移動學(xué)習(xí)平臺和翻轉(zhuǎn)課堂在機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用

孫建芳,黃 平,劉小康,徐 曉,胡廣華

(華南理工大學(xué) 機械與汽車工程學(xué)院，廣州 510640)

0 引 言

《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》指出，高等教育信息化是促進高等教育改革創(chuàng)新和提高質(zhì)量的有效途徑，是教育信息化發(fā)展的創(chuàng)新前沿[1]。移動學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂作為新型的信息技術(shù)教學(xué)途徑[2-8]，教師把知識傳遞的過程放在教室外，讓學(xué)生選擇最適合自己的方式接受新知識，而把知識內(nèi)化的過程放在教室內(nèi)，通過學(xué)習(xí)流程的改變，拓展學(xué)習(xí)的時間和空間，調(diào)動學(xué)生的積極性和參與性，從而達到更好的教學(xué)效果。

機械設(shè)計基礎(chǔ)課程作為機械類和近機械類專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，是培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。機械設(shè)計基礎(chǔ)課程具有門類多、關(guān)系多、要求多、公式多、圖表多等特點，學(xué)習(xí)者必須具有較強的自主學(xué)習(xí)能力，才能較好地掌握常用機構(gòu)和通用零部件的工作原理、運動特點、結(jié)構(gòu)特點以及設(shè)計計算的原理和方法。這將為機械設(shè)計基礎(chǔ)的教學(xué)提出新的需求，移動學(xué)習(xí)和翻轉(zhuǎn)課堂為機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)改革提供了一個新的思路。本文結(jié)合機械設(shè)計基礎(chǔ)的課程特點，配合我校機械設(shè)計基礎(chǔ)國家級精品共享課程建設(shè)，提出了基于移動學(xué)習(xí)平臺和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實施方案，并在機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)實踐中引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，極大地提高了教學(xué)質(zhì)量。

1 存在問題

目前，機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)中普遍存在以下幾方面的問題：

(1)缺少預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)。在機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)中，尤其是近機械類專業(yè)的學(xué)生缺乏工程力學(xué)和互換性與技術(shù)測量等先修課程的學(xué)習(xí)，如果沒有預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生對先修知識、已經(jīng)授課內(nèi)容的掌握程度和即將學(xué)習(xí)內(nèi)容的個性化需求，在學(xué)生和授課老師之間是一個斷層，這必將導(dǎo)致教學(xué)效果大大降低。

(2)教學(xué)模式單一，缺乏對學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨立解決問題能力的培養(yǎng)。機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容主要包括平面連桿機構(gòu)的分析與設(shè)計、傳動機構(gòu)的設(shè)計、軸系零件的設(shè)計等多個模塊，傳統(tǒng)的“講授教材加學(xué)生作業(yè)”的教學(xué)模式，教學(xué)手段單一，學(xué)生學(xué)習(xí)思維處于相對被動接收的狀態(tài)，并無法滿足學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)需要，導(dǎo)致課堂教學(xué)質(zhì)量下降；另外學(xué)生主觀能動性得不到發(fā)揮，導(dǎo)致學(xué)生無法用理論知識解決機械設(shè)計實際問題。

(3)考核方式單一。“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程的考核形式目前主要考慮到課率、平時作業(yè)、期中考試和期末考試等因素，但平時作業(yè)的抄襲現(xiàn)象比較嚴重，且學(xué)生平時不復(fù)習(xí)期末臨陣擦槍、突擊應(yīng)付考試的現(xiàn)象嚴重，教師在平時教學(xué)中無法及時、準(zhǔn)確評估學(xué)生對所授知識的掌握情況，大多數(shù)情況下以期末成績占大比重進行最終成績評定，形成了“重結(jié)果，輕過程”的評價體系，并導(dǎo)致學(xué)生缺乏用批判的眼光去發(fā)現(xiàn)問題、認識問題和解決問題的能力。

當(dāng)前我國高校教育在大學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)上略顯不足，大學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識薄弱，缺乏正確的學(xué)習(xí)策略選擇能力和自我監(jiān)控與評估技能[9]。另外，學(xué)生使用的各類精品課程、精品資源共享課、資源庫等網(wǎng)絡(luò)資源利用率不高，且傳統(tǒng)基于網(wǎng)頁、紙質(zhì)的學(xué)習(xí)資源已經(jīng)無法滿足學(xué)生或工程技術(shù)人員對機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的移動學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)的需要，因此，進行基于移動學(xué)習(xí)平臺的“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的研究，對有效地促進學(xué)習(xí)者個性全面發(fā)展、培養(yǎng)大學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力很有必要。

2 基于移動學(xué)習(xí)平臺和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的實施方案

為了保證學(xué)生自主學(xué)習(xí)的有效進行，基于移動學(xué)習(xí)平臺和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的具體實施方案如圖1所示。“課前知識傳遞——課堂知識內(nèi)化——課后知識鞏固與拓展”的各個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)基于移動學(xué)習(xí)平臺和教室完成，將教師從主導(dǎo)知識傳授轉(zhuǎn)化為引導(dǎo)和參與課程學(xué)習(xí)的角色，并為學(xué)生提供學(xué)習(xí)策略制定、學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)、學(xué)習(xí)策略選擇與調(diào)整、學(xué)習(xí)監(jiān)控與自我評價等自主學(xué)習(xí)環(huán)境。

圖1 基于移動學(xué)習(xí)平臺和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的具體實施方案

(1)課前知識傳遞。課前知識傳遞主要包括教師資源建設(shè)與學(xué)生自主預(yù)習(xí)兩個過程。課前教師在分析教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，針對學(xué)生特點和層次，進行資源建設(shè)，具體包括設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)單、制作微課、制作PPT、布置小組任務(wù)、設(shè)計自測練習(xí)和設(shè)計答疑討論等。其中微課視頻學(xué)習(xí)資源的重要組成部分，好的微課資源可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引領(lǐng)學(xué)生按照教師的思路學(xué)習(xí)相關(guān)課程內(nèi)容，通常微視頻制作時間力求短小精悍，每個視頻不超過10 min，數(shù)據(jù)容量不宜過大。

自主預(yù)習(xí)是指學(xué)生自主地制定學(xué)習(xí)策略，通過問題和任務(wù)有的放矢地選擇學(xué)習(xí)資源進行課前自主學(xué)習(xí)。學(xué)生在課前預(yù)習(xí)中分析自己的學(xué)習(xí)過程，反思預(yù)習(xí)內(nèi)容，找到薄弱環(huán)節(jié)，明確下一步的學(xué)習(xí)目標(biāo)，便于課間發(fā)現(xiàn)、探索、交流和分享。教師及時了解、掌握并解決學(xué)生課前預(yù)習(xí)中遇到的問題，以便在課堂上能有針對性地進行答疑解惑。

(2)課堂知識內(nèi)化。翻轉(zhuǎn)課堂中學(xué)生發(fā)揮主體作用，通過課堂活動達到知識內(nèi)化最大化。教師對收集到的學(xué)生在課前預(yù)習(xí)遇到的疑難問題，有針對性地進行講解，提出一些有探究價值的問題供學(xué)生進行討論，或布置具體的實踐活動任務(wù)，將學(xué)生4～ 6人分成一組進行小組協(xié)作討論，培養(yǎng)學(xué)生自主探究或相互協(xié)作、相互學(xué)習(xí)精神。然后，教師在課堂上進行個性化輔導(dǎo)、答疑、監(jiān)督巡視討論過程，并進行小組成果展示，異組間進行互動答疑。最后，教師針對學(xué)生在實踐活動或自主探究中的共性難點問題進行解答、總結(jié)。

(3)課后知識鞏固與拓展。通過課堂教學(xué)參與度實時記錄學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，以課后測試、平時作業(yè)和期末考試等考核方式，對學(xué)習(xí)做出全面而及時的學(xué)習(xí)評價和反饋，方便學(xué)生及時掌握自己的課程信息、適時調(diào)整學(xué)習(xí)策略。另外，針對每組知識點設(shè)計的創(chuàng)新拓展類實踐任務(wù)，使學(xué)生已掌握的知識遷移到新的情境中，對真實情境中的問題做出決策并解決，促進已學(xué)知識的進一步固化、拓展與升華。

3 基于云教學(xué)翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)實踐

依托藍墨云班課平臺[10]，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，有效完成機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)中課前知識傳遞、課堂知識內(nèi)化和課后知識鞏固與拓展3個環(huán)節(jié)。

在課外知識傳遞環(huán)節(jié)中教師按“學(xué)習(xí)任務(wù)單”分批次地推送教學(xué)資源，學(xué)生根據(jù)“學(xué)習(xí)任務(wù)單”自主制定學(xué)習(xí)策略，并按計劃進行課前預(yù)習(xí)，教師可以根據(jù)預(yù)習(xí)統(tǒng)計結(jié)果及時提醒未預(yù)習(xí)的學(xué)生。這里以“軸”作為翻轉(zhuǎn)課堂的實例，“軸”的自主學(xué)習(xí)任務(wù)單如表1所示，教學(xué)資源推送如圖2所示。某些近機械類專業(yè)的學(xué)生缺乏工程力學(xué)先修知識，在學(xué)習(xí)軸的強度設(shè)計中存在一定困難，通過推送梁的彎曲、圓軸的扭轉(zhuǎn)和圓軸受彎曲與扭轉(zhuǎn)組合變形3個教學(xué)資源，學(xué)生如果完成課前預(yù)習(xí)就可以有效解決先修知識不足的問題，并可以達到較好的學(xué)習(xí)效果。

表1 “軸”自主學(xué)習(xí)任務(wù)單

課堂教學(xué)是教學(xué)的“中樞”，必須重視課堂活動的組織和及時互動反饋。以“任務(wù)”驅(qū)動學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題[11]，在機械設(shè)計基礎(chǔ)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中教師在課堂上對任務(wù)中的疑難點進行答疑討論，最終解決重難點共性問題，并實現(xiàn)知識內(nèi)化最大化。利用移動學(xué)習(xí)平臺和課內(nèi)教學(xué)，對于“軸”自主學(xué)習(xí)任務(wù)單中的“任務(wù)4”，學(xué)生通過對經(jīng)典實例(見圖3)的討論，歸納總結(jié)出軸和軸上零件設(shè)計要點(見表2)，該設(shè)計要點可以有效地指導(dǎo)學(xué)生在塑料機械、橡膠機械、食品機械和造紙機械等真實情境中的軸系設(shè)計，促進學(xué)生對所學(xué)知識的拓展與升華，這將有助于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。

另外，在機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)中，以“化整為零”[12]的任務(wù)驅(qū)動方式使學(xué)生依次完成帶式輸送機的單級圓柱齒輪減速器設(shè)計中電動機選擇、傳動比分配、帶傳動設(shè)計、齒輪傳動設(shè)計和軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計等任務(wù)，這樣既可以減少學(xué)生在后續(xù)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計中的工作量，又可以培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)知識運用到新的情境解決實際問題的能力。這里將機械設(shè)計基礎(chǔ)的理論教學(xué)教材和課程設(shè)計教材合二為一，便于將課程設(shè)計的內(nèi)容貫穿到理論教學(xué)中[13]。

圖2 教學(xué)資源推送

圖3 軸和軸上零件有錯設(shè)計簡圖

最后，教師通過移動學(xué)習(xí)平臺根據(jù)學(xué)生經(jīng)驗值、教學(xué)周報、資源報告、活動報告和學(xué)情分析等數(shù)據(jù)，進行分析、總結(jié)和反思，反觀整個教學(xué)活動，解決學(xué)生遺留問題，督促關(guān)注經(jīng)驗值低的學(xué)生，并且進一步優(yōu)化教學(xué)方案與教學(xué)資源。

針對2015級材料化學(xué)、能源化學(xué)工程和輕工化學(xué)3個不同的近機械類專業(yè)，進行了機械設(shè)計基礎(chǔ)的翻轉(zhuǎn)課堂云班課教學(xué)實踐，輕松實現(xiàn)了課堂簽到、課前預(yù)習(xí)監(jiān)控和學(xué)習(xí)成效檢測，通過小組協(xié)作討論和自主探究，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了教學(xué)質(zhì)量，同時也拓展了教師的信息化素養(yǎng)。

4 結(jié) 語

基于移動云平臺的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，從翻轉(zhuǎn)理念出發(fā)，開辟“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的教學(xué)新途徑，強化學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、合作交流、探索解決問題的能力。將移動學(xué)習(xí)平臺和翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)實踐，實現(xiàn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和整體教學(xué)效果的提升。此外，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式也對教學(xué)資源制作及課堂活動組織提出較高的要求，需要進一步針對性地改進。