融合云课堂的“机械CAD基础”课程教学改革研究

2018年
4月
图 学 学 报
April 2018第39卷 第2期
JOURNAL OF GRAPHICS
V ol.39
No.2
融合云课堂的“机械CAD 基础”课程教学改革研究
王 珉， 张宗波， 牛文杰， 曹清园
(中国石油大学(华东)机电工程学院，山东 青岛266580)
摘要：“机械CAD 基础”是很多工科专业需要学习的课程，其实践性强，多在计算机教室
进行授课。

随着“互联网+”技术在高校课程教学中的应用，线上教学的优势逐渐显现，“机械CAD 基础”课程的特点适合线上与线下相结合的教学模式。

为此，在校“石大云课堂”线上教学平台建设了“机械CAD 基础”课程网站，并进行了教学实践，充分发挥了云课堂的课程资源建设、教学活动设计、互动性学习、学习数据统计、大数据反馈等功能，构建了新型的云课堂及线下教学相融合的教学模式，对目前“互联网+”在高校教学中的运用提供了有益的探索和实践。

关
键
词：机械CAD 基础；教学改革；云课堂
中图分类号：TP 391.7 DOI ：10.11996/JG .j.2095-302X.2018020367 文献标识码：A 文 章 编 号：2095-302X(2018)02-0367-06
Research on Teaching Reform of “Mechanical CAD Foundation” Course
Combine with Cloud Classroom
WANG Min, ZHANG Zongbo, NIU Wenjie, CAO Qingyuan
(College of Mechanical and Electrical Engineering, China University of Petroleum, Qingdao Shandong 266580, China)
Abstract: Most university engineering students need to learn “Mechanical CAD Foundation” course, this course is more practical and learned in the computer classroom. The advantages of online teaching gradually appeared with the application of “Internet+” technology in university teaching, and this course is particularly suitable the teaching mode of combining online with offline. The “Mechanical CAD Foundation” course website is built in China University of Petroleum Cloud Classroom. The teaching reform of course resources construction, teaching activities design. Interactive learning, learning data statistics, and big data feedback are practiced. A new teaching model of cloud classroom and offline teaching is constructed. This model provides a useful exploration and practice for the using of “Internet+” in university teaching. Keywords: mechanical CAD foundation; teaching reform; cloud classroom
近年随着网络技术的迅猛发展，很多课程已经开始尝试整合课程的各种教学资源，为学生提供数字化教学资源，但其中多是简单的网络课程，独立设计的页面，建课效率低下，成本较高，并且互动性少，多作为课堂教学的补充，难以体现
教学过程的全部环节，仅仅是课堂搬家[1-2]。

然而“互联网+”背景下的大学教育改革并不是简单的用教学网站与传统课堂进行叠加，而是利用互联网教学平台，让云课堂与传统课堂教学进行深度融合，创造新的教学及学习生态。

这种新的教学
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模式，充分发挥了云课堂在教学资源配置中的优化和集成作用，将云课堂深度融合于教师教学及学生学习中，形成更广泛的以课堂教学为基础，云课堂为补充的教学新形态[3]。

从“精品课”、“资源共享课”，到“网络公开课”，再到“云课堂”，其发展过程，正是“互联网+”时代发展的体现，其区别见表1。

表1 基于网络教学的课程对比
课程形式课程类别受众对象课程资源教学活动学习互动性学习过程数据大统计分析个性化学习
精品课/资源共
享课基础课/
专业课
高校教师和
学生为主
教案/PPT/
习题等
自学为主差无无无
网络公开课基础课为主面向社会
为主
PPT/授课视
频等
自学为主一般极少无无
云课堂基础课/
专业课
高校为主/
兼顾社会
教案/PPT/
授课视频等
学生/教师为主好有有有
2004年美国人萨尔曼·可汗首次在网络上传微课程视频，2009年他创建可汗学院(Khan Academy)，2012年大规模开放式在线课程(massive open online courses，MOOC)出现使大规模在线课程的实施成为可能，也使得通过网络技术建立起的大数据和约束式学生自主学习新模式得以实现[4-7]。

经过近几年的发展，MOOC和以CMooc、XMooc、Spoc为代表的“后MOOC时代”通过教学实践进一步成熟，近些年很多高校的实践教学也发现，其不可能像产生初期时部分倡导者所描述的那样成为教育的救星，并造成传统大学的解体，最有可能的未来是开放式的线上平台，为使用者提供更丰富的资源和学习体验，并与传统课堂相结合让大学变得与从前完全不同。

云课堂是一种高效、便捷、互动的互联网教学课堂形式，学习者只需要通过互联网界面进行简单易用的操作，便可快速高效地查看或者学习教学视频、课程通知、作业及课程数据，随着“互联网+”的普及，云课堂在各高校中的应用必然更加广泛、更灵活、更智能。

对目前的教学改革及人才培养将起到更大的推动作用[8-9]。

云课堂的特点如图1所示。

图1云课堂的特点
以云课堂作为促进学生自主学习的认知、协作、体验与知识内化的工具，并与传统大学课堂相融合，改变传统的以教师为中心的教学结构，构建新型的教育主导-主体结构，是今后高校课程教学改革和发展的必然方向。

如何将云课堂与传统课堂相结合，将课程资源与教学活动深度融合，发挥各自的优势，针对不同的课程和受众群体进行教学活动的精细化设计，探索具有更强针对性的现代化教育模式显得更有意义和价值。

1 云课堂在“机械CAD基础”课程中的
运用
以中国石油大学(华东)的“石大云课堂”平台为基础，结合“机械CAD基础”课程的特点以及目前我国高校在网络教学中普遍存在的共性问题，从云课堂资源的建设和使用、教学活动的组织、云课堂与传统课堂教学的协调等方面入手，对“云课堂+传统课堂”融合的课程教学模式的关键环节、可行性和有效性进行研究和探索。

1.1 “机械CAD基础”课程云课堂的建设
自本校引入“石大云课堂”初期，课程教学团队就开始了“机械CAD基础”课程线上资源的建设工作，对课程主要教学资源(电子教案、PPT课件、课程录像、例题、习题答案等)进行了建设，并有针对性地制作或修改了部分资源，使之适用于网络教学。

通过前期建设，课程云课堂已初具规模，部分内容将在项目进行过程中继续完善和优化，其整体框架结构如图2所示。

(1) 课程管理包含教师信息、选课学生管理、课程通知、权限管理、数据结构管理等内容。

其中选课学生管理可以对学生进行分组，便于在研究性教学过程中进行小组研讨及小组作业，另外通过选课学生管理可将旁听学生信息导入便于其学习；课程通知会在课程进行过程中发布有关信息；权限管理可以将云课堂建设的资料共享给其
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他教师，也可以控制选课学生的浏览内容；数据结构管理设定了云课堂的整个数据库。

(2) 教学资源包含教学大纲及日历、电子教案及课件、播客单元、作业讲解、习题答案等内容。

教学大纲及日历使学生了解课程讲授内容及进度；电子教案及课件是学生课下自主学习的基本资料；播客单元分别按课次及知识点对课程录像进行剪辑，方便学生进行灵活和碎片化的学习；作业讲解点明了所布置作业的关键点；习题答案
给出了课后习题的答案。

(3) 教学活动(图3)包含了在线测试、试题库及样卷、在线答疑、主题讨论等环节。

在线测试由系统随机选题，每次题目5-10道，测试时间短，利于学生利用碎片化时间内进行自测，也可实现多次抽题测试，提高了学生的兴趣；在线答疑主要由学生提问，教师答疑，方便学生在课余时间方便与教师交流；主题讨论主要针对课程中的一些知识点或者研究性教学中的问题进行讨论，各抒己见。

图2 机械CAD 基础课程云课堂框架
图3 云课堂教学活动
(4) 研究性教学包含了课程大作业、全国3D 动力大赛、往届优秀作品、创新实践等内容。

课程大作业是从课程中期开始进行的一个综合性的建模及设计，学生单独或以小组在课下完成，期末作为总成绩的一部分；3D 大赛介绍了大赛相关情况，引导感兴趣的同学参与大赛；往届优秀作品包括了往届的学生的一些优秀作品展示，供上课学生参考；创新实践可以结合任课教师的科研进行一些小产品的建模，将理论教学与实践教学相结合。

1.2 课程教学中云课堂的运用
在课程教学过程中，学生可以利用云课堂的教学活动资源方便灵活地进行学习，教师也可以
在此过程中对每个学生的学习情况进行统计，其中在线测试、在线答疑、试题库及样卷、主题讨论、播课单元、课程大作业等模块充分实现了师生互动、学生互动的功能。

在线测试模块可以实现学生自主测试，以往本课程的题目以画图为主，很难实现线上测试，而且学生做题花费的时间也较长，很难调动其学习积极性。

为此对题目进行了有针对性的重新设计，既实现了对知识的掌握，也减少了学生的做题时间，利用计算机自动批阅，通过小题量、高频度的刺激单知识点可以有效提高知识点的内化速率。

播课单元主要为学生提供教学视频，便于学
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生自主学习，为此课程组教师录制了完整的知识点及课次视频，教学视频可以在一定程度上打破传统课堂的时空界限，让学生实现随时随的学习，其中5~15 min的知识点微课单元，可以引导学生进行碎片化学习，提高学习的灵活度和针对性。

1.3 “云课堂+传统课堂”相结合的教学方式的探索
采用云课堂+传统课堂教学，线上自主学习、线下讨论、集体总结、典型案例剖析等开放式的教学模式，以启发式讨论、研究性教学为师生互动中心，引导学生主动学习，激发学生的创新思维与设计意识。

利用云课堂教学在一定程度上能够打破师生之间以及学生之间在时间和空间的隔阂的优势，课前可以让学生利用云课堂对应教学资源进行预习，教师能够监控学生的线上预习情况，从而在上课时能够让教师在课堂上更有针对性，做到有的放矢，完成开课前的预备知识讲解和指导以及线上学习结束后进行线上考核和评价。

这样可以合理利用云课堂资源和学生的碎片化时间，整合优质教学资源，引导学生锻炼自主学习的能力。

在云课堂线上测试环节，选择题和判断题缺少对软件操作过程完整性的训练，因此在线上练习的基础上要辅以必要的线下操作练习，既能够让学生在有限的时间内既能实现对知识点的掌握，又能让知识点在软件操作中充分地表达出来。

在播客单元的使用上，由于课程录像是针对本课程进行录制的，因此教学模式不同于单纯的线上教学或线上视频播放，其更加注意视频资源的系统性和与课堂教学的对应性。

2 融合云课堂的“机械CAD基础”课程
教学模式的构建
2.1 改革方案设计
(1) 教学改革总体设计与规划如图4所示，充分利用云课堂的丰富教学资源，设置多样化的教学活动，设计融合式的学习策略，并通过程化的考核方式，将传统课堂和云课堂的优势进行融合，并将以教与学相结合，进行教学改革探索。

(2) 云课堂资源的组织与规划会直接影响到资源的查找与使用的方便性，学生自主学习的兴趣及使用效率以及教师对云课堂的把握及学生学习动态的掌握，因此需要对云课堂的界面进行重新设计，而不是教学内容的简单堆积。

为此，将云课堂的资源映射到前端页面时，进行了重新的设计及规划，其映射结构如图5所示。

在本组织架构中，前述课程资源只是资源构架中的后台运行资料库，呈现在学生终端上的教学平台除基本的课程信息外，其他的资源均按照“好找、好学、好看、好懂”的学习原则进行了再组织。

图4教学改革总体设计与规划
(3) 学习策略和教学活动设计是为了将静态的课程资源变为动态的知识学习过程，其设计的优劣会直接影响到课程知识点的掌握、学生的学习效率、学生的兴趣程度、师生间沟通交流情况等，好的学习策略和教学活动能能调动学生积极性，形成主动学习，本文采用的教学模式为以教师为主导的传统课堂融合以学生为主体的云课堂的模式，如图6所示。

在云课堂方面，则以学生为主体，进行课前、课后的相关学习，并利用碎片化时间，进行学生能力培养方面的综合练习。

改变以往以教师为主体的传统教学模式。

2.2 解决问题的方法
(1) “云课堂+传统课堂”融合的教学环节安排。

在目前“互联网+”的时代背景下，以计算机和网络为核心的信息技术作为加速学生认知、协作、体验与知识内化的工具，成为信息时代解决学时与信息量矛盾的重要途径。

在教学活动中通过合理的教学活动设计，引导学生对中等以下难度的知
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识点进行自主学习、考核以及对已学知识的强化。

传统课堂则根据对学生云课堂的学习情况进行学习追踪，及时调整教学内容和教学策略，以教师面授重点、难点知识和进一步拓展知识的深度和广度为主要特点。

云课堂的使用打破了师生之间
以及学生之间在时间和空间的隔阂，让课堂延伸到学生的碎片化课余时间。

在该教学模式中以不显著增加学生的学习负担为原则，通过云课堂学生自学与传统课堂教师讲授的深度融合和合理配置，提高学生学习活动的自觉性和有效性。

图5 将云课堂的资源映射
图6 教学模式框架
我校“机械CAD 基础”课程在机房进行授课，并配有1∶1的练习课，因此云课堂的适用性非常强，在练习课可以通过云课堂布置练习要求当堂完成并提交。

课下将作业发布于云课堂，学生完成后在截止日期前提交。

截止2017―2018年第2学期，“机械CAD 基础”课程云课堂总访问量超过2.2万次，总访问量在全校名列前茅，取得了良好的效果。

(2) “过程考核”与“结果评价”相融合的考核机制设计。

在整个学习策略和教学活动的执行过程中，对各环节的有效控制是实现良好教学效果的重要保证。

改变期末考试一考定成绩的考核制度，在教学的各环节设计过程化考核策略，建立渐进式形成性评价机制，并设立课程大作业，让学生
进行更贴近工程实践的学习，培养学生的工程实践能力。

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对于云课堂学习情况的考核，通过大数据能够实现对每位学生云课堂学习时长、自主测试结果、作业完成情况、答疑互动情况等进行自动追踪以及数据统计，指导教师可以进行制定个性化的教学及评价策略。

对于传统课堂主要通过课上对知识的回忆与检查、学生讲解知识点、学生实践项目等环节了解学生对知识点的掌握情况。

此外学生也可以通过参加3D大赛获得较高的平时成绩，在以上考核内容的设置上，均以学生综合能力及创新能力的培养为目标，在考核过程中尽量体现学习的多样性和趣味性，最大程度地调动学生的学习兴趣，促进学生主动学习和探索。

结合课程特点，充分融合云课堂的优势，将传统的课堂教学与学生自主学习相结合，不断进行教学实践，在学生牢固掌握课程知识的基础上，进一步激发学生学习的积极性，并引导其创新性和实践性的发展。

3 实施效果
通过两个学期的教学实践，教学改革取得了良好的效果，对同一教师主讲的同年级同专业不同班级学生的期末考试成绩统计和分析(表2)，其中实验组为融合云课堂教学班，而对照组为课堂教学班。

表2 2015―2016年第2学期及2016―2017年第1学期“机械CAD基础”成绩统计
课堂人数
各分数段人数比例(%)
最高分最低分平均分90~100 80~89 70~79 60~69 <60
对照组108 58(53.6) 24(22.2) 14(13.0) 6(5.6) 6(5.6) 98 27 82.83 教改实验组97 72(74.2) 18(18.6) 6(6.2) 1(1.0) 0(0) 96 64 90.22
因本课程在计算机教室讲授，因此更适用于云课堂的教学模式，表2显示教改实验组比对照组的成绩有较大提高，体现其教学模式的优势。

4 结论
(1) 建立了“云课堂+传统课堂”融合的教学模式，针对目前教学过程中主要依靠课堂讲授为主的授课方式，结合目前“互联网+”背景下云课堂的运用，充分利用云课堂丰富多样的教学资源，将传统课堂教学转换为“云课堂+课堂教学”的模式，解决了以往授课过程单一、教学模式固定的问题。

(2) 构建了“教师为引导+学生为主体”的学习模式，改变了以往以教师为主导的教学模式，将学生逐渐转变为学习过程中的主体，通过充分利用平时碎片时间，引导学生多用云课堂，提高对知识点的重复率达到加强记忆的目的。

(3) 架构了“教学策略+教学活动设计”动态融合过程，通过设计适合的教学策略和教学活动，将云课堂静态的课程资源变为动态的知识学习过程，并通过云课堂的大数据，统计学生相关学习信息，做到运用与反馈相结合、知识点与实践相结合、个体与小组相结合，并通过研究型教学提高知识的运用能力，从而让云课堂动起来，不仅仅是利用、而是真正达到运用的目的。

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