翻轉(zhuǎn)課堂模式下的模具CAD/CAE/CAM教學(xué)研究及應(yīng)用

孫肖霞 唐友亮

摘 要：針對模具CAD/CAE/CAM課程的教學(xué)現(xiàn)狀，研究了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，從微課選題、設(shè)計(jì)、制作和應(yīng)用環(huán)節(jié)闡述了翻轉(zhuǎn)課堂模式在該課程教學(xué)中的實(shí)施方法。該教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)形式，體現(xiàn)了建構(gòu)主義的教育理念，提高了學(xué)習(xí)效果和效率。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；模具CAD/CAE/CAM；教學(xué)設(shè)計(jì)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）07-0045-03

Abstract： For the present teaching situation of CAD/CAE/CAM for Die & Mould， the teaching mode of flipped classroom was researched. The implementations about the topic selection， design， manufacture and application for the course were described. The traditional teaching structure was changed by the teaching mode of flipped classroom and the educational concept of constructivism was embodied. Finally， the learning effectiveness and efficiency were improved.

Keywords： flipped classroom； CAD/CAE/CAM for Die & Mould； teaching design； teaching reform

隨著近年來信息化技術(shù)的迅猛發(fā)展，學(xué)生和教師擁有的個人信息終端逐步普及，學(xué)生攜帶手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等設(shè)備到課堂學(xué)習(xí)已成為普遍現(xiàn)象，教學(xué)系統(tǒng)中的教學(xué)要素也在發(fā)生著日新月異的變化。微課、翻轉(zhuǎn)課堂、可汗學(xué)院等新教學(xué)理念逐步深入人心，越來越多的學(xué)校和教師開始關(guān)注信息技術(shù)環(huán)境下的個性化學(xué)習(xí)和教學(xué)方式的變革，而掌握微課的教學(xué)設(shè)計(jì)和應(yīng)用也成為了信息化時代教師必備的教學(xué)技能。本文以模具CAD/CAE/CAM課程為例，闡述了翻轉(zhuǎn)課堂模式下的課程教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施方法。

一、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂也稱顛倒課堂，起源于美國科羅拉多州落基山的“林地公園”高中，是一種為了幫助缺席的學(xué)生補(bǔ)課而設(shè)計(jì)的教學(xué)方式，受到了學(xué)生的廣泛歡迎[1]。概括的說，翻轉(zhuǎn)課堂是由課程教師提供以視頻為主要形式的學(xué)習(xí)資源，把知識傳授的過程從課堂翻轉(zhuǎn)到課下，學(xué)生在上課前完成對教學(xué)視頻等學(xué)習(xí)資源的自主學(xué)習(xí)，而把原來通過課外作業(yè)和練習(xí)等來完成的知識內(nèi)化過程放到課堂上，課堂的大部分時間用于學(xué)生的答疑、小組協(xié)作探究及師生間的深入交流等[2]，是一種全新的教學(xué)理念和方式，體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性及教師的主導(dǎo)性，改變了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)模式。

二、課程實(shí)踐背景

（一）課程特點(diǎn)

模具CAD/CAE/CAM課程是應(yīng)用型本科院校模具專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，教學(xué)目的是使學(xué)生理解CAD/CAM/CAE技術(shù)的基本概念，掌握該技術(shù)的原理和方法，并能夠利用相應(yīng)的軟件分析和解決實(shí)際問題，特別注重學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

（二）課程的教學(xué)現(xiàn)狀

該課程目前的總學(xué)時為72，其中上機(jī)學(xué)時為40。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生沒有達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，主要是因?yàn)樵诮虒W(xué)中存在以下問題：

1. 授課對象原有的基礎(chǔ)知識水平參差不齊，在傳統(tǒng)教學(xué)過程中難以做到因材施教，使得學(xué)生得不到個性化學(xué)習(xí)。

2. 在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，重要的實(shí)踐應(yīng)用部分是教師先在課堂上講授并操作演示，然后學(xué)生再操作練習(xí)。因?yàn)檎n時數(shù)的限制，學(xué)生操作練習(xí)的時間少、師生互動欠佳，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動性，解決實(shí)際問題的能力也不強(qiáng)。

為了在實(shí)際教學(xué)中體現(xiàn)建構(gòu)主義關(guān)于學(xué)習(xí)中的知識觀、學(xué)生觀和學(xué)習(xí)觀，本文將“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)理念應(yīng)用到模具CAD/CAE/CAM課程教學(xué)中，改變教學(xué)結(jié)構(gòu)順序，建立相應(yīng)的教學(xué)資源，并設(shè)計(jì)和管理教學(xué)活動，從而提高學(xué)生解決問題能力和創(chuàng)新能力。

三、課程教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施

翻轉(zhuǎn)課堂模式下的課程設(shè)計(jì)及實(shí)施主要包括選題、設(shè)計(jì)、制作和應(yīng)用四個環(huán)節(jié)。

（一）選題

選題是教學(xué)設(shè)計(jì)的前提，選題是否合理直接影響到課程的教學(xué)效果。教師應(yīng)該熟悉課程的整體規(guī)劃、重點(diǎn)、難點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，還要充分研究學(xué)情，以學(xué)生為本，從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，明確學(xué)生的困惑點(diǎn)和障礙點(diǎn)，以此來確定微課制作的內(nèi)容和重點(diǎn)[3]。

模具CAD/CAE/CAM課程既包含基礎(chǔ)理論又包括應(yīng)用實(shí)踐。

1.基礎(chǔ)理論部分。精心選擇教學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容，原則是包含的知識點(diǎn)要足夠細(xì)，學(xué)習(xí)內(nèi)容要精練，確保在一段“微課”上能講清講透。例如，在“計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)”單元的“圖形變換”一節(jié)中，確定了“二維圖形變換”“三維圖形變換”“平移變換”“旋轉(zhuǎn)變換”“對稱變換”和“級聯(lián)變換”等微課制作標(biāo)題。

2.實(shí)踐應(yīng)用部分。為了激發(fā)學(xué)生的動手興趣，實(shí)踐部分采用項(xiàng)目化課程教學(xué)[4]，需要緊扣教學(xué)目標(biāo)確定項(xiàng)目任務(wù)，然后把完成項(xiàng)目所需要掌握的基本操作方法逐級分層，提取富含知識技能及方法的微單元，進(jìn)行微課制作。例如，在“模具CAE技術(shù)的應(yīng)用”單元進(jìn)行“塑料成型的模流分析”項(xiàng)目中，需要首先掌握Moldflow平臺的“模型導(dǎo)入”“網(wǎng)格劃分”“網(wǎng)格診斷及修復(fù)”“澆注系統(tǒng)的創(chuàng)建”“冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)建”等一系列基礎(chǔ)操作技能，微課選題時將這些單元再次細(xì)分，形成微單元，如“網(wǎng)格診斷及修復(fù)”單元可以細(xì)分為“縱橫比診斷”“重疊網(wǎng)格診斷”“網(wǎng)格配向診斷”“網(wǎng)格自由邊診斷”“網(wǎng)格連通性診斷”和“網(wǎng)格處理實(shí)例”等微單元。

（二）設(shè)計(jì)

選好標(biāo)題后，要根據(jù)標(biāo)題的內(nèi)容進(jìn)行微課設(shè)計(jì)，力爭選擇最佳的內(nèi)容結(jié)構(gòu)、呈現(xiàn)方式和視覺效果。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循以下原則：

1.在自主學(xué)習(xí)過程中，時間過長，容易產(chǎn)生厭倦。微課時長要符合學(xué)生保持注意力時間較短的特征，一般控制在10 分鐘以內(nèi)。

2.進(jìn)行合理的教學(xué)過程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括：快速引入課題吸引學(xué)生；講授內(nèi)容線索清晰；總結(jié)收尾簡要快捷。

3.教學(xué)語言要精煉。

4.選擇合理的微教學(xué)資源環(huán)境，不同的知識點(diǎn)需要不同類型的微課表現(xiàn)模式。例如，基礎(chǔ)理論部分的知識內(nèi)容可以選用PPT講解式，其表現(xiàn)形式主要以圖集和文字為主，加入一些旁白和背景音樂，讓學(xué)生在一個比較輕松的狀態(tài)下進(jìn)行學(xué)習(xí)；實(shí)踐應(yīng)用部分的知識點(diǎn)可以采用示范講解式，主要以教師的操作講解為主，重點(diǎn)錄制操作屏幕，這種形式能將學(xué)習(xí)者注意力完全集中在教師對軟件的操作、運(yùn)用上，能清楚地看到各參數(shù)的配置和效果；對于綜合實(shí)戰(zhàn)型項(xiàng)目則要采用情景劇式，通過設(shè)計(jì)一個情景來呈現(xiàn)知識內(nèi)容，要求設(shè)計(jì)生動、有趣。總之，微課的設(shè)計(jì)要以教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)選擇靈活多樣的微課結(jié)構(gòu)和方式。

（三）錄制

確定了微課結(jié)構(gòu)和表現(xiàn)方式，接下來就可以借助手機(jī)、錄屏軟件及錄像機(jī)等進(jìn)行錄制。錄制時，可以邊操作邊配音；也可以先操作后配音。實(shí)踐應(yīng)用部分的微課，屏幕錄制工具可以選用Camtasia Studio，它是一款非常好用的微課視頻錄制和編輯軟件，具有強(qiáng)大的視頻播放和視頻編輯功能，且簡單易學(xué)[5]。錄制好的視頻，可以基于時間軸對視頻片段進(jìn)行各類剪輯操作，如添加各類標(biāo)注、媒體庫、畫中畫、字幕特效、轉(zhuǎn)場效果、旁白、標(biāo)題剪輯等，形成完整的微課。

錄制微課對教師的綜合素質(zhì)要求較高，因此，課程組要根據(jù)教師的特點(diǎn)進(jìn)行合理的分工，同時，要多利用現(xiàn)有的教學(xué)資源。這樣可以大大提高教師的備課效率，真正實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享。

（四）應(yīng)用

目前，我校已經(jīng)完善了校園網(wǎng)，建設(shè)了“超星泛雅”教學(xué)資源云平臺，課程組制作的微課隨著教學(xué)進(jìn)度依次發(fā)布在平臺上，方便學(xué)生的下載和學(xué)習(xí)，教師還可以查詢交互記錄信息，進(jìn)而跟蹤學(xué)習(xí)行為，進(jìn)一步挖掘?qū)W習(xí)特征信息，如學(xué)習(xí)時間、偏好和效果等。

微課屬于切片化教學(xué)資源，應(yīng)用時應(yīng)該深入地研究學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)風(fēng)格乃至學(xué)習(xí)惰性等，圍繞學(xué)習(xí)過程，設(shè)置合理的教學(xué)情境并將其嵌入。具體在教學(xué)活動的設(shè)計(jì)中，要考慮如何更好地促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，要按學(xué)習(xí)邏輯，合理安排活動步驟，促進(jìn)學(xué)習(xí)者對內(nèi)容知識的深度加工。如圖1所示，在模具CAD/CAE/CAM課程教學(xué)過程中，分別設(shè)計(jì)了課前導(dǎo)學(xué)、課中內(nèi)化和課后拓展三個階段的微課教學(xué)活動。教學(xué)過程中，根據(jù)某一主題或項(xiàng)目進(jìn)行聚合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中形成隱形的、連續(xù)的知識結(jié)構(gòu)。

1.課前導(dǎo)學(xué)。授課教師將微課視頻和學(xué)習(xí)任務(wù)單發(fā)放給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)習(xí)慣合理安排自習(xí)時間，通過個人攜帶的移動終端觀看微課視頻并完成測試，實(shí)現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)。教師對測試結(jié)果進(jìn)行總結(jié)歸納，還可以在網(wǎng)絡(luò)平臺上搜集到學(xué)生提出的各種問題并答疑解惑。

2.課中內(nèi)化。主要進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)知識的吸收內(nèi)化。以任務(wù)或項(xiàng)目為主線，進(jìn)行師生互動、合作學(xué)習(xí)，進(jìn)行進(jìn)一步的知識應(yīng)用，發(fā)展學(xué)生的高級思維能力等。在互動過程中教師應(yīng)針對學(xué)生的不同學(xué)習(xí)程度進(jìn)行指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)個別化教學(xué)。既能發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又能充分體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位。

3.課后拓展。主要進(jìn)行知識輔導(dǎo)和拓展。學(xué)生可以在課后或假期根據(jù)自身情況有選擇性的觀看微課視頻來解決學(xué)習(xí)中的疑難問題。當(dāng)然，因?yàn)樘厥庠驔]來上課的學(xué)生，也可以通過觀看微課視頻進(jìn)行補(bǔ)課；還可以將疑問提交到微課平臺上，教師或者其他學(xué)生就會對問題進(jìn)行作答。對于一些專業(yè)性強(qiáng)、知識容量大、認(rèn)知難度高的項(xiàng)目，則需要學(xué)生在課后反復(fù)咀嚼、體會、揣摩、內(nèi)化。

例如，在“塑料模CAD技術(shù)應(yīng)用”單元，將模具設(shè)計(jì)所需“初始化項(xiàng)目”“創(chuàng)建分型線”“創(chuàng)建分型面”“創(chuàng)建型芯、型腔”“型腔布局”“加載模架”“加載標(biāo)準(zhǔn)件”等操作方法制作成微課，并將這部分知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)作為課前導(dǎo)學(xué)部分；課堂上，教師首先對課前的難點(diǎn)和疑問進(jìn)行總結(jié)、解惑，然后再以多個典型的塑料模設(shè)計(jì)項(xiàng)目為主線，指導(dǎo)學(xué)生對碎片化的知識點(diǎn)進(jìn)行綜合應(yīng)用；課后拓展部分主要針對不同結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到知識拓展的目的。

四、結(jié)束語

翻轉(zhuǎn)課堂模式下的模具CAD/CAE/CAM課程教學(xué)，結(jié)合了項(xiàng)目教學(xué)法，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)形式，使教師的主導(dǎo)地位和學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位得到了充分體現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺及微課資源是保障學(xué)生自適應(yīng)學(xué)習(xí)以及協(xié)作學(xué)習(xí)的認(rèn)知工具，提高了學(xué)習(xí)效果和效率。通過設(shè)計(jì)并管理教學(xué)活動，使得學(xué)生從微課中思考出更深層次的問題，并能進(jìn)行更深入地理解。

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