基于中試和實踐基地的機械基礎(chǔ)課程“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)探索

鄧紅 孟永宏 趙武奇 黃小麗

摘要：機械基礎(chǔ)課程是一門對工科學(xué)生的動手能力、理解能力和實踐協(xié)作能力要求較高的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。為了培養(yǎng)師范大學(xué)食品工程學(xué)生的實踐動手能力，發(fā)揮個人學(xué)習(xí)的積極性和潛能，在學(xué)校已有中試試驗室和實踐基地的基礎(chǔ)上，將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入該課程的部分教學(xué)過程中，增加學(xué)生課堂參與互動和課前課后實踐認(rèn)識時間，了解真實工作場景，轉(zhuǎn)變教師學(xué)生角色，以培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力，實現(xiàn)新模式下學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變和工科素質(zhì)能力的提高。

關(guān)鍵詞：機械基礎(chǔ)；工科；實踐；翻轉(zhuǎn)課堂；教學(xué)

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）48-0177-03

作為影響當(dāng)代課堂教學(xué)質(zhì)量和效果的重大技術(shù)變革之一，翻轉(zhuǎn)課堂（Flipping Classroom Model，以下簡稱“FCM”）教學(xué)模式在美國的出現(xiàn)和成功施行[1]，得到了世界范圍內(nèi)的熱烈響應(yīng)和廣泛實踐，成為近年來全球乃至中國教育界關(guān)注的熱點。

目前，翻轉(zhuǎn)課堂并無嚴(yán)格定義，有學(xué)者[2，3]認(rèn)為“翻轉(zhuǎn)課堂是一項包含課堂內(nèi)交互群組學(xué)習(xí)活動和課堂外基于計算機的個性化教學(xué)的教育的技術(shù)”，而中國國內(nèi)學(xué)者普遍認(rèn)同的是“翻轉(zhuǎn)課堂就是由教師創(chuàng)建視頻，學(xué)生在家中或課外觀看視頻講解，回到課堂上師生面對面交流和完成作業(yè)的一種教學(xué)形態(tài)[4]。”

雖然翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入中國時間不長，但大量實踐研究數(shù)據(jù)顯示，通過這種FCM模式的實施，課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果得到大幅提升，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及能力得到加強[5，6]。這種基于“慕課”（Massive Open Online Courses，簡稱MOOCs）[7，8]、強調(diào)“互動與反饋”、倡導(dǎo)建立“在線學(xué)習(xí)社區(qū)”的教育方式和理念，將理論教學(xué)和實踐鍛煉融為一體并相互促進的方法，對于師范大學(xué)工科“機械基礎(chǔ)”這門實踐性強、理論知識點相對集中的專業(yè)課程的教學(xué)改革極具借鑒意義和應(yīng)用價值。

此外，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，“微課”也應(yīng)運而生，為微型化、移動化和碎片化學(xué)習(xí)提供了一種新的形式和途徑[9]，并成為當(dāng)前我國教育信息化資源建設(shè)重點和研究熱點；微課在激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣、保持學(xué)習(xí)過程中的注意力方面有很好的效果，也值得本課程采納和應(yīng)用。

“機械基礎(chǔ)”是食品工程專業(yè)一門重要的理論與實踐并重的技術(shù)基礎(chǔ)課程[10，11]，主要包括工程力學(xué)基礎(chǔ)、機械零件常用材料與熱處理、常用傳動機構(gòu)等內(nèi)容，通過該門課程的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生具備一定的機械基礎(chǔ)理論知識和技術(shù)應(yīng)用能力，為學(xué)生從事工程、制造等相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。

正是由于本課程的實踐性強且理論知識點相對集中，更有必要開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革。考慮到全部內(nèi)容進行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的備課工作量非常大而教學(xué)時間又有限的問題，本研究在已建成精品課程網(wǎng)站的基礎(chǔ)上，進一步完善教學(xué)視頻，建設(shè)微課資源，并選取了連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、帶傳動等部分內(nèi)容實施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，利用學(xué)院的校內(nèi)中試試驗室和與企業(yè)聯(lián)合建成校外的教學(xué)實踐基地探索機械基礎(chǔ)專業(yè)課程的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，以實現(xiàn)新模式下學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變和工科素質(zhì)能力的提高。

一、完善課程教學(xué)資源，提高課前學(xué)習(xí)的效果

由于“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式需要學(xué)生在課前通過各種媒體形式（如智能手機、電子書包、平板電腦、電子課本等）進入學(xué)校的教學(xué)資源平臺來在線觀看教師創(chuàng)建的視頻等資源，以完成機械基礎(chǔ)知識點的學(xué)習(xí)，所以特別需要制作包括教學(xué)內(nèi)容、重點分析、例題解答等短小精悍的微課資源來滿足學(xué)生可多次重復(fù)觀看且不受時間和地點的限制的學(xué)習(xí)要求。微課是以闡釋某一知識點為目標(biāo)，以學(xué)習(xí)或教學(xué)應(yīng)用為目的的創(chuàng)新知識載體形式，微課是實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)教學(xué)的理想載體，更是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源整合共享的有效方式[12]。

本課程在已有的講授每章教學(xué)內(nèi)容視頻基礎(chǔ)上，將連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、帶傳動各章按照知識點分成不同小節(jié)制作5～10分鐘的微課視頻[13]，按照“問題引導(dǎo)”、“觀看視頻”、“問題解決”的課程設(shè)計來講解每節(jié)課程內(nèi)容并分析重點難點，在內(nèi)容的講解上力求循序漸進、知識體系清晰完整且通俗易懂；同時配套錄制課后練習(xí)、例題解答、實際應(yīng)用等內(nèi)容的微課視頻；也可采用借鑒共享或購買其他一流大學(xué)機械相關(guān)內(nèi)容的慕課（MOOCs）資源的方式來豐富“機械基礎(chǔ)”課程教學(xué)。

以“四桿機構(gòu)”為例，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，利用實際生活和生產(chǎn)中的例子（如縫紉機、起重機的吊臂等）錄制機構(gòu)運動視頻，引入平面四桿機構(gòu)的基本構(gòu)成，激發(fā)學(xué)生的興趣；在此基礎(chǔ)上制作平面四桿機構(gòu)的三種基本類型（曲柄搖桿、雙曲柄、雙搖桿）與判別方法的三維模型（學(xué)生可操作該模型來完成四桿機構(gòu)知識點的學(xué)習(xí)），最后再錄制平面四桿機構(gòu)三種基本類型在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用實例（破碎機、雨刮器等）及滑塊機構(gòu)等的微課視頻。學(xué)生在課前學(xué)習(xí)中將不懂或難以理解的內(nèi)容（比如四桿機構(gòu)的演化）及時通過網(wǎng)絡(luò)討論學(xué)習(xí)平臺反饋給教師或記錄下來，為課堂教學(xué)的討論和重難點解析做好準(zhǔn)備。課程改革就是通過案例教學(xué)、教師點評與分析、微型教學(xué)視頻等緩解工科專業(yè)課程學(xué)習(xí)比較枯燥的問題，通過引進高水平的慕課資源來強化知識點，以很好的完成目標(biāo)任務(wù)。

當(dāng)然，制作出對學(xué)生吸引力大的專業(yè)知識微課視頻是本課程改革成功的一個關(guān)鍵問題，需要與我校新傳院其他錄制、剪切、排版等專業(yè)的教師通力協(xié)作才能完成。同時要進一步考慮到移動終端的特點，可進行專門的基于APP的移動學(xué)習(xí)方式的教學(xué)視頻開發(fā)，以便更好地發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢。

二、利用中試試驗室認(rèn)識實習(xí)，加強學(xué)生對機械設(shè)備的感性認(rèn)識

由于師范院校工科專業(yè)學(xué)生的實踐機會少，所以食品專業(yè)學(xué)生非常缺乏對常用機械的感性認(rèn)識；加上本身的識圖能力不熟練，所以“機械基礎(chǔ)”的學(xué)習(xí)對大多數(shù)學(xué)生而言還是比較困難，盡管課程有教學(xué)視頻相關(guān)的三維模型包等資源可供學(xué)生下載，但遠不及實地學(xué)習(xí)來得直接生動和印象深刻。

本課程在課前帶領(lǐng)學(xué)生參觀食品工程中試試驗室，利用學(xué)院建設(shè)的蘋果濃縮汁傳統(tǒng)與創(chuàng)新工藝生產(chǎn)線、酸奶和純凈水生產(chǎn)線、果醋果酒發(fā)酵與焙烤食品生產(chǎn)、茶多酚等天然產(chǎn)物提取單元操作、冷凍冷藏庫等認(rèn)識相關(guān)章節(jié)的主要設(shè)備以及運行過程，并在后續(xù)參與各種食品產(chǎn)品生產(chǎn)的過程中鞏固機械設(shè)備理論知識。

以帶/鏈傳動為例，課前參觀認(rèn)識蘋果加工生產(chǎn)中試線上的原料帶式輸送機、帶式壓濾機、冷破碎設(shè)備等，現(xiàn)場講解工作原理，認(rèn)識不同材質(zhì)與型號皮帶的類型，同時錄制設(shè)備運行微視頻供學(xué)生觀看、自學(xué)，并通過“在線學(xué)習(xí)社區(qū)”將問題反饋給教師，進行課外線上的“互動與反饋”。在課堂的教學(xué)中集中回答學(xué)生提出的問題，有針對性的對部分知識難點進行透徹講解，可舉例說明，以使學(xué)生完全理解；再通過測試等方法鞏固知識點。通過這樣的課前課中學(xué)習(xí)，可增加師生的交流和探索，解決學(xué)生自學(xué)所無法理解的問題，提高課堂效率[14]。

三、提前進入實踐基地認(rèn)識實習(xí)，提高學(xué)生對機械設(shè)備的理解和應(yīng)用能力

針對學(xué)院實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)時間安排在大四，與實際教學(xué)時間存在不一致的問題，本研究引入了課程實習(xí)認(rèn)識環(huán)節(jié)，利用周末無課時間將學(xué)生分組分批由教師帶領(lǐng)到學(xué)校周邊的實踐基地——不同的食品機械設(shè)備制造工廠或大型食品加工企業(yè)（如三角防務(wù)機械設(shè)備公司、西飛公司、雨潤食品、方欣肉制品公司等）進行認(rèn)識實習(xí)，使學(xué)生對金屬切削加工、熱處理、精鑄生產(chǎn)線、檢測設(shè)備、機械傳動、常用食品加工機械等有了比較深入的了解，更好的理解課堂講授的基本理論知識。實習(xí)中，學(xué)生們采用了看、問、親自動手等方式，真正領(lǐng)悟到“學(xué)無止境”的內(nèi)涵。同時，課程還邀請西安鼎合機械制造公司技術(shù)工程師在課堂舉辦食品生產(chǎn)設(shè)備制造專題講座，就果品加工、糧油加工等常用機械設(shè)備實際問題進行討論交流，這種面對面的知識碰撞對學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣產(chǎn)生極大的沖擊，增強了學(xué)生理論聯(lián)系實踐的想法，也拓寬了學(xué)習(xí)的視野。

這種課后真正到達機械制造業(yè)第一線的認(rèn)識實習(xí)，不僅使學(xué)生對理論有更透徹的理解，還了解了制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r、發(fā)展趨勢和發(fā)展方向，對于21世紀(jì)機械制造業(yè)的全球化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化以及環(huán)保協(xié)調(diào)的綠色制造等方面的認(rèn)識給學(xué)生一種英雄大有用武之地的自豪感。這些活動同時也使學(xué)生了解到優(yōu)秀的企業(yè)理念和文化的實質(zhì)含義。

古云：“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。通過調(diào)整實踐時間和場所，增加課前課后實踐認(rèn)識時間，利用實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，將課堂教學(xué)與實踐認(rèn)識相結(jié)合，一方面會使學(xué)生認(rèn)識到自己所學(xué)知識的膚淺和專業(yè)知識的匱乏，激發(fā)起學(xué)生求知欲，另一方面這種教育方式能夠更好地運用所學(xué)知識，在實際應(yīng)用中對理論的廣度與深度也掌握的更全面[15]。

當(dāng)然，在機械基礎(chǔ)“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)中，課堂除了解決課前的疑惑，也非常注重課堂知識的內(nèi)化與學(xué)生問題的分析解答。除了采用動畫演示、情景模擬外，更以案例分析的形式檢查課前知識學(xué)習(xí)情況，重視創(chuàng)立一種以“小組合作、任務(wù)驅(qū)動、自主學(xué)習(xí)”的形式展開研究與討論，用實際應(yīng)用案例布置學(xué)習(xí)任務(wù)，調(diào)動全體學(xué)生的積極性，讓每一名學(xué)生都參與到課堂討論中；并積極引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新性思考和進行深層次的討論，鼓勵每個學(xué)生積極發(fā)言、展示，將課堂互動引向更高層次，達到知識掌握與應(yīng)用的有機轉(zhuǎn)換。課后整理主要的問題與分析解答，編輯總結(jié)學(xué)生課堂成果展示，將其分享到學(xué)習(xí)平臺或微信、QQ群等，使課前、課中、課后學(xué)習(xí)系統(tǒng)化。利用慕課、微課等建立“在線學(xué)習(xí)社區(qū)”和學(xué)生利用QQ等工具進行課外線上的“互動與反饋”，更利于發(fā)展學(xué)生深層次認(rèn)知能力，提高學(xué)習(xí)效率。

同時，改革學(xué)生課程成績考核評價也勢在必行。本課程將逐步建立和完善“評價主體多元化、評價內(nèi)容實踐化、評價形式多樣化、評價指標(biāo)定量化”的學(xué)生成績評價體系。本課程的評價主體為四個，即任課教師（權(quán)重45%）、實習(xí)實訓(xùn)指導(dǎo)教師（權(quán)重25%）、學(xué)生自評（學(xué)生間互評，權(quán)重20%）以及企業(yè)行業(yè)專家（權(quán)重10%）。學(xué)生課程成績評價分為終結(jié)性評價20%、過程性評價60%和創(chuàng)新能力評價20%三部分。這種新的評價體系注重能力評價，使評價體系由靜態(tài)評價走向動態(tài)評價，有利于教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生工程能力的提高，更好地體現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的效果。

總之，通過翻轉(zhuǎn)課堂的實踐，增加了學(xué)生課堂的參與互動，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，增強了他們的學(xué)習(xí)興趣，教師的指導(dǎo)更具有針對性，真正實現(xiàn)了機械基礎(chǔ)課程的分層教學(xué)和個性化教學(xué)。通過中試試驗室和校外實踐基地的認(rèn)識實習(xí)，理論聯(lián)系實際，教會學(xué)生如何利用書本以外的知識，不僅拓展了知識面，還大大提高了分析問題和解決問題的能力，為畢業(yè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)實習(xí)和學(xué)生核心能力的培養(yǎng)打下了良好基礎(chǔ)。

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