翻轉課堂在機械設計基礎課程教學中的改革初探

秦紅玲+徐翔+趙美云

（三峽大學 機械與動力學院，湖北 宜昌 443002）

摘要：智能化產品的普及，催生了“低頭族”。他們的出現，讓部分大學課堂教學成了教師的獨角戲。如何激發學生的學習積極性，發揮其主觀能動性，是當今教育工作者面臨的首要問題。本文提出在機械基礎課程中實施任務驅動的翻轉課堂教學方法。課前通過微課等方式完成課程內容的學習，課堂上小組合作共同完成簡單工程項目的設計方法，思路的選擇，課后通過qq群等通訊平臺完成設計細節部分的答疑和討論。最終實現課堂教學和實踐環節的無縫結合，充分調動學生的學習積極性，培養具有良好素質的工程師。

關鍵詞：翻轉課堂；機械設計基礎；微課；任務驅動

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）52-0103-02

隨著智能化產品的普及，社會上出現了一種特殊的種族——低頭族。他們的出現，讓部分大學課堂教學成了教師的獨角戲。因而如何改進教學方法，以提高學生的學習興趣，充分發揮其主觀能動性是教學實踐中亟待解決的問題。在起源于美國科羅拉多州林地公園高中的“翻轉課堂”教學模式中，知識傳授通過信息技術的輔助在課前完成，知識內化則經老師的幫助與同學的協助在課堂上完成。通過將教師和學生的角色及課外和課堂教學內容的“翻轉”將原來的消費式課堂變成了生產式、創造式課堂，引起教學方法和理念的大更新[1，2]。機械設計基礎是機類和近機類專業學生的技術基礎課和主干課，主要解決的是機械裝備設計中方案和技術設計階段的問題，是學生成長為合格工程師所必須夯實的技術基礎之一。本課程重在培養學生的思維能力，創新能力，動手能力，需要大量的實踐環節來輔助課堂教學。然而傳統的教學方法中實踐環節，由于時間，場所等環節的多種限制，常常集中安排在本門課理論教學開課前或教學全部完成以后，達不到學完一個環節的理論課程就去實踐的理想化排課。這樣的分塊化的教學使學生的知識體系支離破碎，無法融會貫通。因而在機械設計基礎課程中推行項目驅動[3]的翻轉課堂模式的教學改革理論具有實際意義。

一、機械設計基礎課程特性分析

從教學內容體系來看，機械設計基礎課程分為機械原理部分和機械零件部分。前半部分講述連桿、凸輪、齒輪、間歇等常用機械的結構、運動特性；后半部分講述螺栓連接、齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、滑動軸承、滾動軸承、聯軸器、離合器等通用機械零件的工作原理、結構、特點、維護和設計計算的基礎知識。

從教材[2]的編排結構可以看出：①機械設計基礎課程的內容各部分間相對獨立，且自成章節，呈現平行發展趨勢；②對于常用的機構或零件同一用途的一般會講2—3種，例如傳動，分為齒輪、蝸桿、繞性傳動3種；軸承分為滑動軸承和滾動軸承2種。這個課程體系非常適合全部或部分采用翻轉課堂教學。原因在于：①視頻錄制非常利于采用微課的方式；②網上豐富的精品課程教學資源也可直接共享，因為各章節所講述的對象不同，關聯性不強，直接利用精品課程的資源，不會因為不同老師的不同講課思路而使教學內容銜接不好。③平行的章節也可采用不同的教學方式，進行教學效果的對比。

針對以上特點，以項目為驅動的翻轉課堂的教學模式以微課為載體，以來源于工程實際的具體設計項目為驅動，正好可以緩解學生學習工科專業課程枯燥等問題。學生在課前通過現代化信息手段自主完成課程基本知識的學習，在課堂上教師以實物或者動畫三維模型為引導，和同學們展開研究與討論，逐步解決課前學生學習視頻時產生的疑惑以及完成設計項目過程中所遇見的問題，課后再通過網絡討論平臺對課上問題進行深層次的討論，這樣可以大大增強學生學習興趣，提高學習效率，進而培養學生解決問題的能力。

二、機械設計基礎課程翻轉課堂的教學設計

教學最根本的出發點，是激發學習者的興趣，充分發揮其主觀能動性，去收集有用的信息，探索未知的領域。為了提高學生的學習興趣，本課程采用項目引導式教學設計法。因本校以“水電”為特色，機類專業的學生多走向水利電力行業。故在專業教育中多突出工程機械背景。為此，以某輸送機的機械式傳動系統的結構設計為例，進行教學內容的引入。①將學生分成約5—8人一組，給定設計參數后，指導學生進行傳動系統的方案設計。因在該輸送機的傳動系統中，涉及到鏈傳動，帶傳動，齒輪傳動等多種傳動方式的選擇和布置問題。為協助學生完成方案設計，采用翻轉課堂的方式開始進行齒輪傳動，帶傳動，鏈傳動，螺旋傳動部分內容的教學。利用網絡資源，收集一些必要的視頻資料，資料不足的情況下自錄少量微課視頻，通過QQ群，精品課程網絡課堂等平臺發給學生，讓學生完成教學內容的學習。而課堂教學則以檢查學習效果，完成設計任務為主。學生和學生，學生和老師之間開展互動討論，發現問題并解決問題。每次課預留10—15分鐘針對學生在學習中遇到的共性問題進行集中點評講解。②當學生完成齒輪，帶，鏈等零件基本參數的設計計算時，很自然會涉及到該類零件的安裝問題。教學內容自然過渡到軸及軸系零件的結構設計問題。于是采用翻轉課堂的教學方法完成軸承，聯軸器，軸等部分內容的教學。再次，隨著設計工作的進行，齒輪的潤滑及防護問題會引出變速箱箱體的設計問題，該問題自然也會引出連接件的設計。順應設計任務需要，完成螺紋連接，鍵連接，銷連接等內容的教學。③根據學生的需要，進行少量的專題教學。至此，整個課程教學基本完成，以項目驅動，任務逼近的方式，可以充分調動學生的求知欲，讓學生的求知欲和興趣來推動教學內容的進行，從根本上擺脫傳統的“灌輸式”教學法。學生不但能充分吸收老師所提供的教學視頻中的內容，還會積極調動各類資源以解惑。課堂上的討論，因視角不同，學生的問題有的非常新穎，此舉也無形中給教師施加學習壓力，最終實現教學互長的良性循環。

三、機械設計基礎課程翻轉課堂的實施效果考核

進行機械設計基礎課程翻轉課堂的實施效果考核的目的，是為了檢查教學設計是否合理，為教案的修訂提供依據。實施效果考核主要通過橫向和縱向比較來實現。橫向比較包括平行章節內容、不同的教學方法的學習效果比較，及不同教學方法的平行班的成績的比較。例如，在教學時，帶傳動部分內容采用翻轉課堂的教學方式，鏈傳動部分采用傳統的課堂講述的方式。在學生進行設計任務時，可以觀察并評價學生的設計情況，以檢查學習效果。縱向比較，是指將本屆學生的學習效果與采用傳統的教學方法的往屆學生的學習效果進行比較。同時，可以通過對學生后期的跟蹤和回訪，學生評教來深層次地了解學生的感受和學習心得，用以優化教學設計，從而由“點”到“面”的逐漸將任務引導式翻轉課堂教學法在機械設計基礎課程的教學中鋪開。

四、結論

機械設計基礎翻轉課堂教學法充分利用目前智能化設備普及，電子化信息共享便利的優勢，以微課為載體，以任務為驅動，充分調動學生的積極性，利用學生的求知欲來推動課程教學內容的進行，徹底擺脫“灌輸式”課堂所造成的教師唱獨角戲的現狀。該種教學模式，不但可以使“教師主導、學生主體”的思想得以充分體現，學生的實踐能力和協作能力得到明顯提升，而且還能實現教學互長的良性循環。各個學校可以在充分利用耶魯公開課、可汗學院微視頻[6]、TED視頻，以及精品課程資源，外加自己錄制的微課視頻的情況下，由“點”到“面”的逐漸將任務引導式翻轉課堂教學法在機械設計基礎課程的教學中展開。

參考文獻：

[1]王彩霞，劉光然.翻轉課堂優化中職課堂教學探析[J].職教論壇，2013，（06）：41-44.

[2]楊可楨，程光蘊，李仲生，錢瑞明.機械設計基礎（第六版）[M].北京：高等教育出版社，2013，（8）.

[3]宋朝霞，俞啟定.基于翻轉課堂的項目式教學模式研究[J].遠程教育雜志，2014，（01）：96-104.