阮春紅, 黃其柏, 黃金國(guó), 張 俐, 李喜秋
(華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院,湖北 武漢 430074)
基于信息技術(shù)的工程圖學(xué)課程混合式學(xué)習(xí)模式的設(shè)計(jì)與實(shí)踐
阮春紅, 黃其柏, 黃金國(guó), 張 俐, 李喜秋
(華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院,湖北 武漢 430074)
如何利用信息技術(shù),建設(shè)和利用優(yōu)質(zhì)教育資源,變革高等學(xué)校課堂教學(xué)模式,提高課堂教學(xué)質(zhì)量,值得每個(gè)教育者展開深入研究。為此,分析工程圖學(xué)課程的主要知識(shí)點(diǎn),根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的類型及特點(diǎn),設(shè)計(jì)工程圖學(xué)課程混合式學(xué)習(xí)模式,并進(jìn)行兩輪實(shí)踐,同時(shí)與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式的學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行對(duì)比,混合式學(xué)習(xí)模式不僅可以完成教學(xué)計(jì)劃,同時(shí)提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和自主學(xué)習(xí)能力,取得了理想的教學(xué)效果。
信息技術(shù);工程圖學(xué);混合式教學(xué);微課程視頻
教育部《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》中指出:探索現(xiàn)代信息技術(shù)與教育的全面深度融合,以信息化引領(lǐng)教育理念和教育模式的創(chuàng)新,充分發(fā)揮教育信息化在教育改革和發(fā)展中的支撐與引領(lǐng)作用[1]?!笆濉逼陂g,教育部支持部分高校率先建設(shè)了中國(guó)大學(xué)MOOCs課程,并在愛課程網(wǎng)上推廣使用。MOOCs 使得高等教育教學(xué)模式正在經(jīng)歷著一場(chǎng)全球化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的歷史性變革。
隨著新媒體時(shí)代的來(lái)臨,移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到迅速發(fā)展,各種新型移動(dòng)終端也不斷涌現(xiàn),作為“數(shù)字土著”一代的“95后”大學(xué)生們,其主動(dòng)學(xué)習(xí)新知識(shí)、新事物的意識(shí)更強(qiáng)烈,不愿意受傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛,更樂于發(fā)揮自己學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性[2]。
2016年6月28日教育部公布的第一批“國(guó)家級(jí)精品資源共享課”本科教育中有 18門有關(guān)工程圖學(xué)的課程,華中科技大學(xué)《畫法幾何及機(jī)械制圖》也名列其中,但“國(guó)家級(jí)精品資源共享課”中的視頻錄像是真實(shí)課堂的實(shí)錄,視頻時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng),不適合學(xué)生自主學(xué)習(xí);愛課程、好大學(xué)、學(xué)堂在線等網(wǎng)站上也有許多工程圖學(xué)的MOOCs,如浙江大學(xué)陸國(guó)棟的《工程圖學(xué)》、清華大學(xué)田凌的《工程制圖》、上海交通大學(xué)蔣丹的《工程圖學(xué)》、北京理工大學(xué)張京英的《工程圖基礎(chǔ)及數(shù)字化構(gòu)型》與《機(jī)械制圖及數(shù)字化表達(dá)》等;面對(duì)海量的教育資源,“95后”大學(xué)生們?nèi)匀幻H?、不知所措,如李瑩和楊敏[3]指出:課程資源在獲取方面雖然不再有門檻,但本質(zhì)上依然是精英教育,面向的是優(yōu)秀的學(xué)習(xí)者,名校課程的難度意味著“開放”不一定適合所有的學(xué)習(xí)者。雖然信息技術(shù)給教和學(xué)帶來(lái)了一定的變化,但是課堂仍然是教學(xué)主戰(zhàn)場(chǎng)[4]。因此應(yīng)根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)和學(xué)生的實(shí)際能力,設(shè)計(jì)基于信息技術(shù)的工程圖學(xué)混合式學(xué)習(xí)模式,引導(dǎo)學(xué)生利用優(yōu)質(zhì)資源,鼓勵(lì)學(xué)生利用信息手段主動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí);增強(qiáng)學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下提出問題、分析問題和解決問題的能力[1]。同時(shí)更應(yīng)該建設(shè)合適本校特色的的學(xué)習(xí)資源,供教師教學(xué)或?qū)W生學(xué)習(xí)使用,真正因材施教。
1.1 混合式學(xué)習(xí)的內(nèi)涵和含義
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及,越來(lái)越多的人意識(shí)到混合式學(xué)習(xí)的重要性。所謂混合式學(xué)習(xí),是指把傳統(tǒng)教學(xué)和數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,從而獲得更佳教學(xué)效果的學(xué)習(xí)模式[5]。文獻(xiàn)[6]提到,混合式學(xué)習(xí)是“在‘適當(dāng)?shù)摹瘯r(shí)間,通過應(yīng)用‘適當(dāng)?shù)摹瘜W(xué)習(xí)技術(shù)與‘適當(dāng)?shù)摹瘜W(xué)習(xí)風(fēng)格相契合,對(duì)‘適當(dāng)?shù)摹瘜W(xué)習(xí)者傳遞‘適當(dāng)?shù)摹芰Γ瑥亩〉米顑?yōu)化的學(xué)習(xí)效果的學(xué)習(xí)方式”?;旌鲜綄W(xué)習(xí)主要包含 3個(gè)方面的含義:①不同學(xué)習(xí)時(shí)空的混合,將自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)與面授等不同時(shí)空有機(jī)結(jié)合;②不同學(xué)習(xí)資源的混合,將課堂資源與視頻、文本、動(dòng)畫、聲音等不同形式的學(xué)習(xí)資源混合、有機(jī)整合;③不同學(xué)習(xí)方式的混合,比如將傳統(tǒng)課堂與翻轉(zhuǎn)課堂有機(jī)整合。
梅里爾提出的“首要教學(xué)原理”也為混合式學(xué)習(xí)提供了重要的理論支持,其認(rèn)為:“學(xué)習(xí)只有在學(xué)習(xí)者從事解決真實(shí)世界里發(fā)生的問題時(shí),只有當(dāng)學(xué)習(xí)者能夠通過論證或應(yīng)用而激活已知知識(shí)、并將其作為理解新知識(shí)的基礎(chǔ)時(shí),新知識(shí)才會(huì)被整合到學(xué)習(xí)者的世界當(dāng)中”。簡(jiǎn)而言之,只有在學(xué)習(xí)者承擔(dān)了合適的任務(wù),并知道應(yīng)該怎樣去做的時(shí)候,有效的學(xué)習(xí)才會(huì)發(fā)生[6],也是本文基于信息技術(shù)的工程圖學(xué)課程混合式學(xué)習(xí)模式(圖1)的主要設(shè)計(jì)依據(jù)。
圖1 基于信息技術(shù)的工程圖學(xué)課程混合式學(xué)習(xí)模式
1.2 前端分析
1.2.1 學(xué)情分析
課程教學(xué)對(duì)象是機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)一年級(jí)的學(xué)生。華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè)在教育部三輪學(xué)科評(píng)估中均名列國(guó)內(nèi)排名第一;因此進(jìn)入機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生入校成績(jī)高,且普遍熱愛本專業(yè)。剛剛進(jìn)入大學(xué),學(xué)生對(duì)新知識(shí)、新技能有好奇心,具有較強(qiáng)的參與意識(shí);同時(shí)多數(shù)學(xué)生受應(yīng)試教育的影響太深,學(xué)習(xí)的自覺性和積極性較差;工程圖學(xué)課程是普通高等院校工科各專業(yè)學(xué)生的第一門技術(shù)基礎(chǔ)課,同時(shí)該課程也是大學(xué)生在入學(xué)前零基礎(chǔ)的課程,高年級(jí)學(xué)生本課程的高掛科率使得學(xué)生畏難情緒大;因此在教學(xué)過程中,要有效設(shè)計(jì)教學(xué)過程,建設(shè)符合本校特色的有效資源,充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)、構(gòu)建知識(shí)、發(fā)展能力。
1.2.2 工程圖學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容——知識(shí)點(diǎn)分類分析
知識(shí)點(diǎn)分為陳述性知識(shí)點(diǎn)和程序性知識(shí)點(diǎn)。根據(jù)《普通高等學(xué)校工程圖學(xué)課程教學(xué)基本要求》,工程圖學(xué)課程中的投影基本理論、組合體(組合體的形成、組合體的表達(dá)、軸測(cè)圖)、繪圖方法、表達(dá)方法等知識(shí)點(diǎn)歸納為程序性知識(shí)點(diǎn);而工程規(guī)范、零件圖、標(biāo)準(zhǔn)件和常用件、裝配圖等知識(shí)點(diǎn)歸納為陳述性知識(shí)點(diǎn);而裝配圖中的由裝配圖拆畫零件圖的方法則屬于程序性知識(shí)點(diǎn)。
1.2.3 學(xué)習(xí)資源分析
混合式學(xué)習(xí)是通過翻轉(zhuǎn)課堂來(lái)實(shí)施的。翻轉(zhuǎn)課堂“flipped classroom”或“inverted classroom”,即轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)模式,通過對(duì)教學(xué)結(jié)構(gòu)的顛倒安排,真正實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)[7]。
在學(xué)習(xí)新知識(shí)前,教師提前 1周提供:課前學(xué)習(xí)任務(wù)單(包括教學(xué)目標(biāo)、思考題)、課前學(xué)習(xí)資料(微課程視頻、參考教材)以及檢驗(yàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)效果必須完成的習(xí)題和同伴互評(píng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)預(yù)告每次課的課上銜接內(nèi)容,為實(shí)現(xiàn)混合式學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件。而在傳統(tǒng)課堂上,教師僅布置下次的學(xué)習(xí)內(nèi)容。
微課程視頻在混合式學(xué)習(xí)中擔(dān)任傳授知識(shí)的重要任務(wù),由課程主講教師根據(jù)學(xué)生實(shí)際狀況、按知識(shí)點(diǎn)、采用信息技術(shù)親自錄制、生成MP4格式,并且直接拷備給學(xué)生,避免學(xué)生搜尋、選擇、下載合適的微課程視頻,節(jié)省了大部分學(xué)生的時(shí)間,也規(guī)避了網(wǎng)路不暢、流量費(fèi)用高等不足,節(jié)省了學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)成本;同時(shí)每個(gè)微課程視頻應(yīng)該簡(jiǎn)短明了、通熟易懂。
在每次自主學(xué)習(xí)的末期,提供習(xí)題和同伴互評(píng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。習(xí)題和同伴互評(píng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),可以檢驗(yàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果,幫助學(xué)生樹立成就感和存在感,促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行有效學(xué)習(xí)。
1.2.4 學(xué)習(xí)環(huán)境分析
華中科技大學(xué)學(xué)務(wù)管理規(guī)定:大一新生不允許自配電腦;同時(shí)WIFI只覆蓋教學(xué)樓、圖書館、辦公樓等公共場(chǎng)所,師生員工的生活區(qū)沒有WIFI,網(wǎng)絡(luò)速度也有待進(jìn)一步提高。因此直接提供的微課程視頻供學(xué)生免費(fèi)使用;而課前學(xué)習(xí)任務(wù)單、習(xí)題和同伴互評(píng)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)均為文本文件,也直接給學(xué)生。
為了引導(dǎo)和幫助學(xué)生學(xué)習(xí)工程圖學(xué)課程,建立了不同專業(yè)的工程制圖學(xué)教育學(xué)習(xí)討論QQ群,其中包含高年級(jí)的優(yōu)秀學(xué)生,將課堂上的互動(dòng)交流拓展到網(wǎng)絡(luò)空間,生生、師生互動(dòng)交流的時(shí)間和效果都會(huì)大大增加,提高了學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)質(zhì)量;每次完成課堂教學(xué)后,教師及時(shí)上傳課上的教案和相關(guān)練習(xí)的答案,幫助有需要的學(xué)生檢查和鞏固學(xué)習(xí)效果。
1.3 活動(dòng)設(shè)計(jì)
根據(jù)前端分析,設(shè)計(jì)合適的教學(xué)活動(dòng)。華中科技大學(xué)工程圖學(xué)課程學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)方案和部分單元活動(dòng)設(shè)計(jì)案例,分述如下。
1.3.1 工程圖學(xué)課程學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)方案
如表1所示,第1學(xué)期主要采用翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí);第 2學(xué)期既有傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí),也有翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)。表中的學(xué)習(xí)模式是主要模式,每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)都可以采用傳統(tǒng)模式學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí),教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況靈活選用。下面選擇3個(gè)活動(dòng)案例加以說明。
1.3.2 單元活動(dòng)設(shè)計(jì)案例一:軸測(cè)圖的學(xué)習(xí)
軸測(cè)圖的學(xué)習(xí),許多高等學(xué)校安排在組合體教學(xué)之后,與《普通高等學(xué)校工程圖學(xué)課程教學(xué)基本要求》一致。華中科技大學(xué)則安排在第一次課,并且與三維造型的基本理論結(jié)合起來(lái)。因?yàn)槭堑谝淮握n,教師可以采用傳統(tǒng)課堂模式,講授軸測(cè)圖的形成、軸間角、軸向變形系數(shù)等基本概念和軸測(cè)圖的基本畫法(以最簡(jiǎn)單的四面體為例)等,所用時(shí)間約45 min一節(jié)課。第二個(gè)例子講授正六棱柱的軸測(cè)圖畫法,就可以采用翻轉(zhuǎn)課堂了。
表1 工程圖學(xué)課程學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)方案
在課堂上,教師上傳1個(gè)約4 min的微課程視頻,學(xué)生立即觀看,同時(shí)安排相應(yīng)的練習(xí),老師可以在教室中巡視,解答同學(xué)中的問題,15~20 min后,點(diǎn)評(píng)學(xué)生作業(yè),簡(jiǎn)介混合式學(xué)習(xí)的原理、實(shí)施辦法、考核機(jī)制等。
如圖 2(a)所示的正六棱柱是學(xué)生高中階段就熟悉的立體,最能反映正六棱柱的表面是哪個(gè)?其形狀如何?以問題為導(dǎo)向,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),利于學(xué)生接受三維造型理論中的特征表面及特征草圖的概念。如何快捷得到正六棱柱的特征草圖?圖2(b)是正六棱柱的特征草圖,可以用拓印的方法得到。在畫出正六棱柱后表面的軸測(cè)圖(圖 2(c))之后,如何得到正六棱柱前表面的軸測(cè)圖(圖2(d))?學(xué)生很容易想到平移、拉伸,也就是三維造型理論中拉伸體形成的原理,講授伴隨與學(xué)生的互動(dòng)。
這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)可以看出:利用學(xué)生已有的知識(shí),幫助學(xué)生構(gòu)建新知識(shí),引導(dǎo)學(xué)生追求學(xué)科前沿知識(shí),很好地實(shí)現(xiàn)了將傳統(tǒng)課堂與翻轉(zhuǎn)課堂有機(jī)整合的混合式學(xué)習(xí)。
1.3.3 單元活動(dòng)設(shè)計(jì)案例二:相貫線的學(xué)習(xí)
相貫線的學(xué)習(xí)是本課程教學(xué)內(nèi)容中的重點(diǎn)和難點(diǎn),在上課前1周,提供了課前學(xué)習(xí)資源和相應(yīng)的習(xí)題及同伴互評(píng)標(biāo)準(zhǔn)(表 2),將視頻、文本、動(dòng)畫、聲音等不同形式的學(xué)習(xí)資源混合、有機(jī)整合。
圖2 正六棱柱的正等軸測(cè)圖與三維特征草圖
表2 相貫線課前學(xué)習(xí)任務(wù)單
按教學(xué)過程,翻轉(zhuǎn)課堂分為“課前-課上-課后”分別進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。本講教學(xué)內(nèi)容一般講授的次序是相貫線的概念、性質(zhì)-輔助平面法求相貫線-相貫線的簡(jiǎn)化畫法-影響相貫線的因素-組合相貫線;和提供地微課程次序一致,教師采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)需要耗時(shí)2~3學(xué)時(shí);而這些內(nèi)容學(xué)生課前通過學(xué)習(xí)相應(yīng)的教材和微課程視頻,完成相應(yīng)的練習(xí),可以達(dá)到傳統(tǒng)教學(xué)的效果,耗時(shí)僅0.5~1學(xué)時(shí);因此課上,教師直接利用三維軟件,通過改變參與相貫立體的表面形狀、相貫立體的相對(duì)位置、相貫立體的尺寸大小,以及增加剖切等演示,可以很快完成相同教學(xué)內(nèi)容的串講(圖 3)。課上剩余時(shí)間,學(xué)生可以完成本講較難的練習(xí)。學(xué)生根據(jù)各自的學(xué)習(xí)情況,查漏補(bǔ)缺,提出自己的問題與同伴、教師探討,完成個(gè)性化的學(xué)習(xí),將自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)與面授等不同時(shí)空有機(jī)結(jié)合。
圖3 影響相貫線的因素和輔助平面法的作圖原理
1.3.4 單元設(shè)計(jì)案例三:設(shè)計(jì)每次課的習(xí)題及同伴互評(píng)標(biāo)準(zhǔn)
設(shè)計(jì)同伴互評(píng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),要將學(xué)生不太重視的內(nèi)容包含進(jìn)去,如圖 4中的中心線、多解;同伴互評(píng)可以促進(jìn)學(xué)生有效學(xué)習(xí)。
圖4 同伴互評(píng)標(biāo)準(zhǔn)示例
2.1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果問卷統(tǒng)計(jì)
華中科技大學(xué)2014、2015級(jí)機(jī)械卓越工程師班共59人參與了混合式學(xué)習(xí),對(duì)兩屆學(xué)生進(jìn)行了實(shí)名問卷調(diào)查,與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式相比,100%的學(xué)生認(rèn)為混合式學(xué)習(xí)模式的學(xué)習(xí)難度合適;54.23%的學(xué)生喜歡混合式學(xué)習(xí)模式;57.62%的學(xué)生認(rèn)為混合式學(xué)習(xí)模式對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握更加深入和全面;50.8%的學(xué)生認(rèn)為混合式學(xué)習(xí)模式學(xué)習(xí)的效率較高;72.9%的學(xué)生認(rèn)為混合式學(xué)習(xí)模式有利于提高自主學(xué)習(xí)能力;88.14%的學(xué)生愿意繼續(xù)開展混合式學(xué)習(xí)模式。
2.2 考試結(jié)果分析
學(xué)期結(jié)束,與同專業(yè)其他班級(jí)(卓越工程師班)一樣參加統(tǒng)考,采用相同的試卷統(tǒng)一批卷,從卷面分析來(lái)看,平均成績(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他學(xué)生,同時(shí)高分學(xué)生多,不及格率低,學(xué)習(xí)效果是好的。
混合式學(xué)習(xí)很好地解決了教師滿堂灌和學(xué)生過分依賴課堂教學(xué)的問題;一定程度上提高了工程圖學(xué)課程教育中的面對(duì)面的輔導(dǎo)時(shí)間,全部學(xué)生課堂上可以完成傳統(tǒng)教學(xué)的全部練習(xí);針對(duì)學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生,可以設(shè)計(jì)一些“問題與討論”,進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂是混合式學(xué)習(xí)的核心,設(shè)計(jì)好翻轉(zhuǎn)課堂,混合式學(xué)習(xí)才能得以實(shí)現(xiàn)。翻轉(zhuǎn)課堂成為國(guó)內(nèi)外教育改革的新浪潮,為教與學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展提供了新的思路[8]。
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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
華中科技大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目(201504)
阮春紅(1966-),女,湖北黃石人,副教授,本科。主要研究方向?yàn)楣こ虉D學(xué)課程、智能設(shè)計(jì)與仿真。E-mail:spring_ling@163.com