“雨课堂”在林业院校工科专业“机电传动控制”课程教学中的应用——以西南林业大学为例

李 明 涂 璟

(西南林业大学机械与交通学院，昆明 650224)

2015年李克强总理在政府工作报告中首次提出制定“互联网+”行动计划；同年12月，习近平总书记在浙江乌镇举行的第二届世界互联网大会上向世界宣告：“十三五时期，中国将大力实施网络强国战略、国家大数据战略、‘互联网+’行动计划”。至此，“互联网+”行动计划上升为国家战略[1]，也成为推进我国第四次教育革命的引擎动力[2]。

随着移动通讯技术的迅猛发展以及手机的普及，移动学习方式越来越被大众所接受[3]，在校大学生更加倾向于使用移动即时通讯(mobile instant messaging，MIM)应用程序，以实现高时效、高精准、多样化的信息交流[4]。例如，微信作为国内应用最为广泛的MIM应用程序，已经拥有超过8亿人的用户，在大学生中更是广泛普及，这也为基于微信的“互联网+教育”模式的推广提供了条件。“雨课堂”是一种以“互联网+教育”形式实现的教学改革[5]，它实现了对教学过程的全覆盖。虽然推出时间不长，但是得益于其使用方便的优点，已经被用于医学[6]、工学[7]、生物学[8]、管理学[9]、基础科学[10]等相关专业课程的教学改革。教学效果表明，“雨课堂”在显著提高课堂教学效果的同时，为翻转课堂教学改革提供了一种行之有效的途径。

一、“雨课堂”教学的内涵

学堂在线是由清华大学研发的中文MOOC(大规模开放在线课程，简称慕课)平台，也是教育部在线教育研究中心的研究交流和成果应用平台，于2013年10月10日正式启动，面向全球提供在线课程。任何拥有上网条件的学生均可通过该平台在网上进行课程学习。2016年6月16日，清华大学在清华科技园召开发布会，宣布推出智慧教学工具——“雨课堂”。“雨课堂”是一种基于“互联网+”的混合式智慧教学模式，即在传统多媒体教学的基础上，基于现代移动通讯和信息传输技术，依托微信公众号实现手机端学习的模式。教师可以通过微信群建立一个班级，然后将视频、语音、习题的幻灯片快速推送到学生的手机上，同时在课堂上还可以通过弹幕、投票等方式与学生进行互动，课后可以布置习题并随时了解学生的学习效果。

基于教师的视角，“雨课堂”在PowerPoint中以插件形式存在，实现了PowerPoint与微信的完美融合，教学课件能够直接通过“雨课堂”推送到手机端，因此“雨课堂”的使用不会增加教师额外的开发成本，而且大部分功能都可以在PowerPoint软件中操作实现。基于学生的视角，“雨课堂”使得学生在课前、课中、课后都可以通过手机阅览课件，满足了学生随时随地学习的需求。从整个教学过程来看，“雨课堂”能够帮助教师全面了解和掌握学生课前预习、课堂听讲、课后作业的全过程，从而为以学生为中心的教学改革提供有力的支撑，也为翻转课堂提供了实现的基础和条件。

二、“机电传动控制”课程教学的特点

(一)课程知识具有较强的综合性

由于机电传动控制融合了机械工程和电气工程以及控制工程等多学科技术，因此“机电传动控制”课程教学内容也融合了机械、电路、电子、电机、控制、电气等相关专业基础知识。例如，机电传动系统运动状态分析的基础是机械原理和动力学原理，电动机的机械特性的理论基础是电磁场和电路理论以及电机学，直流电机闭环调速则涉及了电力电子和控制理论知识，继电器-接触器控制系统则是电气系统的重要组成部分，步进电机驱动电路的设计基础是一阶RL电路。专业知识的交叉融合在“机电传动控制”课程中比比皆是，因此，“机电传动控制”是一门具有较强综合性的课程。

(二)课程知识具有较强的应用性

“机电传动控制”课程内容研究的是驱动生产机械的电动机和控制电动机的一整套电气系统，也就是研究将电能转变为机械能，实现生产机械的启动、停止以及速度调节，以满足各种生产工艺过程的要求。简而言之，机电传动控制任务就是要使生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都实现自动化。所以课程的研究对象直接来自于生产实践，而且课程讲授的继电器-接触器和PLC控制系统也是目前工业自动化的核心，相关设计可以直接应用于生产实践。因此，该课程具有较强的实践性和应用性。

三、“机电传动控制”课程教学面临的问题

(一)学生的专业基础知识不扎实

以西南林业大学为例，根据专业人才培养方案的要求，从大学二年级开始陆续开设了各门专业基础课程，但学生通常以单门课程学习的态度对待这些专业基础课程，不注重理解探究课程间的相互关系，导致掌握的专业知识浅显化、碎片化。

由于“机电传动控制”课程具有“厚基础、强综合、重应用”的特点，其课程教学内容几乎涉及了学生已经学过的所有专业基础知识，为此，在课程讲授前，教师会要求学生预习相关的专业基础知识。但由于部分学生在中学阶段的数学、物理知识掌握得不够扎实，加之“机电传动控制”课程所需的前续专业知识讲授浅显，如电机与拖动相关的知识只是在“电工学”中有所涉及且占比较小，因此教师的讲授也只是蜻蜓点水，而这部分内容却是“机电传动控制”课程的关键所在。这些原因导致学生无法较好地自行完成课前预习。

(二)课程预习环节的落实和监督有待加强

预习是“机电传动控制”课堂讲授的前提，在传统的教学中，教师只能通过课堂提问的方式了解学生课前预习的情况，这样不仅占用了宝贵的课堂教学时间，而且容易对预习效果产生片面性和滞后性。

由于缺少对学生课前预习情况的全面客观的了解，教师在课堂讲授时往往不能完全按照教学计划执行，容易出现“计划赶不上变化”的情况。例如，在讲授直流电机机械特性时，学生对直流电机的3个基本方程表现漠然，不清楚直流电机的基本工作原理，在这种情况下，教师只能在课堂上临时补充讲解相关知识，导致课堂教学产生不必要的中断。

(三)课程教学过程中缺乏适时的师生互动

“机电传动控制”课程具有较强的应用性，很多教学案例都来源于生活，学生对这些案例很感兴趣，因此在课堂上听着教师的讲解还能够理解和接受这些教学内容，但由于学生的专业基础不扎实，所以到了课后复习时发现，许多课程知识又变得模糊不清，出现了“快学快忘”的现象。这时学生往往需要得到教师的及时指点，而在传统教学模式下，学生通常需要在下一次课上才可能获得教师的帮助。缺少师生的适时互动不利于学生对课堂知识的巩固，如果这种情况不断积累，会直接降低学生对课程学习的兴趣和信心。

四、“雨课堂”在“机电传动控制”课程教学中的应用

“机电传动控制”是机械类专业高年级开设的一门课程，学生在学习该课程前需要对电路原理、电子技术、自动控制原理、电机学等专业基础知识有较好的掌握。然而，由于这些相关专业基础知识通常都是在低年级学习的，受时间跨度影响，学生往往很难及时回忆起这些专业知识，导致学习效果不理想。但“雨课堂”的强大功能则可以弥补这些不足。

(一)“雨课堂”教学的组织实施

在“雨课堂”教学形式下，教师首先可以将即将学习的教学内容推送给学生，帮助学生较好地完成预习工作；其次，教师可以将相关专业基础知识通过课件推送到学生的手机端，学生根据自身的情况回顾和补习相关知识点，这样的学习不受时间和空间的限制，实现了无约束的个性化学习；最后，教师还可以通过推送课后练习督促和检查学生课后的学习情况，了解学生在学习过程中遇到的问题，并督促他们通过阅读和学习手机端课件的方式尝试自主解决，培养学生自主学习和自主解决问题的能力。对于那些学生自主解决不了的问题，教师可以适时予以解答。“雨课堂”教学组织过程及“雨课堂”教学参与人数实时情况见图1、2。

图1 “雨课堂”教学组织形式

图2 手机端“雨课堂”教学参与人数实时情况

从图1可以看出，学生从手机端截取了“机电传动控制”课程部分教学内容，其中“试卷”和“课件”是推送给学生的两种课件形式，课前需要准备的基础知识和课堂讲授的内容都可以通过“课件”推送给学生，为了解学生预习和课堂听讲的效果，教师通过推送的“试卷”对学生进行测试评价，图中“课堂”表示学生可以通过手机端与课堂同步学习。

为了便于叙述，根据日期的先后将图1分为课前、课中和课后3个部分。教师在“课前”可以通过推送“试卷”的方式测试学生的预习情况，并以此分配课堂讲授时间，同时还可以通过计入平时成绩的方式督促学生认真完成课前预习。“课中”对应着教师的课堂讲授阶段，在这个阶段，教师可以通过课堂统计数据直观地了解学生的课堂参与状况，由图2可以看出，有9名学生没有进入课堂同步学习。在“课后”阶段，教师可以将与课堂讲授相关的课后测试和下节课的预习课件一起推动给学生。通过这3个阶段的有机组合，教师能够全程参与学生的学习过程，而且能够及时掌握每个学生的学习状况，真正实现以学生为中心的教学改革。

(二)通过“雨课堂”开展多种形式的教学互动

教学互动是增进师生交流、提升教学效果的重要途径之一，在传统的教学模式中课堂是最主要的互动阵地，师生在课堂上能够通过提问、讨论、发言等多种方式直接交互信息。然而，在课堂外的时间里这种面对面的互动交流则明显受到限制，即使在课堂有限的答疑时间里，也很少有学生能够主动提出问题与教师进行交流探讨。因此，彻底打通师生互动交流通道，特别是课前课后的自由交流通道，是有效提高教学效果的关键所在。

“雨课堂”大大丰富了课堂互动的模式，除了传统的课堂提问模式，“雨课堂”还提供了弹幕功能，教师在课堂上一旦开启该功能，学生可以实时发送对课堂教学的意见。此外，投票、随机点名、限时回答等形式也使得教师能够随时了解学生的学习状态。

除了提供丰富的课堂互动，“雨课堂”还提供了非常便捷的课外互动平台，学生可以像发微信一样和教师进行交流，教师能够看到所有学生发来的信息，而学生之间则不能相互查看。这样，不仅使得每个学生有单独和教师交流的机会，而且很好地保护了学生的隐私。笔者在实践过程中发现，不管是学习优秀的还是学习困难的学生，都非常喜欢通过这种方式与教师交流，见图3。

图3截取了课后交流的一个片段，从内容上可以看出，学生能够很自然地表达自己的想法，教师在收到信息后，也能够在第一时间回复并解答学生的问题，从而突破了师生互动在时间和空间上的限制。

(三)通过“雨课堂”科学开展阶段性教学测试

在传统的教学模式中，往往只能通过随堂测试、课后作业、期中考试等方式完成阶段性测试，一旦班级学生人数较多时，教师因受工作量的影响，类似的测试也会随之减少，且测试结果常带有教师的主观性判断，致使测试所起到的作用十分有限，也无法对每个学生的学习状况进行具体分析。

而“雨课堂”教学形式则可以通过软件的计算和分析功能，针对每一次测试提供多方面的评价数据，教师通过这些详细的数据，可以理性地掌握每个学生的学习现状。“雨课堂”教学测试成绩、客观题答题情况分析及主观题的答题与批改情况见图4、图5、图6。

图3 “雨课堂”教学过程中的师生互动情况

图4 “雨课堂”教学测试成绩各分数段分布情况

从图4可以看出，80分以上的学生达到了三分之二；还有10名学生的成绩在60分以下，说明他们在该阶段的学习效果是不理想的，教师可以有针对性地及时解决他们在学习上存在的问题，帮助他们快速跟上大部队。

图5是对每道客观题正确率的统计，从中可以看出学生对此次测试的第6道题涉及的知识普遍掌握不到位，这就督促教师回过头来审视教学过程并思考相应的弥补措施。由于测试的客观题的批改和分值统计都可以由“雨课堂”自行完成，大大降低教师的工作量，使得教师有更多的精力放在数据的分析和研究上。

图6是某次主观题测试的批改界面，从图中可以看出学生通过拍照上传的方式很容易地提交答卷，教师也可以根据学生的答题情况进行批改并加以评价，这样不仅有效避免了收作业和发作业的工作，而且还有助于学生长期保存试卷，随时总结自己的答题情况。

图5 “雨课堂”教学测试中客观题答题情况的统计分析结果

图6 “雨课堂”教学测试中主观题的答题与批改情况

(四)通过“雨课堂”加强课程教学的全程监督

对于教师而言，使用“雨课堂”最大的益处在于能够及时获得关于学生学习状态的各种客观统计数据，有了这些实时的第一手数据，教师就能够动态调整教学方式和教学进程，以达到最佳的教学效果。教师通过“雨课堂”对学生的预习情况进行监督，见图7。

图7是针对某次课前预习的报表，“雨课堂”根据学生预习课件的情况，自动生成一个excel报表并发到教师指定的邮箱。从中可以看出，统计数据非常详尽，教师根据数据能够直观判断学生的预习情况：学生1是完全没有预习；学生2和学生3虽然都没有完成预习，但学生2用了近40分钟预习，而学生3才花了5分钟的时间，学生2的预习情况要明显优于学生3；学生4和学生5虽然都完成了预习，但是从预习时间上看，学生4明显是走马观花、应付差事，根本没有达到预习的要求。

图7 “雨课堂”提供的预习环节完成情况

五、“雨课堂”在“机电传动控制”课程教学中的应用效果

2017年笔者将“雨课堂”应用于“机电传动控制”课程教学，与传统教学方式相比，“雨课堂”的实施促进了课程教学效果和学生成绩的提升。笔者连续对2009～2014级同一专业学习此课程的学生的成绩进行了比较分析，结果表明，“雨课堂”在课程教学中实施后，不及格率明显降低。西南林业大学2009～2014级学习“机电传动控制”课程的学生成绩见表1。

表1 西南林业大学2009～2014级同一专业学生的“机电传动控制”课程考试成绩比较情况

由表1可以看出，“雨课堂”实施前，2009级学生的不及格率在30%以上，虽然笔者在授课过程更多地关注学习困难的学生，但2010—2012级学生的不及格率仍然保持在10%以上。而且一旦教学偏向学习困难的学生后，会影响到学习优秀学生的课堂效率，导致不及格率下降的同时，优秀率也随之小幅下降，这说明在传统教学模式下，很难兼顾学习优秀和学习困难的学生。而实施“雨课堂”后，不及格率明显降低，2013和2014连续两级学生的不及格率都在5%以下，特别是在不及格率大幅下降的同时，优秀率也稳步增长，取得了比较理想的教学效果。