基于信息技术的工程图学课程混合式学习模式的设计与实践

阮春红， 黄其柏， 黄金国， 张 俐， 李喜秋

(华中科技大学机械学院，湖北 武汉 430074)

基于信息技术的工程图学课程混合式学习模式的设计与实践

阮春红， 黄其柏， 黄金国， 张 俐， 李喜秋

(华中科技大学机械学院，湖北 武汉 430074)

如何利用信息技术，建设和利用优质教育资源，变革高等学校课堂教学模式，提高课堂教学质量，值得每个教育者展开深入研究。为此，分析工程图学课程的主要知识点，根据知识点的类型及特点，设计工程图学课程混合式学习模式，并进行两轮实践，同时与传统学习模式的学生学习情况进行对比，混合式学习模式不仅可以完成教学计划，同时提高了学生的学习效率和自主学习能力，取得了理想的教学效果。

信息技术；工程图学；混合式教学；微课程视频

教育部《教育信息化十年发展规划(2011—2020年)》中指出：探索现代信息技术与教育的全面深度融合，以信息化引领教育理念和教育模式的创新，充分发挥教育信息化在教育改革和发展中的支撑与引领作用[1]。“十二五”期间，教育部支持部分高校率先建设了中国大学MOOCs课程，并在爱课程网上推广使用。MOOCs 使得高等教育教学模式正在经历着一场全球化、网络化、数字化的历史性变革。

随着新媒体时代的来临，移动互联网技术得到迅速发展，各种新型移动终端也不断涌现，作为“数字土著”一代的“95后”大学生们，其主动学习新知识、新事物的意识更强烈，不愿意受传统教学模式的束缚，更乐于发挥自己学习的主观能动性[2]。

2016年6月28日教育部公布的第一批“国家级精品资源共享课”本科教育中有 18门有关工程图学的课程，华中科技大学《画法几何及机械制图》也名列其中，但“国家级精品资源共享课”中的视频录像是真实课堂的实录，视频时长较长，不适合学生自主学习；爱课程、好大学、学堂在线等网站上也有许多工程图学的MOOCs，如浙江大学陆国栋的《工程图学》、清华大学田凌的《工程制图》、上海交通大学蒋丹的《工程图学》、北京理工大学张京英的《工程图基础及数字化构型》与《机械制图及数字化表达》等；面对海量的教育资源，“95后”大学生们仍然茫然、不知所措，如李莹和杨敏[3]指出：课程资源在获取方面虽然不再有门槛，但本质上依然是精英教育，面向的是优秀的学习者，名校课程的难度意味着“开放”不一定适合所有的学习者。虽然信息技术给教和学带来了一定的变化，但是课堂仍然是教学主战场[4]。因此应根据课程教学内容的特点和学生的实际能力，设计基于信息技术的工程图学混合式学习模式，引导学生利用优质资源，鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习、合作学习；增强学生在网络环境下提出问题、分析问题和解决问题的能力[1]。同时更应该建设合适本校特色的的学习资源，供教师教学或学生学习使用，真正因材施教。

1 基于信息技术的工程图学混合式学习模式的设计

1.1 混合式学习的内涵和含义

随着计算机技术的飞速发展以及互联网技术的普及，越来越多的人意识到混合式学习的重要性。所谓混合式学习，是指把传统教学和数字化教学的优势进行有机结合，从而获得更佳教学效果的学习模式[5]。文献[6]提到，混合式学习是“在‘适当的’时间，通过应用‘适当的’学习技术与‘适当的’学习风格相契合，对‘适当的’学习者传递‘适当的’能力，从而取得最优化的学习效果的学习方式”。混合式学习主要包含 3个方面的含义：①不同学习时空的混合，将自主学习、协作学习与面授等不同时空有机结合；②不同学习资源的混合，将课堂资源与视频、文本、动画、声音等不同形式的学习资源混合、有机整合；③不同学习方式的混合，比如将传统课堂与翻转课堂有机整合。

梅里尔提出的“首要教学原理”也为混合式学习提供了重要的理论支持，其认为：“学习只有在学习者从事解决真实世界里发生的问题时，只有当学习者能够通过论证或应用而激活已知知识、并将其作为理解新知识的基础时，新知识才会被整合到学习者的世界当中”。简而言之，只有在学习者承担了合适的任务，并知道应该怎样去做的时候，有效的学习才会发生[6]，也是本文基于信息技术的工程图学课程混合式学习模式(图1)的主要设计依据。

图1 基于信息技术的工程图学课程混合式学习模式

1.2 前端分析

1.2.1 学情分析

课程教学对象是机械制造及自动化专业一年级的学生。华中科技大学机械专业在教育部三轮学科评估中均名列国内排名第一；因此进入机械制造及自动化专业的学生入校成绩高，且普遍热爱本专业。刚刚进入大学，学生对新知识、新技能有好奇心，具有较强的参与意识；同时多数学生受应试教育的影响太深，学习的自觉性和积极性较差；工程图学课程是普通高等院校工科各专业学生的第一门技术基础课，同时该课程也是大学生在入学前零基础的课程，高年级学生本课程的高挂科率使得学生畏难情绪大；因此在教学过程中，要有效设计教学过程，建设符合本校特色的有效资源，充分发挥学生的主体作用，让学生自主学习、构建知识、发展能力。

1.2.2 工程图学课程教学内容——知识点分类分析

知识点分为陈述性知识点和程序性知识点。根据《普通高等学校工程图学课程教学基本要求》，工程图学课程中的投影基本理论、组合体(组合体的形成、组合体的表达、轴测图)、绘图方法、表达方法等知识点归纳为程序性知识点；而工程规范、零件图、标准件和常用件、装配图等知识点归纳为陈述性知识点；而装配图中的由装配图拆画零件图的方法则属于程序性知识点。

1.2.3 学习资源分析

混合式学习是通过翻转课堂来实施的。翻转课堂“flipped classroom”或“inverted classroom”，即转变传统的教学模式，通过对教学结构的颠倒安排，真正实现个性化教学[7]。

在学习新知识前，教师提前 1周提供：课前学习任务单(包括教学目标、思考题)、课前学习资料(微课程视频、参考教材)以及检验学生自主学习效果必须完成的习题和同伴互评评分标准，同时预告每次课的课上衔接内容，为实现混合式学习创造条件。而在传统课堂上，教师仅布置下次的学习内容。

微课程视频在混合式学习中担任传授知识的重要任务，由课程主讲教师根据学生实际状况、按知识点、采用信息技术亲自录制、生成MP4格式，并且直接拷备给学生，避免学生搜寻、选择、下载合适的微课程视频，节省了大部分学生的时间，也规避了网路不畅、流量费用高等不足，节省了学习时间、学习成本；同时每个微课程视频应该简短明了、通熟易懂。

在每次自主学习的末期，提供习题和同伴互评评分标准。习题和同伴互评评分标准，可以检验学生自主学习的效果，帮助学生树立成就感和存在感，促进学生进行有效学习。

1.2.4 学习环境分析

华中科技大学学务管理规定：大一新生不允许自配电脑；同时WIFI只覆盖教学楼、图书馆、办公楼等公共场所，师生员工的生活区没有WIFI，网络速度也有待进一步提高。因此直接提供的微课程视频供学生免费使用；而课前学习任务单、习题和同伴互评评分标准均为文本文件，也直接给学生。

为了引导和帮助学生学习工程图学课程，建立了不同专业的工程制图学教育学习讨论QQ群，其中包含高年级的优秀学生，将课堂上的互动交流拓展到网络空间，生生、师生互动交流的时间和效果都会大大增加，提高了学习效率和学习质量；每次完成课堂教学后，教师及时上传课上的教案和相关练习的答案，帮助有需要的学生检查和巩固学习效果。

1.3 活动设计

根据前端分析，设计合适的教学活动。华中科技大学工程图学课程学习的设计方案和部分单元活动设计案例，分述如下。

1.3.1 工程图学课程学习的设计方案

如表1所示，第1学期主要采用翻转课堂学习；第 2学期既有传统课堂学习，也有翻转课堂学习。表中的学习模式是主要模式，每个知识点的学习都可以采用传统模式学习和翻转课堂学习，教师应该根据学生的实际情况灵活选用。下面选择3个活动案例加以说明。

1.3.2 单元活动设计案例一：轴测图的学习

轴测图的学习，许多高等学校安排在组合体教学之后，与《普通高等学校工程图学课程教学基本要求》一致。华中科技大学则安排在第一次课，并且与三维造型的基本理论结合起来。因为是第一次课，教师可以采用传统课堂模式，讲授轴测图的形成、轴间角、轴向变形系数等基本概念和轴测图的基本画法(以最简单的四面体为例)等，所用时间约45 min一节课。第二个例子讲授正六棱柱的轴测图画法，就可以采用翻转课堂了。

表1 工程图学课程学习的设计方案

在课堂上，教师上传1个约4 min的微课程视频，学生立即观看，同时安排相应的练习，老师可以在教室中巡视，解答同学中的问题，15～20 min后，点评学生作业，简介混合式学习的原理、实施办法、考核机制等。

如图 2(a)所示的正六棱柱是学生高中阶段就熟悉的立体，最能反映正六棱柱的表面是哪个？其形状如何？以问题为导向，引导学生自主学习,利于学生接受三维造型理论中的特征表面及特征草图的概念。如何快捷得到正六棱柱的特征草图？图2(b)是正六棱柱的特征草图，可以用拓印的方法得到。在画出正六棱柱后表面的轴测图(图 2(c))之后，如何得到正六棱柱前表面的轴测图(图2(d))？学生很容易想到平移、拉伸，也就是三维造型理论中拉伸体形成的原理，讲授伴随与学生的互动。

这样的教学设计可以看出：利用学生已有的知识，帮助学生构建新知识，引导学生追求学科前沿知识，很好地实现了将传统课堂与翻转课堂有机整合的混合式学习。

1.3.3 单元活动设计案例二：相贯线的学习

相贯线的学习是本课程教学内容中的重点和难点，在上课前1周，提供了课前学习资源和相应的习题及同伴互评标准(表 2)，将视频、文本、动画、声音等不同形式的学习资源混合、有机整合。

图2 正六棱柱的正等轴测图与三维特征草图

表2 相贯线课前学习任务单

按教学过程，翻转课堂分为“课前-课上-课后”分别进行教学设计。本讲教学内容一般讲授的次序是相贯线的概念、性质-辅助平面法求相贯线-相贯线的简化画法-影响相贯线的因素-组合相贯线；和提供地微课程次序一致，教师采用传统课堂教学需要耗时2～3学时；而这些内容学生课前通过学习相应的教材和微课程视频，完成相应的练习，可以达到传统教学的效果，耗时仅0.5～1学时；因此课上，教师直接利用三维软件，通过改变参与相贯立体的表面形状、相贯立体的相对位置、相贯立体的尺寸大小，以及增加剖切等演示，可以很快完成相同教学内容的串讲(图 3)。课上剩余时间，学生可以完成本讲较难的练习。学生根据各自的学习情况，查漏补缺，提出自己的问题与同伴、教师探讨，完成个性化的学习，将自主学习、协作学习与面授等不同时空有机结合。

图3 影响相贯线的因素和辅助平面法的作图原理

1.3.4 单元设计案例三：设计每次课的习题及同伴互评标准

设计同伴互评标准时，要将学生不太重视的内容包含进去，如图 4中的中心线、多解；同伴互评可以促进学生有效学习。

图4 同伴互评标准示例

2 实践效果

2.1 翻转课堂教学效果问卷统计

华中科技大学2014、2015级机械卓越工程师班共59人参与了混合式学习，对两届学生进行了实名问卷调查，与传统学习模式相比，100%的学生认为混合式学习模式的学习难度合适；54.23%的学生喜欢混合式学习模式；57.62%的学生认为混合式学习模式对所学知识的掌握更加深入和全面；50.8%的学生认为混合式学习模式学习的效率较高；72.9%的学生认为混合式学习模式有利于提高自主学习能力；88.14%的学生愿意继续开展混合式学习模式。

2.2 考试结果分析

学期结束，与同专业其他班级(卓越工程师班)一样参加统考，采用相同的试卷统一批卷，从卷面分析来看，平均成绩远远高于其他学生，同时高分学生多，不及格率低，学习效果是好的。

3 结 束 语

混合式学习很好地解决了教师满堂灌和学生过分依赖课堂教学的问题；一定程度上提高了工程图学课程教育中的面对面的辅导时间，全部学生课堂上可以完成传统教学的全部练习；针对学习能力强的学生，可以设计一些“问题与讨论”，进行深度学习。翻转课堂是混合式学习的核心，设计好翻转课堂，混合式学习才能得以实现。翻转课堂成为国内外教育改革的新浪潮，为教与学的进一步发展提供了新的思路[8]。

[1] 中华人民共和国教育部. 《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》[EB/OL]. (2012-03-13) [2016-02-01]. http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/mo e/s3342/201203/133322.html.

[2] 方 兵, 杨 成, 陈 然. “后MOOC”时代高校博雅课程教学新模式研究[J]. 现代远程教育, 2015, (3): 48-52.

[3] 李 莹, 杨 敏. 开放教育资源的持续发展——以MOOC课程《数据结构与算法》为例[J]. 开放大学, 2015, (24): 59-64.

[4] 中教新媒. 《2015年教育信息化十大关键词》[EB/OL]. (2015-12-21) [2016-02-01]. http://www.zhongjiaomedia. com/z/7384.html.

[5] 费少梅, 王 进, 陆国栋. 信息技术支持的 SCHSPOC在线教育新模式探索和实践[J]. 中国大学教学, 2015, (4): 57-60.

[6] 黄荣怀, 马 丁, 郑兰琴, 等. 基于混合式学习的课程设计理论[J]. 电化教育研究, 2009, (1): 9-14.

[7] 王 红, 赵 蔚, 孙立会, 等. 翻转课堂教学模型的设计——基于国内外典型案例分析[J]. 现代教育技术, 2013, 23(8): 5-10.

[8] 钟晓流, 宋述强, 焦丽珍. 信息化环境中基于翻转课堂理念的教学设计研究[J]. 开放教育研究, 2013, 19(1): 58-63.

Constructional Design and Practice of Blended Learning Mode for Course of Engineering Graphics Based on Information Technology

Ruan Chunhong, Huang Qibo, Huang Jinguo, Zhang Li, Li Xiqiu
(School of Mechanical Science & Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan Hubei 430074, China)

With the rapid development of information technology, it brings changes of how the classroom teaching organizes and presents. To improve the quality of classroom teaching, it was of great importance to do the research of how to take advantage of information technology and excellent education resources and reform teaching mode in top university. The key points of engineering graphics were analyzed, and according to its type and characteristics we designed the blended learning mode, then two rounds of practice were carried. Compared with conventional learning mode, blended learning approach achieved success not only in the accomplishment of the teaching program, but also in the improvement of the students’ learning efficiency and self-directed learning abilities.

information technology; engineering graphics; blended learning mode; micro course video

G 42

10.11996/JG.j.2095-302X.2016060846

A

2095-302X(2016)06-0846-05

2016-06-17；定稿日期：2016-07-26

华中科技大学教学研究项目(201504)

阮春红(1966-)，女，湖北黄石人，副教授，本科。主要研究方向为工程图学课程、智能设计与仿真。E-mail：spring_ling@163.com