基于MOOC的機械工程材料課程翻轉課堂教學改革研究

司家勇，李立君，鐘利萍，仲志剛

（1.中南林業科技大學 機電工程學院，湖南 長沙 410004；2.湖南曉光汽車模具有限公司，湖南 長沙 410117）

借助于網絡技術的快速發展，近年來慕課（MOOC，Massive Open Online Courses）的建設和研究已成為國內外在線教育的熱點。近幾年來，Coursera、Udacity、edX等慕課平臺迅速興起，國內外頂尖大學也紛紛推出了自己的 慕課課程。慕課帶來了數字信息時代新型的革命性教育范式，眾多高等教育專家給予了極大的關注。中南林業科技大學機械工程材料課程為我校機電類專業和近機械類各專業本科生必修的一門技術基礎課，如何借力慕課創新教學模式是亟需解決的重要研究課題。本文分析了基于MOOC的機械工程材料課程翻轉課堂教學模式，以期為進一步推進信息技術與高等院校工科類課程的深度融合提供參考。

1 慕課的發展

在教育領域，2012年可以被稱作大規模的網絡開放課程之年，這些網絡課程對于全世界任何一個地方的任何人來說都是全免費的、全開放的，這就是所謂的“慕課”，MOOC（Massive Open Online Courses），即大規模在線開放課程。在世界范圍內，美國先后出現的 Coursera、Udacity、edX線上課程“慕課”平臺，也是全球最大的“慕課”平臺，2013年，國內清華大學正式推出了“學堂在線”，這是中國第一個“慕課”網站，也是全球首個中文版“慕課”平臺，這些平臺的開設給更多的學生提供了系統學習一流高校的一流課程的可能。

“慕課”借助于現代社會飛速發展的信息技術和互聯網技術，力圖將傳統高校的課堂教學活動轉移到互聯網平臺上來，讓更多的學習者在這個網絡化虛擬的教室里進行學習。“慕課”的學習活動并不局限于傳統意義上的課堂，這種虛擬課堂教學活動可以在有互聯網的任何地點，任何時間，借助任何通訊手段參加到其中去。“慕課”實現的知識交換方式是屬于高端的，適用于專家培訓，各學科間的交流學習以及網絡教育等方面，通過網絡可以傳播任何類型的學習信息。網絡課堂的益處也是顯而易見的，例如學習者可以自由調整個人時間安排，學習之余的時間可以外出游玩、購物、閱讀書籍，或者也可以用來進行社交活動。上海交通大學校長張杰表示，“這場在美國發起的大規模開放在線課程，其運作模式已在根本上開始觸動傳統高等教育的根基，將引起大學的重新洗牌，最終形成全新的大學格局。”

但我們也要注意到慕課對于現實大學中面臨的一些實際問題也難以解決，因為在線課程難以給予在線學習者校園生活經歷、校園文化熏陶，另外，慕課無法做到因材施教，它是標準化的、程序化的，并不能培養個人思想的創造性和多樣性，還有些開設的慕課課程教學設計不合理，開設者沒有和學習者進行充分交流、提供專業的學習指導。因此，“慕課”未來需要探尋出更有創造性的、更連貫的、更加個人化的、共同學習的教學模式。

2 翻轉課堂的發展

翻轉課堂（Flipped Classroom）是指教師在課程上課前將數字材料（音視頻、電子教材等）分發給學生預先進行自主學習，接著在課堂上讓學生與同學和老師進行互動（釋疑、解惑、探究等），并完成課堂練習的一種新的教學形式。這種新型的教學方式，顛覆了傳統意義上的課堂教學模式，使人們重新看到了課堂教學改革的希望。首先，傳統課堂中教師講授課程，課下學生自主完成課程作業的教學模式被翻轉課堂教學模式徹底打破，演變成了學生在課堂講授之前對教學內容進行自主學習和初步理解，然后在課堂中進行答疑、解惑、協作、探究等活動；其次，傳統課堂教學中一直處于主導地位、傳播知識的是授課教師，學生則是被動接受知識者。在翻轉課堂教學過程中，教師變成了課堂活動的組織者，而學生轉變為課堂活動的參與者，學生互動成為課堂的核心內容，學生的課程學習進度也可以按照自己的實際情況來安排；隨后，傳統教學中教材、教案、講義、教具以及輔助教學的多媒體課件等是課堂教學的主要資源，而在翻轉課堂教學中，十分鐘甚至更短小精悍的教學視頻是翻轉課堂教學中最重要的組成部分；最后，傳統課堂教學一般是要求有能播放多媒體課件的多媒體教學設備和黑板，而翻轉課堂教學模式中，除了要求有良好的互聯網絡，還要有完善的學生學習管理系統，以便可以組織和存放教師的相關教學資源，隨時關注學生學習狀況，在線檢測學生學習效果，與學生進行互動交流。

3 機械工程材料課程的特點及問題

作為機械類及近機械類專業學生的必修課，機械工程材料課程是研究金屬學基礎知識、常用工程材料、熱處理工藝等的一門綜合性技術基礎課，目的是使學生掌握一些常見機械工程材料尤其是金屬材料的結構、性能及熱處理等基礎知識，了解機械工業中應用的各類工程材料，在對基礎知識能夠進行綜合運用的基礎上，初步具備合理選材和安排工藝路線的能力，為后續學習專業課程和從事機械設計及制造行業奠定基礎。

（1）機械工程材料課程理論性強，概念多。它不像有著嚴謹的邏輯推導和計算過程的數學、物理等課程，也不像直觀生動的工程制圖等課程，理論性強，涉及的概念很多，尤其是材料結構章節，如晶體結構、晶體原子數、配位數、固溶體、相等，這些概念學生無法通過理論計算方法獲得，也無法通過個人觀察到，都是抽象的、理論的概念，這樣就導致教師在課堂教學中存在困難，而學生學習過程中也感覺這門課程枯燥、乏味，從而失去課程學習的興趣和主動性。

（2）機械工程材料課程涵蓋的內容大而廣。課程包含了材料結構、力學性能測試、金屬學原理、熱處理改性、金屬材料以及機械零部件選材及工藝路線設計等多門學科的專業知識，內容廣和知識點多。而在我校確立的“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的人才培養模式引導下，各專業培養方案在修訂過程中不斷壓縮各專業課程的學時數，機械工程材料課程的學時被壓縮到32學時，甚至有的專業將其壓縮到24學時，這樣就形成了教師上課課時不足和學生知識學習內容增多的矛盾。這就要求教師在課堂上能夠利用現代化的教學手段，合理安排課堂授課內容，突出學習重點，拓寬學生的知識面。

（3）機械工程材料課程現有課本內容較為陳舊。教材內容陳舊，知識更新慢，是我國高校教材中普遍存在的問題。一本教材從編寫到出版要經過審核、校對、出版、發行諸多環節，時間也較長，當教材出版以后，其中有些知識可能已經落后、陳舊了。而對于教師來講，教材的頻繁更換也不利于備課和教學。為了使學生了解到機械工程材料領域的前沿發展動向，就迫切需要教師改變傳統的以課本為主的課堂教學模式，利用現代化的教育技術，使學生在學好課本理論知識的同時，對本領域的研究與發展動向有一定的了解和把握。

在中南林業科技大學課堂教學中調查發現，大多數學習本門課程的大學二年級本科學生缺乏實踐知識和實踐經驗，很難將課堂教授的內容與實際聯系起來，普遍感到很多概念抽象、難學，全靠死記硬背，在有限的教學學時內無法學好課程內容，有些任課老師為了按時完成教學進度，在講解重要的理論時都是一帶而過，課堂上學生稍微走神、不專心聽講、沒有理解老師所講解的內容，那么課下就會將課堂上學到的知識忘得一干二凈。 翻轉課堂的理念和模式為我們解決以上矛盾提供了重要借鑒，在日常課程教學中如何結合機械工程材料課程教學實際，借力MOOC創新教學模式，構建機械工程材料課程翻轉課堂教學模式，是急需研究的重要課題。

4 基于慕課的機械工程材料課程翻轉課堂

4.1 教學體系

“慕課”反映的是以“學”為本的教學價值取向，從而調動學生主動學習的積極性。在現代“慕課”視頻教學中，傳統課堂教學內容被濃縮成幾分鐘的“微課程”，在視頻教學中可隨機進行問題測試以檢查學生學習效果。在以“慕課”為基礎的機械工程材料課程翻轉課堂教學改革研究過程中，一定要圍繞本門課程既定的教學目標，要充分利用現代化的教育技術，使學生在學好課本理論知識的同時，對本領域的研究與發展動向有一定的了解和把握。

機械工程材料課程翻轉課堂教學方式的出現，提供了學生更多的學習專業知識的途徑和方法。作為課程任課教師，要對機械工程材料課程的教學體系進行改革，在初期利用國內知名高校現有的機械工程材料慕課課程進行翻轉課堂教學的同時，努力制作具有自己知識產權的優質慕課教學資源。機械工程材料傳統課堂教學體系前后呼應，內容充實，知識結構體系完整。慕課由于具有短小精悍的特點，可改革傳統課堂教學以章節順序來學習專業知識的方式，對于有些相關性較高的章節，可以把它們整合到一起，便于學生自主學習，每節慕課可就一個獨立的知識點作為教學內容，并進行問題的測試、講解和解答。也可以在課程大綱介紹中構建一個完善的教學體系結構，告訴學生學習基礎、要求和與先修知識的承接關系等，使學生學習起來有的放矢，避免盲目學習，提高學習積極性和效率。

4.2 實施方法

基于“慕課”的機械工程材料課程翻轉課堂能夠有效地克服傳統機械工程材料課程課堂教學的問題。總的來說，基于“慕課”平臺的機械工程材料課程教學實施方法分為以下4個階段。

（1）以基礎資源、生成資源、交流反饋為實施點，構建機械工程材料翻轉課堂的教學新模式。本課程有關教學大綱、慕課視頻、隨堂測試等基本信息被稱為課程的基礎資源，為學習機械工程材料課程的學生提供了必需的教學資源。生成資源是開放性的資源庫，鼓勵學生將自己課外學習過程中接觸到的與本課程有關的事例或理論知識整理后上傳到其中，供其他學習者分享，豐富機械工程材料翻轉課堂教學內容。交流與反饋主要是課程學習過程中，學生和學生或教師和學生之間的交流，以及學生對于教師教學能力和課程教學效果的反饋評價。

（2）以鞏固釋疑、特色展示、主題研討為實施點，發揮課堂教學的核心作用。在課堂教學過程中，全班同學合作進行主題研討，著力解決學生學習過程中普遍未解決的共同疑難問題，教師協助指導，最終達到鞏固所學基礎知識的目的。課程教學過程中也可以選取學生慕課視頻學習過程中的優秀的問題回答或課外作業進行現場討論交流，讓學生主動參與，促進學生學習的積極性。主題研討包括教師指定研討主題和由學生自己提出的興趣度高的研討主題兩部分，在課堂教學過程中教師要在研討時注意進行引導。

（3）以課程任務、社會實踐為實施點，提高學生參與度，激發學生深入探究意愿。學生擔當教師的角色，在機械工程材料課程教學內容中任選一部分，設計教學方案與教學計劃，單獨錄制幾分鐘的微課視頻，上傳到課程 MOOC平臺，讓其他同學進行學習和評價。社會實踐主要包括到合作企業進行半天或一天的認知實習、參與任課教師或全校教師與機械工程材料相關的課題研究和在校企協作單位進行短期實習等方式，以培養學生的社會實踐能力，豐富課程學習體驗。

（4）構建多元的學習效果評價體系。多元評價是指學生課程學習的成績由幾個部分所組成，第一部分是基礎知識考核部分，由平時翻轉課堂學習過程中的問題測試和最終的期末試卷成績所組成；第二部分是實踐考核部分，教師提供一系列選題給學生，不同專業的學生可自由分組，選擇一個題目進行實踐，寫出實踐報告，提交實踐作品，進行評分；第二部分是課程參與度考核部分，依據翻轉課堂教學系統中自主學習的后臺登錄時間、登錄次數、課堂教學中的研討發言積極程度以及各階段學習中教師所布置的課程選題完成情況等來進行評價。

4.3 存在問題

在實施機械工程材料課程翻轉課堂教學過程中，發現存在以下3個典型問題：

（1）學生學習主動性問題。受到傳統被動學習文化的影響，一般學生參與學習的主動性較低，如何讓學生利用課余時間去積極體驗翻轉課堂的教學形式，是有待解決的一個關鍵問題。

（2）教師對翻轉課堂教學模式的適應能力和教學的主動性。新的翻轉課堂教學模式對于教師來說是顛覆性的教學方法，傳統教學中所教授的是課本上的內容，教師是課堂中心，教師可以主動控制教學內容和教學進度。而翻轉課堂是以學生為中心的，課程內容具有擴展性和創新性，需要任課教師具有廣闊的專業知識面和較強的課堂組織能力，這是一個有待解決的關鍵問題。

（3）構建完善的教學效果評價體系。如何合理評價翻轉課堂教學效果是當前面臨的一個緊迫問題，雖然多元的學習效果評價體系可以確定學生機械工程材料翻轉課堂學習成績，但教師的個人教學效果評價體系還未建立，缺少對授課教師主動性的監督與促進。

5 結語

“慕課”的出現既為機械工程材料課程的教學改革提供了廣闊的平臺，也為機械工程材料課堂教學模式帶來了許多挑戰，為師生雙方帶來了全新的教學和學習體驗。基于“慕課”的機械工程材料課程翻轉課堂教學改革研究，可為工科院校機械類及近機械類專業課程的教學提供新的教學方式和經驗借鑒，但是要完全實現學生積極參與、個性化教育的慕課翻轉課堂教學方式，應在專業課程體系設置、教學制度建立、教學模式和高校日常教學管理等方面進行大量的創新變革，還要經過實踐的長期檢驗。

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