基于SPOC的“计算机辅助产品表现”课程教学模式重构

潘小栋，卢艺舟



基于SPOC的“计算机辅助产品表现”课程教学模式重构

潘小栋，卢艺舟

(浙江科技学院艺术设计学院，浙江 杭州 310023)

针对“计算机辅助产品表现”课程传统教学模式中存在的局限与问题，结合对其形成原因的具体剖析，提出融合互联网技术的混合式教学是切实可行的改革方向，并引入小规模限制性在线课程(SPOC)模式对原有的课程内容与授课形式进行重构与创新。通过教学实践对SPOC课程的内容建设、教学实施与效果评估等重要环节进行了分析与研究，并通过对测验成绩的数据分析，验证了SPOC模式对于该课程教学效果提升所具备的有效性，为今后计算机辅助设计类课程的教学改革做出了有益的探索与尝试。

计算机辅助产品表现；教学模式重构；小规模限制性在线课程；混合式教学

“计算机辅助产品表现”是面向工业设计专业开设的一门必修课程，其内容主要涵盖工业产品的二维设计与三维渲染两个方面，是工程制图、计算机辅助模型设计的后续课程，学生对于计算机辅助产品表现手段的掌握水准，将在很大程度上影响其深入设计的能力以及在专业设计课程上的表现，在各类设计竞赛以及毕业生就业求职方面更体现出显著的实用价值。然而经过多年的教学实践，发现传统模式存在较为明显的弊端，长久以来制约着教学效果的提升。

1 “计算机辅助产品表现”传统课堂中存在的主要问题

(1) 快速迭代的软件版本造成学习内容的滞后性。对于大学教育而言，四年的时间跨度在客观上势必造成教学内容存在相对滞后性，这一问题在计算机辅助设计学习领域体现的尤为突出。软件以年为周期进行的大版本更新导致在课程知识点方面发生非常多实质性的变化。如何给予过往学生知识更新的机会，缓解滞后性带来的弊端，成为需要关注的重要问题。

(2) 紧凑的课时安排导致互动性缺失。辅助设计软件功能点繁多，实践要求高，因此在充实的教学内容与有限的课程时长之间存在着矛盾点。长期以来高校计算机辅助设计类课程较多采取电脑机房集中授课的形式，在上课模式上也以台上教师演示授课和台下学生上机操作的传统形式为主[1]，讲课与练习共同挤占有限课时，使得课程内容安排过于紧凑，师生以及同学之间缺少交流互动的机会。

(3) 兼顾整体教学而牺牲高阶学习目标。传统课堂教学中，由于要兼顾整个授课班级学生的接受程度，教学内容在难度上往往局限于中低层次。而更高阶的辅助设计教学内容由于学习曲线陡峭，很难在课堂上达到普遍性的良好反馈，只能无奈缩减，形成不利于课程专业水准提高的局面。如何在课程中做到分层次教学，成为教学实践中必须面对的难题。

综上，即“教学内容静态、互动时机缺乏、层次差异不足”，其根源在于传统课堂教学模式客观上存在的局限性，要在根本上突破其局限，唯有进行教学模式的重构与创新。

2 课堂模式进一步分析与SPOC模式的引入

“计算机辅助产品表现”课程在教学内容上包含二维表现与三维表现这两个相对独立的模块，分别基于不同的辅助设计软件，当前主流采用的是Adobe Illustrator与Keyshot(或Cinema 4D)。在教学团队内，不同任课教师所擅长的软件各有侧重，要获得最佳的教学效果就要综合各家所长，而这一理想状态在现行的分班授课模式下很难达成，易形成不同班级间对各模块学习水准存在差异的局面。

另一方面，面对多个平行班级，教师需要重复讲授同样的基础内容，而越是基础阶段，往往越需要反复讲解才能令学生逐步进入状态，其耗费的课堂时间和教师精力都会比较多，却仍然难以获得与之匹配的理想效果。

通过多年实践摸索，教学团队已清醒认识到期望在固定、有限的时间与空间中，仅仅依靠改良课程内容来解决传统课堂的诸多弊病并不现实，而借助互联网技术进行课堂模式上的革新是更为可行的方向，如每个软件(模块)均由团队最擅长的教师来负责录制课程，然后将最优质的教学视频进行资源整合，充实到线上课程中，通过共享突破实体课堂的空间界限；同时借助视频课程可重复观看的特点，将有限的实体课堂时间从重复讲授基础中释放出来，使教师的时间、精力得以优化配置，可用在互动交流、深度讨论等更有价值之处。

2012年借助互联网开展的大型开放式在线课程(massive open online courses，MOOC)已经在教育界兴起热潮，其特点是大规模、开放、完全在线[2]。但是结合当前大学本科教学的实际情况分析，对于专业性、实践性均较强的计算机辅助设计教学而言，单纯依靠MOOC课程在学生自觉性和学习深度方面是有欠缺的[3]，而将MOOC课程与学校线下课堂相结合的混合式教学，是目前普遍被认为更具备可操作性的解决方案。由MOOC派生而来的SPOC(small private online course)意为小规模限制性在线课程[4]。SPOC是将视频课程、学习素材、测验习题、线上讨论、系统评分等应用到小规模实体课堂的一种课程教学模式，实质上是将MOOC线上课程资源与线下实体教学有机结合，进行混合式教学。以此模式改变教学行为的时空结构，既能充分发MOOC的优势，又能有效地弥补MOOC的短板与传统教学的不足。

如图1所示，P点位物体所在位置，它的坐标为(X、Y、Z)，而它在摄像机中的坐标为(XC、YC、ZC)，P点在图像坐标系的坐标为(x、y)。

3 “计算机辅助产品表现”课程SPOC内容建设

SPOC教学的核心资源是建设高质量的在线视频课程，由于在线课程与实体课堂在教学场所与学生状态等方面存在诸多不同，照搬线下课堂是行不通的，将随堂录像简单上传到网络教学平台并不能使之成为合格的线上课程，也不符合SPOC混合式教学的实际需求。

因此教学团队根据课程性质结合在线教学的特点，对课程内容进行了全新的规划与再设计，重点在信息架构、课程内容、考核设计等方面对原课程体系进行了较大程度的重构，并在蓝墨云班课平台展开了具体的课程建设实践。

3.1 知识点的解构重组

课程改革的理念是借助互联网技术改变千人一面的传统教学，实现因材施教的分层次教学，并以此提升教学质量与效率。在线课程所具备的异步特性，使教与学这两种行为不再需要同步发生，这为实现高效分层的教学创造了技术条件。通过提前部署的多层次视频课程等学习资源，可让学生有机会沿着符合其个体情况的路径展开学习。

而这一理想状态的实现，首先有赖于对课程结构的精心设计，在线课程作为一种信息产品，其课程信息架构的合理性非常重要。直接套用传统教科书的章节划分，显然过于粗放以至于无法实现个性化的学习路径。通过对Lynda、Pluralsight、网易云课堂等国内外知名在线教学平台的调研借鉴，同时考虑到与实体课堂结合的自身特点，教学团队为课程设计了如图1所示的信息架构，一共分为4个层级：①课程模块，课程分为“二维表现”与“三维表现”两大模块；②知识单元，单元模块中包含的内容，如“KeyShot材质类型与自定义创建”、“KeyShot光照环境创建”等；③微课程(群)，是每个知识单元下细分出来的独立知识点，每个微课对应一个知识点，如“陶瓷花瓶渲染之构图布局”、“陶瓷花瓶渲染之材质设定”等；④微内容，是针对知识点的微课程具体教学资源，包含微视频、微课件、自测习题和拓展资料。在各个层级中，均包含了基础与拓展两种层次的内容，并以此形成了必修基础与选学拓展两类学习路径。

图1 课程信息架构示意图

重组课程信息架构之外，对作为最小信息粒度的微课程进行再设计也非常重要。根据认知负荷理论[5]，连续学习超过一定时长就会出现超载情况，学生的注意力与记忆效率将开始降低，因此在线课程的设计需要充分考虑信息承载量的适当性。通过对调研平台课程时长的抽样分析，再结合教学内容实际，测算出5~15 min左右是视频微课较为合适的时长。这与45 min一节的传统课堂在信息承载量与知识点分布上存在明显差异，需要对整个课程的知识点进行重新梳理和细致拆解，形成相对独立而又前后连贯的一系列单元课程。如图2所示，页面中显示的是重构后KeyShot渲染基础中的一组视频微课程群，属于三维表现模块中的基础层次内容。根据循序渐进的原则被划分成了4个小节，从构图布局、材质设定，再到HDR环境的创建编辑与渲染出图，每一段短视频课程中只包含一个核心知识点，时长4~10 min不等，契合了学生注意力的黄金时段。当学生有疑惑的地方可以反复播放学习，还可根据难度获得相应经验值，通过这种积极的反馈方式可以激发学习热情并且不易产生疲劳感。

图2 基于知识点细分的短视频课程

整门课程经过解构重组设计后，共形成2大模块18个知识单元156节视频微课程，具体内容体系见表1。拆分后每个知识点的讲课时间更为紧凑，与传统课堂相比，线上课程在录制时的语速也做了提升，由于学生可反复播放每个知识点的视频，因此并不会对学习造成障碍，紧凑的节奏反而更能保持学生良好的学习状态。

3.2 课程内容的拓展

在SPOC模式下，得益于线上课程的存在，学习不再局限于实体课堂，课外学时被真正有序利用起来，课程内容有机会在广度、深度两个维度上得到拓展。

表1 计算机辅助产品表现SPOC课程内容体系(部分)

除了相关知识的拓展学习，在多层次教学的理念下，面向学有余力的高分段学生，还进一步充实了向高层次提升的内容。例如，KeyShot软件内置的HDR环境编辑器虽然门槛低、易上手，但由于其可调节的参数项过少，只能满足一般的渲染需求，在塑造有设计感的光影质感时效果不够理想。而HDR Light Studio是一款可配合KeyShot使用的专业HDR制作软件，细致丰富的参数控制，使其在模拟逼真的摄影棚光照效果方面十分突出，适合作为提升阶段的学习内容。而以往实践中，即使部分学生的学习意愿较强也有足够基础，但传统课堂出于在有限课时内兼顾整体接受度的考虑，很难针对这类高阶内容开展课堂教学。转到SPOC模式下，借助线上视频课程，在不占用课内学时的情况下，就可帮助有需要的学生实现进阶学习。对于学习中的难点、疑点，学生可通过在线交流区以及线下课堂的面授环节与老师进行交流互动。通过对进阶内容的针对性互动教学，鼓励学生积极产出精品作业，进而推动同学间良性竞争局面的形成，实现课程学习水准的全面提高。

3.3 考核习题的节点细分

“计算机辅助产品表现”的课程内容是通过软件模拟表现真实的产品图像，而非文字信息，这决定了该课程的测试习题需要以人工批阅为主，无法像纯理论类课程那样实现全程的在线自动测评。为此，教学团队设计了一套主客观结合、节点细分、引入学生互评的考核机制，目标是让考核评价变得及时且更趋标准化。

对于可通过标准化答案验证结果的考核内容，根据知识点进度安排客观题进行测试，例如，“通过Illustrator软件绘制产品的高光层，适合采用哪种透明度模式？A.正常 B.滤色 C.正片叠底 D.叠加”，标准答案是“B”。此类客观题的优势是系统根据预设答案实现自动评测，即时可出结果。其穿插在视频微课的间隙对学生进行检验，回答正确方可进入下一节微课的学习，有利于教师全程掌握学生的自主学习情况。

由于本课程的实践性较强，存在大量的课间习题测试，而适合系统打分的客观题只占到总量的20%。其余80%的表现类习题考核，仍需采取人工批阅，但采用的是全新设计的考核方式，是将一个完整作品根据对应的课程知识点划分成多个步骤，分别设置考核节点，每个节点的任务明确且前后连贯。如图3所示，这是二维表现模块中Illustrator软件绘制一款录音笔产品的教学及考核节点示例，根据课程知识点顺序划分成：线框绘制、快速铺色、光影绘制、润色完成4个节点。学生沿此路径分步学习并完成作业、上传图片，在习题评价中引入学生互评的机制，系统随机分派多个学生(10~15人)对照标准图像按5分制快速给出得分，最终取平均分。对于视觉图像这样依赖人工判断的对象，通过标准细化、多人分散的评价方式，可最大程度上剔除主观因素的影响。同时，考核节点的细分让学生对每一步的学习更能做到目标清晰，而阶段性目标的逐一达成也会激励下一阶段的学习动力。

图3 依循学习路径分段设置的考核节点

4 SPOC课程的实施

线上课程内容初步建设完成之后，即着手开始SPOC教学模式的具体实施。如图4所示，教学实施过程按时间顺序分为课前、课堂、课后、考核4个环节进行。

图4 “线上+线下”螺旋式交替的SPOC教学模式

(1) 课前准备。线上教学阶段，以学生自主学习为主。利用蓝墨云班课的邀请码功能，在开课前一周将云课程入口推送给目标班级，首先要求学生下载配套的拓展资源(如产品商业摄影相关资料、往届优秀作品等)进行提前观摩学习，然后自主观看下一周课程的教学视频，并对视频中老师演示的实例进行练习，完成一系列小测试，学习过程遇到的问题可提交至云班课平台的答疑讨论区。老师在开课前从平台收集学生普遍关心的问题，促进备课内容更有针对性。

(2) 课堂互动。SPOC模式将实体课堂从繁复的基础讲解中解放出来，给师生提供了充分的互动交流机会。运用翻转课堂的方式，让学生成为课堂上积极主动的参与者。计算机辅助设计类课程对动手能力的要求十分突出，由于学生在课前已自学了相关知识点，课堂上教师可随机抽取学生向全班投影演示作品的制作过程，以此检验自学成果，同时也是对学生自觉性的一种督促。教师在实体课堂中主要负责恰当的引导、对知识点的梳理、对抽取学生的作品进行点评、并通过提问来引发讨论。通过师生间的互动交流，对具有共性的学习难点集中做详细解答，以及对拓展知识点进行针对性辅导。同时，课堂环节也安排一定的习题练习，要求学生在规定时间内完成并在线提交，实现教、学、练的完整流程。

(3) 课后延续。回归线上教学，教师通过在线平台发布习题作业，用以巩固提升学习效果；线下课堂没有当场解决的问题，也能够在线上平台及时给出解决方案供学生查阅；考核测验内容也通过在线平台发布与回收。

(4) 评价考核。考核方式是课程教学的重要组成部分，SPOC模式下的考核评价采取多因素、分段式的综合评价方式。多因素是指不仅仅以大作业或考试成绩作一次性评价，还要根据学生的视频观看时长、在线讨论参与次数、在线习题得分等各项数据来综合评定成绩，利用云班课平台的学情报告能够较为全面的获取上述数据。同时以一周为周期进行分段式评价成绩，及时给出建议和意见，促进学生始终保持在正确方向上，也使评价结果更准确、客观。

如此“线上+线下”的混合式教学循环往复数周，直到整个课程结束。而在结课后仍继续保留线上课程入口，使学生有机会获取后续更新的在线课程内容，以此来满足软件版本更替带来的知识更新需求，最大程度保持课程活力，延长教学内容的生命周期。

5 SPOC课程的效果评估

目前，课程教学团队已经在2013-2015级连续三届学生中进行了SPOC模式的混合式教学实践，积累了一定的教学经验与实验数据。考虑到效果验证与客观评价的需要，在教学实践开始之初就在3个平行班级中保留1个班级为传统模式教学，与采取SPOC教学的2个班级之间形成对照组与实验组的关系。除了教学模式与学习节点不同，两个组在教学内容涵盖面与课程目标方面大体一致，但由于考核周期与计分方式存在区别，为了能更准确地评估效果差异，针对性设计了对比测验，考察两组学生面对同样的测验题时体现出来的能力情况。

对比测验安排在最后一周课程中随堂进行(90 min)，根据提供的三维模型素材临摹一幅中等复杂程度的产品渲染图并完成优化。测验提交的作品以匿名形式分派多名教师进行人工批阅，根据完成程度与图面效果给出成绩，并取平均分为最终成绩。两个组三年累计的学生数量分别为实验组181人、对照组86人，将测验所得成绩进行了分段统计，结果如图5所示。与对照组进行比较，实验组90分以上的高分学生比例明显增加，80~90分数段的学生占比大幅提升，80分以下的学生占比下降，不合格率也下降了一倍。这些数据表明传统模式下表现平平或者成绩不佳的学生都是有可能通过教学模式转换来提升学习效果。事实证明，为数不少的学生在学习软件类课程时，更加适应甚至偏好线上视频课程，短小并且可重复播放的特点有效减少了传统课堂中注意力稍不集中就错过知识点，最终导致放弃的情况。同时，网络平台开放便捷的讨论区，是学生群体比较习惯的交流方式，相比实体课堂，学生们更愿意在网络上抛出问题寻求解决，通过互动讨论营造出的浓厚学习交流氛围，更容易激励学生坚持学习，事实上使得更多学生脱离了低分或不合格的境况。

图5 传统模式与SPOC教学的测验成绩分布对比

6 结束语

引入SPOC模式的计算机辅助产品表现课程教学，结合了线上与线下两者的优势，从时间与空间上突破了传统教学模式的局限。借助互联网教学平台，通过教学内容的跨班共享与有机更新，实现了课程资源的最优配置，同时消除了教学内容滞后的弊病；学生利用线上课程提前进行自主学习，给实体课堂释放了充分的互动时间，改善了师生间互动交流不足的现象；不受固定课时限制的线上教学拓展资源，引导优秀学生主动学习更多进阶内容，开启了因材施教的可能性。SPOC作为互联网背景下的一种新颖教学模式，给大学教育的改革创新带来新思路，本文通过实践对这一模式的各个重要环节进行了深入介绍与具体分析，希望对计算机辅助设计相关课程的一线教学工作有所帮助。

[1] 孙明, 胡妮妮. BIM技术融入CAD课程的教学改革研究与实践[J]. 图学学报, 2017, 38(1): 109-113.

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[3] 汪基德, 冯莹莹, 汪滢. MOOC热背后的冷思考[J]. 教育研究, 2014, 35(9): 104-111.

[4] 曾明星, 李桂平, 周清平, 等. 从MOOC到SPOC: 一种深度学习模式建构[J]. 中国电化教育, 2015, 36(11): 28-34, 53.

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[6] 雷鸿源. 基于摄影棚模式的计算机三维产品渲染研究[J]. 广东石油化工学院学报, 2014, 24(1): 30-34.

Reconstruction of the Teaching Model of Computer Aided Product Rendering Based on SPOC

PAN Xiaodong, LU Yizhou

(School of Art and Design, Zhejiang University of Science and Technology，Hangzhou Zhejiang 310023, China)

In view of the limitations and problems of the traditional teaching of computer aided product rendering, the paper combines with the specific analysis of its causes, puts forward the blended teaching with internet technology is a feasible reform direction. And the small private onlin course (SPOC) model is used to reconstruct the original course content and teaching form. Through the teaching practice, an important part of SPOC curriculum implementation and effect of content construction, teaching evaluation is analyzed and studied, and through the data analysis of test results, the effectiveness of the SPOC model to improve the teaching quality of this course has been verified. It has made beneficial exploration and attempt for the teaching reform of computer aided design.

computer aided product rendering; reconstruction of the teaching mode; small private onlin course; blended learning

G642.3

10.11996/JG.j.2095-302X.2018010169

A

2095-302X(2018)01-0169-06

2017-04-11；

2017-05-17

浙江省高等教育课堂教学改革项目(kg2015271)

潘小栋(1979-)，男，浙江余姚人，讲师，硕士。主要研究方向为计算机辅助工业设计、产品创新设计。E-mail：68737877@qq.com