分別升至71.97分、68.91分，70分以下低分段的比例有所降低，而70分以上的中高分段的比例則有所提高?？梢?，豐富的數(shù)字化教學資源、便利的線上課程、充分的線上互動，為2022級學生創(chuàng)造了更為優(yōu)越的學習條件，改善了教學效果。

3 結束語

實踐表明，三維建模與機械工程圖課程數(shù)字化教學資源和線上課程建設，既利于學生課外自學，以解決學時不足的問題，也有助于促進教學互動，進而提高教學質量。

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