基于云班课平台的工程图学在线教学实践

[摘 要]文章针对工程图学课程教学，从授课模式、教学内容组织与展示、教学效果追踪与反馈三个方面进行了在线教学的探索和实践。项目组在授课方式上，采用了小规模限制性在线课程的授课模式，通过有声PPT、云班课轻直播答疑、课后随堂全员测试，引导学生自主学习;在教学内容组织与内容展示上，对教学知识点进行梳理，建立了扁平化的知识点结构，引导学生利用“碎片化”的时间来学习和巩固知识点，并制作“图形兼备”的电子课件，帮助学生建立“形”与“图”之间的关联，提升学生的教学体验，激发学生的学习兴趣;在教学效果追踪和反馈环节，通过云班课进行课后的及时统计，实时调整教学活动的组织，掌握学生动态，提升教学质量。项目组对工程图学在线教学的探索和实践，取得了较好的成效，给工程图学教学的深化改革和创新奠定了基础。

[关键词]工程图学;在线教学;图学教育;云班课

[中图分类号] TP391;G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）02-0095-05

现代信息和网络技术的发展，改变了人类的生活方式，也推动了教育的变革和创新，手机、电脑在教学中的应用，使学生能够基于网络的线上教学随时随地地学习新知识。目前，国内各大高校在相关课程的教学模式上纷纷进行改革，分别基于自建平台或者商业平台发布课程资源，用信息技术改造传统教学，在教学模式上进行探索，取得了良好的成效。基于网络的在线教学顺应时代的需求，通过智能手持终端设备使学生随时随地地进行课程学习，让学生最大限度地利用时间，将学习过程充分融入平时的生活当中，在满足学生个性化学习需求的同时也改变了传统的课堂教学模式，更有助于提高学生的自主学习能力。尤其是新冠肺炎疫情爆发后，线上教学模式在全国大中小学中得以推广，更凸显了线上教学研究的重要性和必要性。

在线教学一般包括以下三种方式：MOOC（Massive Open Online Courses，大规模开放式网络课程）、SPOC（Small Private Online Course，小规模限制性在线课程）和实时直播教学。在线教学所采用的教学平台如腾讯课堂、雨课堂、超星课堂、蓝墨云班课等，也各有千秋。无论采用哪种方式和教学平台，如果仅仅把传统课堂教学模式照搬到网络平台上是远远不够的，教师需要倾注更多的精力针对所讲授课程的特点进行在线教学的研究，需要更加注重以“学”为中心，实现教学从学生“学会”转为学生“会学”;需要更加关注学生的参与度，引导学生自主学习，增强学习效果，提高教学质量。工程图学课程是我校的核心专业基础课，受众面广，年均有2000多人进行本课程的学习，是后续学习其他专业理论知识的前提和基础。由于新冠肺炎疫情防控的需要，各高校都采用线上授课，这也给工程图学教学提供了教学改革和创新的契机。我们在工程图学的在线教学中，分别在授课模式、课程内容展示和课后辅导与反馈等方面进行了探索和实践，为进一步优化工程图学的教学方法提供了借鉴。

二、授课模式

传统的工程图学课堂教学当中，课堂的组织模式基本采用 “引入—展开—总结”这种相对比较固定的活动模式。这种授课模式以“教”为主，学生处于“被动”地位，是一种单向的、间断的课堂教学活动。在课堂上教师将课程知识点教授给学生，学生课后通过做作业进行课堂知识的巩固。由于课堂时间是有限的，学生的基础也不同，教师的讲授要面向全体学生，无法满足学生的个性化需求。在线教学使得学生不可能像课堂教学那样集中在一起学习，并且不能像课堂教学一样，教师和学生之间可以进行面对面的交流、眼神与肢体上的交互，因此在线教学中的课堂组织重点是提高学生的参与度，引导学生自主学习，使得授课从以“教”为主向以“学”为主转变，从学生的“学会”转向学生的“会学”，从以“灌输”为主转向以“启发”为主的教学模式。

（一）授课形式

在工程图学在线教学实践过程中，笔者在授课之前对学生学习的软硬件进行了调查，学生反馈电脑和网络等硬件有一定限制，因此我们在授课形式上进行了调整。直播方式最直接高效，就像把课堂教学搬到了网络上，但其有一定的局限性，一旦出现卡顿或者掉线等情况，学生将无法完成本次课程的学习，这样的教学效果并不理想。录播能够有效防止由于电脑硬件和网络问题影响教学效果，有助于打磨教学内容;有助于教师提前发布教学视频，组织学生开展预习及回看;有助于在课堂上讲解重点和难点，引导学生进行设计创新和开阔学生视野。此外，北航课程团队在前期的建设中，在“爱课程”平台建设了国家精品资源共享课，这些资源给工程图学在线授课模式奠定了基础。因此，在工程图学在线教学实践中，项目组结合工程图学的课程特点，采用“SPOC+MOOC+直播答疑”三管齐下的授课形式进行教学，课件内容提前录播发放给学生，MOOC课程资源作为课程内容的有利辅助，上课时段采用直播方式与学生在线进行实时讨论。经过多种平台的对比，最终选用蓝墨云班课平台进行工程图学在线教学的实践，其不仅支持电脑端操作，也支持手机端操作，还具有很方便的课程资源组织、分类统计、消息通知、在线测试和轻直播功能，能够满足在线教学的要求。通过这种授课形式，学生可以随时随地从平台中提前下载课件和相关资源，像在课堂上听教师上课一样进行课程学习，不受网络条件和时间条件的限制，并且课后可以进行直播内容的回放。

（二）在线课堂组织

学生的积极性和参与度是在线教学需要考虑的一个重要因素，教师除了要在教学内容设置上吸引学生，还要根据学生反馈进行灵活的课程活动组织，引导学生参与课程的学习和讨论。在实践过程中，教师主要通过以下四步引导学生参与到每节在线课程的学习当中，并通过平台功能进行数据的反馈，做到心中有数，实时掌握学生动态。

1.教师利用微信群进行课程相关消息（如上课时间、上课流程及内容、课程通知等）的实时发布。

2.教师利用云班课平台的“签到”功能以及课件资源的利用情况检查学生的参与度，并利用微信进行提醒。

3.教师利用云班课平台的“轻直播”功能，结合课程重点内容，在直播区参考学生进度抛出问题，引导学生思考，一步步启发引导学生学习当次课的重点内容;反之，学生如有疑问，可以在此进行答疑，同时通过奖励经验值来提高学生的参与度。

此外，如果学生在上课时段没有及时参与课程答疑和讨论，也可以在课后查看课程讨论内容，避免了利用微信和QQ等工具答疑时需要“爬楼”才能定位相应内容，也避免了因学生进度不同，采用腾讯会议直播答疑不能保存，而错过重点问题的讨论，学生可以根据每次课的讨论内容进行回放查看。

4.利用云班课的“测试”功能，结合每节课课件内容建立了测试题库，利用每节课最后的10～20分钟时间，邀请学生全员参加本节课主要内容的测试，以检验学生的学习效果，如图1所示为随堂测试学生的参与情况。

三、教学内容组织与展示

工程图学是以正投影原理为理论基础，用二维图形和符号来表达三维空间物体的一门学科。学生要进行三维的“形”与二维的“图”之间互相转换的思维活动，要有较强的空间想象能力。在课程内容组织上，传统的课堂教学由教师引导学习每节课的知识点。在课程内容展示上，传统的课堂教学主要是教师以PPT为主，辅以板书、视频和3D建模软件演示等多种手段展示学习内容，在课堂上能够给学生建立起“形”与“图”之间的关联，使得学习更加直观化和形象化，辅助学生进行思考。在工程图学的在线教学过程中，在网络环境下，如何组织课程内容，引导学生进行课程知识的学习，帮助“遥远的”学生建立二维的“图”与“形”之间的关联，也是工程图学在线教学的任课教师需要探索的问题。

在工程图学的在线教学实践过程中，项目组对教学内容进行了知识点的梳理，构建了扁平化的知识点组织结构。该组织结构建立了17个二级知识点以及110个细节知识点，包括图学发展史、投影法、点的投影、直线投影、平面投影、点线面相对位置、投影变换、立体投影、直线与立体相交、平面与立体相交、立体与立体相交、复杂组合体构形、轴测投影、机械制图国标、图样画法、机械零件构形与表达、装配体构形与表达等，如图2所示。同时将课程内容按照知识点进行碎片化处理，即按照课程的重点和难点进行课程内容的再组织。再通过建立知识点结构引导学生利用“碎片化”的时间来学习和巩固知识点，进一步扩展了教学时间和空间，提高了学生学习效率。在统一在线上课时段，学生则通过教师提前录制的有声PPT（其包含一节课所包含的多个知识点），再系统地进行当次课程内容的学习，从而取得良好的学习效果。

在课程内容的设置和安排上，如何吸引学生，破除时空阻隔，提升线上教学的效率和效果，也是教师需要探索的问题。尤其是在学生的日常学习中，针对复杂题目，空间思维较弱的学生若没有具体的情境支持，只凭空想象，往往很难建立起“形”与“图”之间的关系，而不能很好地完成绘图和读图任务。由此可知，在网络环境下，帮助学生建立起“形”与“图”之间的关联，建立空间思维则显得尤为重要。因此，在工程图学在线教学的课件展示上，应充分利用现代信息化手段开发“图形兼备”的电子课件，提升学生的教学体验，激发学生学习兴趣，学生在使用的同时，也会思考其是如何实现的。

图3为某零件二维工程图样，教师可要求学生根据此图画出其A向外形图。由于该形体比较复杂，对有些学生来说，即使给出答案，也不能完全建立起该零件空间的形体概念。因此，我们制作了“形图兼备”的展示形式，利用云班课平台以链接或者二维码形式进行发布，学生通过手机扫描二维码或者电脑点开链接，无须安装CAD软件就可以直接查看该零件的三维模型并可以进行旋转、平移、缩放和剖切等操作，如图4所示。

为进一步提升学生的工程素质，我们在在线教学实践过程中，通过网络云班课平台将工程中或者课外相关的知识以链接形式推送给学生进行学习，比如将工程中数字化应用的最新进展——基于模型定义以及数字孪生等相关的概念和应用推送给学生，以扩展学生的工程视野。在讲解螺纹连接件和键的画法部分内容时，将螺纹紧固件的加工过程和花键的工程应用“锁环式惯性同步器工作原理”推送给学生，如图5所示;北航前期在“爱课程”平台建设的国家精品资源共享课也以链接形式推送给学生。

通过丰富的多媒体课件资源，一方面可以吸引学生的兴趣，另一方面也可以补充书面教材知识的不足，扩展学生获取知识的深度和广度，开阔学生的工程视野，给学生更多的思考空间，为学生的主动学习、研究学习和创新提供重要的资源保证。对于学生来说，也可以将其感兴趣的内容和链接在云班课平台进行共享。

为了培养学生独立思考和创新的意识，在在线教学实践过程中，我们结合教学内容让学生利用学习的AutoCAD软件进行平面图形构形设计，并在在线课堂上进行展示和讨论，如图6为学生设计的关于“工程图学”课程的标志。

此外，在传统的工程图学的课堂教学中会有一个减速器测绘实践的环节，但由于疫情学生无法在实验室中完成，因此在在线教学中，可请学生利用日常生活中的物品进行测绘并完成建模，取得此环节的预期目标，如图7为部分学生测绘环节的实物和成果展示。

四、教学效果追踪与反馈

课堂教学一般是通过课后作业和定期答疑以及测试等活动来反馈教学效果，或者利用课间或答疑时间向个别学生咨询课程的接受情况，比较难达成教学效果的快速反馈。采用云班课平台进行工程图学的在线教学实践以后，可以通过云班课平台功能实现各种统计工作，如作业参与、课堂答疑、课堂测试、资源查看、出勤情况和调查问卷等，可以很方便快捷地形成全员的调查反馈，如图8所示为某学生的学习汇总报告，图9为某学生的测试结果。

通过这种快速的、全面的数据反馈，以及在线实时的交流互动，教师能够及时了解学生动态，了解学生掌握知识内容的情况，有利于做到因材施教，也能够及时调整在线教学的课堂组织与讲授节奏。同时，在课程在线教学实践环节，我们对某小班进行了一次调查问卷，和直播课程相比，90%的学生愿意使用这种模式进行在线课程的学习。同时，根据学生的反馈，传统的课堂教学模式在学生的心目中依然是不可替代的。新冠肺炎疫情防控期间，这门课程不得不采用完全在线的学习方式，学生对这种教学模式也是从不适应到逐步适应。但疫情结束后，在工程图学的课堂教学中可以辅以适当的在线教学，通过混合式教学模式进一步扩展教学时间和空间，这也给工程图学的传统课堂教学带来了改革和创新的机会。