创新教学方法 融合现代技术 发挥团队优势
——北航学院机械大类核心课程群在线教学实践
为积极响应教育部提出的“停课不停教，停课不停学”，遵循学校应对疫情的教学政策，机械大类核心课程群充分发挥原有优势、开展团队合作，研讨线上教学模式，修订线上教学大纲、设计教学内容、统一教学日历、组织线上集体备课，增强课程群交流互动。最终形成了系统的授课方式，并提供了较为完备的网上教学资料，如图1-3所示。
图1提供网上教学资料
图2授课方案
图3共享爱课程网上资源
经过七周的教学实践，课程群教师深深感受到线上教学需要教师倾注更多精力开展在线教学的研究；需要更加注重“学”为中心，实现教学模式从学生“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。为此课程群采取如下措施，不断改进线上教学效果。
借力现代技术 丰富线上教学内容
线下授课由于课时限制，使得教学内容有限。网络教学，虽使得教学工作量增加，但却突破课时限制，丰富了教学内容。课程群在进行课程录制时，将课程内容录制为课内学习视频和课外拓展内容，辅助学生课外学习。丰富多彩的教学内容，让学生有机会了解更多信息，学得更多、更清楚更明白，视野更宽广。
借助线上技术，不仅能对教学内容保质加量，也能增加教学乐趣。如杨民老师在讲授垫圈时，让学生列举日常生活中的垫圈及作用，然后鼓励学生利用搜索引擎查找各种不同的垫圈进行介绍，了解用途，提升学习兴趣，如图4所示。
图4 学生利用网络的搜索引擎各种不同的垫圈
整理线上标准资料库 培养学生的标准化意识
为了让学生形成对标准的正确认知，课程群教师搜集整理工程制图相关国家标准，形成课程的线上标准资料库，如图5所示，在标准基础上进行图样表达及案例讲解，并注重强化实践练习，将学生标准化意识培养贯穿在教学活动中，让学生学以致用，真正掌握所学知识，形成自己绘图能力。
图5 线上标准资料库
创新教学手段 贴合线上教学实际
工程图学是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，需要有较强的空间想象能力。传统课堂教学，教师能以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，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。在线教学，如何破除时空阻隔，提升线上教学效果，不同的教师有不同的方法。
3.1制作“形图兼备”的电子课件，将模型与图纸建立关联
青年教师于勇为了解决线上教学的不足，制作了“形图兼备”的电子课件，将模型与图纸建立关联，如图6为某零件二维工程图样，要求画出其A向外形图。由于该形体比较复杂，对有些同学来说，建立起该零件空间的形体概念较为困难。教师通过云班课平台发布了三维模型，扫描二维码或者点开链接就可以查看。如图7所示为模型静态答案及三维模型展示二维码，使用手机扫描二维码即可查看模型并进行旋转、平移、缩放和剖切等操作，由此提升学生的教学体验，激发学生学习兴趣，补充和拓展更丰富的学习资源。
图6二维图样
图7 答案展示
3.2授课内容融入身边实例，增强可理解性及趣味性
胡少兴老师为了加深同学对外形图的理解，课上以体育课同学们站成一列为例，高个子在前，这时后边的同学只看见与他相邻前面同学的轮廓，就是我们所说的外形。通过这一示例，简单直观的理解了外形图。然后，结合三维图形讲述组合体的外形图的绘制过程。如图8所示。
图8补外形
为了让同学们理解螺纹，王运巧老师让同学“寻找身边的螺纹”，并把找到的螺纹拍照发群里，如图9所示。老师逐一点评，加深对螺纹直观、深刻的印象。
图9寻找身边的螺纹
马金盛老师展示“天津大麻花”，如图10所示，让同学们在轻松愉快的气氛中学习，提高教学效率。
图10“天津大麻花”与螺纹 “生动”比喻
3.3网络授课带给学生更多的思考和创新，树立科学发展
王玉慧老师在讲螺纹连接内容时，从产品设计中的连接讲起，列举常见的各种连接的需求及特点，从粘接，榫卯连接，焊接，铆钉，讲到螺纹连接，然后讲解螺纹紧固件用途、画法等内容；接着从应用层面展示牙齿种植中的螺纹图，骨科的接骨螺钉等；最后讲解创新设计作品的典型实例以启发学生思考。让学生从解决工程问题出发，思考解决方案，培养工程意识，同时注重学生的多学科交叉结合创新思维与发散思维的养成，树立科学发展无止境的发展观，如图11-13所示。
图11 各种连接讲解
图12 螺纹应用-牙齿种植中的螺纹连接
图13 创新作业实例分析
线上教学，有助于师生共同研讨，集思广议。探讨新颖、实用的解决方案，即时在线修改设计。教师发挥引导作用，培养学生观察生活，自行设计、构形，启发学生思考创新，使学生建立科学发展观。
3.4创造性思维与空间思维相结合，实现二维到三维的平滑升级
马金盛老师将“创造性思维”与空间逻辑思维相结合，使得复杂问题简单化，将看似“无序”的结构逻辑化。比如，从学生们熟悉的汉字入手，第一步，书写一维线条单体字；第二步加宽字体笔画边框，形成二维空心笔画双体字；第三步也就是同学们思维升华的阶段，以倾斜的方式（立体轴测思维的建立）向右侧放射延长（立体结构长宽高的逻辑建立），形成三维立体字，这时同学们的思维豁然开朗，既熟悉又富有乐趣。
图14三维立体字
图15 原平面图形作业
图16平面图形--立体化
通过这一操作，充分利用已熟悉的二维结构，稳步建立三维结构。将教学中的平面图形作业进展扩展，再画成轴测立体画，使同学们从简单结构到复杂结构的合理过渡，如上图14-16所示。
3.5 紧贴时事，融入课程思政
马金盛老师教授斜断面图时，为了调动同学们的学习兴趣，提前预告说下周老师要进行“手术”直播。此言一出，引起了同学们的极大关注。“老师怎么了？”、“要做啥手术？”。正式上课时，马金盛将事先准备好的“新冠病毒”字体（形体）结构斜断面图的“手术解剖”给同学们进行演示，使同学们再次感受到工程图学课堂“设计—创造—设计”的激情与动力时刻，如图17-18所示。
图17新冠病毒“手术”--斜断面图
图18学生作业 新冠病毒“手术”--斜断面图
程伟老师在曲面立体课程环节，通过草图截面的扫掠功能实现飞机机身的曲面生成，使学生直观了解飞机设计建模的方法，坚定热爱航空、热爱国防的信心，如图19所示。
图19 利用截面扫掠方法生成机身曲面模型
3.6加强工程化应用意识 融入科研成果
此外老师在网络教学资源的制作过程中，通过使用常用工程零件、工程机械结构模型，加深学生对工程设备的理解。如韩先国老师在讲解国标图样表达及绘制时，有意识的提供实际工程中的一些零件及三维模型或工程背景题，让学生练习画二维图。由于能接触到实际工程，学生表现出很大的兴趣来画图。并在绘图实践中，发现各种各样的问题。韩老师与学生开展答疑互动，指出学生绘图中的问题，从而让学生真正体会到图样画法中各种方法的含义，及如何方便清晰地表达形体的方法，强化标准化意识及对知识的理解与掌握。
程伟老师在Solidworks交互功能的操作教学中，以实际工程机械的几何和物理特性查看为例，在训练软件功能的同时，提高学生的学习兴趣，并加深工程图学的工程化应用意识，如图20所示。
图20工程机械的零件信息查询
程伟还在在教学过程中积极融入科研的成果，以航空结构件的数模生成为利，分析建模过程，讲解Solidworks拉伸、抽壳、加强筋功能的具体应用，同时也为学生后续航空衍架结构设计类课程学习奠定了基础，如图21所示。
图21飞机结构件数模
3.7在线绘图翻转教学，激发学生学习的兴趣
相较于线下绘图实验教学，线上授课有其独特的优势。可以提前发布教学视频，方便同学提前预习，课上集中答疑，提高了学习效率；线上教学视频可反复观看，巩固薄弱环节，这对实践操作要求较强的实验课尤为重要；激发了自主学习能力；线上教学有助于翻转课堂的实现。
课程群提前将绘图样例录频及相关教学材料发送给学生。大部分同学会提前观看并练习。之后将观看及作业中发现的问题和思考带到课堂，课堂时间更多成为辨析概念，课堂讨论的环节。如“平面草图绘制”中的圆角绘制问题，王运巧老师在课前提出相关问题，留给同学思考。课上鼓励学生回答、展开讨论、互相启发。
计算机建模过程不是唯一的，同样的作业，学生的建模过程千差万别。为此课上教师留出时间让同学介绍自己的建模过程和想法，并进行点评。有些做法值得借鉴，给同学以启发。有些则存在错误、过程繁琐、思路不清晰，但通过自我讲解和教师点评，能及时发现问题并纠正，其他同学也能借此机会看到更好的建模方法和更方便的工具应用，如图22所示。
相对于传统课堂上教师教学生学，课下学生做作业的教学模式，翻转课堂模式打破学时限制，教和学的时间都大大增加了，学生和教师投入的精力也远超从前。
图22 翻转课堂-学生在线讨论
线上授课通过对教学手段和方式的创新，增进了师生之间和生生之间的互动，促使学生能主动交流，锻炼了学生的图形和建模过程的分析能力的同时，减少了作业的抄袭现象，教学效果良好。
直播互动 与录播相得益彰
“录播+MOOC”方式能有效的防止由于网络问题影响教学效果，有助于打磨教学内容，更加注重拓展学生视野，引导学生设计创新；也有助于教师提前发布教学视频，组织学生开展预习及回看，提前发布教学视频，录制课后总结、重点讲解同学们的重难点及对知识拓展。为了更好的与学生互动，课程群通过“直播+录播”相结合，推动线上线下融合，如图23陈甜甜老师为学生直播计算机绘图实验课。
图23直播计算机绘图实验课
通过“腾讯会议”开展直播教学，有助于加深知识理解。教师指导学生观看录播内容，适时截屏，并提出相应问题，让学生回答、讨论，最后统一总结，加深对问题的理解。及时将作业情况反馈给学生，强化学生学习的效果，如图24所示王玉慧老师利用腾讯会议直播教学。
图24 通过腾讯会议直播教学
肖立峰老师进行直播教学时，学生亦是“主播”。学生也可以共享屏幕叙述问题，老师、助教及学得较好学生多人“会诊”，及时的解决问题，同学们取长补短，互相修正，获得比线下课堂教学更好的互动教学效果，肖立峰采用了文字、语音、图片、实时屏幕分享及录制短视频方式回答同学提问。这种方式，能惠及所有学生并能根据需要回放观看。如图25所示。
图25在线直播教学互动
此外，课程群老师还通过微信、QQ、电话、录制解答视频、腾讯课堂等多种方式开展答疑互动。答疑既有面向全体学生的公开答疑，也有面向个别学生的单独答疑。如图26所示王运巧老师课下在为学生单独互动答疑。如图27所示陈甜甜老师用微信、QQ群在为学生答疑。
图26 课下单独答疑
图27 以教学班建立微信群及时解答
助教团队积极主动 助力线上教学
为适应线上辅导，课程群早做筹备，于开课前，开展助教培训，分享课程适用软件。助教组长马弘昊组织课程中心使用交流，为课程助教工作开展打下扎实基础。
课程群助教充分发挥自己的能动性。如助教张晓敏、谭龙等制作电子版作业习题，辅导有条件的同学使用CAD软件完成作业绘制。马弘昊向同学推荐了手绘板，并分享比较易于同学接受的截图草图软件。同时，积极与与出版社沟通，为同学们提供7折的正版习题集购买通道，减轻了同学们的负担。
图28 使用CAD制作的电子版作业
本学期作业的数量多，难度比较大，课程群助教克服困难，保证作业全批全改，及时反馈。针对同学们问题较多的内容，助教们借助腾讯课堂、B站等方式开设直播习题课，为同学们答疑解惑。对于部分学习主动性低，不能按时完成作业的同学，助教与他们一一联系，了解他们是否有实际困难，一对一互帮，如图29-31所示。
图29作业线上全批全改
图30 通过腾讯课堂讲解习题
图31与学生电话沟通
总结
随着教学进度的不断深入，为了提高教学效果，课程群不断创新教学方法，不断改进教学内容，不断与同学们互动、沟通，努力提高在线授课质量。线上授课虽然带来极大的挑战，但同时也为课程改革创新提供了契机。机械大类核心课程群教师将无畏艰难，持续推进教学改革。
（审核：曹庆华）
编辑：贾爱平
