互聯(lián)網(wǎng)與翻轉(zhuǎn)課堂在機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的融合運(yùn)用

畢仁貴 肖雄 劉雁峰 曾欽

摘 要：為提高機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)質(zhì)量，在傳統(tǒng)課堂的系統(tǒng)知識(shí)框架基礎(chǔ)上，利用互聯(lián)網(wǎng)與翻轉(zhuǎn)課堂的融合運(yùn)用實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)知識(shí)可視化，重構(gòu)以學(xué)生為中心的啟發(fā)式教學(xué)方式。本研究分析了互聯(lián)網(wǎng)資源共享與機(jī)械設(shè)計(jì)課程翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)改革，結(jié)合實(shí)際探討了翻轉(zhuǎn)課堂在自主學(xué)習(xí)、知識(shí)內(nèi)化、知識(shí)固化等三個(gè)階段的實(shí)施要領(lǐng)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);互聯(lián)網(wǎng);翻轉(zhuǎn)課堂;教學(xué)改革

1 引言

以現(xiàn)代信息化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展為支撐，基于互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)放、共享、交互特性，我國(guó)教育理念逐漸轉(zhuǎn)變，教育信息化經(jīng)歷了概念研討、普及推廣、內(nèi)容升級(jí)等階段，當(dāng)前仍保持朝縱深發(fā)展的勢(shì)頭。教育部在《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》中提出建設(shè)教育化信息體系，重點(diǎn)推動(dòng)信息技術(shù)與高等教育深度融合[1]。借鑒美國(guó)翻轉(zhuǎn)課堂（FCM）的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，翻轉(zhuǎn)課堂逐漸成為我國(guó)高等教育信息化課堂改革的研究熱點(diǎn)[2]，其核心價(jià)值是構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的一種混合式學(xué)習(xí)模式，實(shí)現(xiàn)“教為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)為中心”的教育理念。劉允等 [3]通過(guò)調(diào)查，總結(jié)出翻轉(zhuǎn)課堂具有“教”與“學(xué)”相輔相成、以“學(xué)”為主的特點(diǎn)，可有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)自主性，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，提高學(xué)生的思維表達(dá)能力。任博等[4]利用翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)勢(shì)設(shè)計(jì)課程新教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生自主式、互動(dòng)式、啟發(fā)式的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生探究與創(chuàng)新的能力，提高教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)為工科教學(xué)模式提供了教學(xué)改革思路。陳子超[5]開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：相比傳統(tǒng)教學(xué)模式，66%的學(xué)生偏重于翻轉(zhuǎn)課堂;73%的學(xué)生認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)效果優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)效果，70%以上的學(xué)生認(rèn)為翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、分析與解決問(wèn)題能力更有優(yōu)勢(shì)。

在機(jī)械工程高等教育中，機(jī)械設(shè)計(jì)課程主要講授通用零部件及機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，是機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課程的重要組成部分。其靈活性大，設(shè)計(jì)方法或無(wú)唯一;內(nèi)容涵蓋范圍廣，是多知識(shí)點(diǎn)交叉的綜合運(yùn)用。因上述特點(diǎn)，使其成為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革方式適用對(duì)象。本研究旨在通過(guò)探析互聯(lián)網(wǎng)與翻轉(zhuǎn)課堂在機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的融合運(yùn)用，促進(jìn)機(jī)械類專業(yè)本科生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力培養(yǎng)。

2 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式概述

翻轉(zhuǎn)課堂，即翻轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的知識(shí)講授式教學(xué)：課前，學(xué)習(xí)者利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)優(yōu)化共享資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí);課中，教師主導(dǎo)以不同教學(xué)方式進(jìn)行解答疑惑、互動(dòng)討論、做出總結(jié)。翻轉(zhuǎn)課堂的成功實(shí)施可以活躍課堂氛圍，激發(fā)學(xué)習(xí)自主性與積極性，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)研究與創(chuàng)新能力的教學(xué)效果[6]，其成敗關(guān)鍵取決于課前預(yù)習(xí)提出問(wèn)題、課堂活動(dòng)中知識(shí)內(nèi)化程度。

3 互聯(lián)網(wǎng)與機(jī)械設(shè)計(jì)課程翻轉(zhuǎn)課堂的融合運(yùn)用

在機(jī)械類專業(yè)教學(xué)中，機(jī)械設(shè)計(jì)課程是教學(xué)難度大的基礎(chǔ)課程之一，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)方面具有重要作用。隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)普及，各高校教學(xué)名師的機(jī)械設(shè)計(jì)課程資源實(shí)現(xiàn)共享，機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程虛擬可視，為機(jī)械設(shè)計(jì)課程翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施提供有利基礎(chǔ)條件。

目前，在機(jī)械工程高等教育中，基礎(chǔ)理論課教學(xué)仍充斥著填鴨式教學(xué)方式，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)現(xiàn)象突出。另一方面，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程紙媒教材知識(shí)更新過(guò)慢，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)前沿教學(xué)實(shí)例無(wú)法直觀呈現(xiàn)。鑒于這一狀況，基于互聯(lián)網(wǎng)共享資源，依托自建的力學(xué)與工程省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，本研究對(duì)吉首大學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程利用互聯(lián)網(wǎng)開(kāi)展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)進(jìn)行了理論探索。

3.1 教學(xué)模式

機(jī)械設(shè)計(jì)課程嘗試引入項(xiàng)目教學(xué)等方式進(jìn)行教學(xué)改革，但是效果并不顯著，其主體仍是以傳統(tǒng)授課模式為主，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏引導(dǎo)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)，課堂上缺乏互動(dòng)，課后學(xué)生容易忘記所學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)致教學(xué)效果達(dá)不到預(yù)期。在互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)覆蓋下，各大高校優(yōu)質(zhì)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)視頻、微課、慕課網(wǎng)等多元化自主學(xué)習(xí)資料實(shí)現(xiàn)共享，自建的力學(xué)與工程省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心有完備的機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)?zāi)K，交互平臺(tái)的交流、討論、相互答疑可以進(jìn)一步開(kāi)闊學(xué)識(shí)。在上述資源融合利用的基礎(chǔ)上，重構(gòu)的“互聯(lián)網(wǎng)+翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式如圖1所示。

3.2 教學(xué)思路

自主學(xué)習(xí)階段：機(jī)械設(shè)計(jì)課程由理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)組合，開(kāi)設(shè)60課時(shí)，其中理論課48課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課12課時(shí)。以汽車V帶設(shè)計(jì)為例，課前教師明確教學(xué)目標(biāo)，提供相關(guān)資料，發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)—V帶設(shè)計(jì)。學(xué)生自主利用互聯(lián)網(wǎng)查詢并學(xué)習(xí)有關(guān)資料，了解V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟、參數(shù)確定，掌握帶傳動(dòng)布置與張緊、打滑等知識(shí)，通過(guò)慕課網(wǎng)如哈工大教學(xué)視頻、微視頻、各大學(xué)習(xí)社區(qū)，同學(xué)分組進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，共享資源完成問(wèn)題討論并記錄疑難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性預(yù)習(xí)。預(yù)習(xí)任務(wù)內(nèi)容難度適宜，數(shù)量適當(dāng)，適合學(xué)生利用已學(xué)知識(shí)遷移到新知識(shí)。翻轉(zhuǎn)課堂的關(guān)鍵在于利用機(jī)械裝備前沿?zé)狳c(diǎn)、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)等題材，聯(lián)系課本知識(shí)點(diǎn)、可視化知識(shí)結(jié)構(gòu)，刺激學(xué)生自主學(xué)習(xí)好奇心，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，從而引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的用途與重要性。

知識(shí)內(nèi)化階段：課堂上，學(xué)生反饋問(wèn)題，教師提取問(wèn)題，翻轉(zhuǎn)授課、互動(dòng)答疑。該階段旨在培養(yǎng)學(xué)生分析與解決問(wèn)題能力，構(gòu)建適合學(xué)生自適知識(shí)脈絡(luò)，提高創(chuàng)新探索能力。翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)以小組協(xié)作，學(xué)生提出問(wèn)題為始[7]。教師根據(jù)學(xué)生的提問(wèn)，聯(lián)系本課堂知識(shí)點(diǎn)，總結(jié)有價(jià)值的問(wèn)題解答。根據(jù)不同的學(xué)習(xí)單元內(nèi)容，利用不同的教學(xué)方法針對(duì)性的指導(dǎo)學(xué)生完成問(wèn)題分析。學(xué)生之間提出與解決問(wèn)題進(jìn)行交流與總結(jié)，分享與互評(píng)，促使學(xué)生在課堂上使知識(shí)最大程度內(nèi)化。因?qū)W生學(xué)習(xí)水平參差不齊，教師在實(shí)踐過(guò)程中認(rèn)真觀察，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的優(yōu)缺點(diǎn)，提煉并總結(jié)，為下一次課堂的因材施教提供參考。

知識(shí)固化階段：由于知識(shí)點(diǎn)的繁雜，學(xué)生無(wú)法在課堂上完全吸收，課后學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)將知識(shí)碎片整合，進(jìn)行知識(shí)固化。互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資料庫(kù)與交互平臺(tái)大大促進(jìn)學(xué)習(xí)資源最大化，間接延長(zhǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間，增加課堂實(shí)踐運(yùn)用。與此同時(shí)，教師需總結(jié)整個(gè)教學(xué)過(guò)程，進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)資源，為下一次實(shí)踐教學(xué)提供相適宜的教學(xué)方法，力求教學(xué)相長(zhǎng)。同樣，互聯(lián)網(wǎng)的寶貴資源有利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中能自主進(jìn)行學(xué)習(xí)，自主總結(jié)，能促進(jìn)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)開(kāi)拓創(chuàng)新思維。

3.3 評(píng)價(jià)體系

課后教師收集和整理教學(xué)實(shí)施中問(wèn)題，檢驗(yàn)并更新教學(xué)設(shè)計(jì)，以便將教學(xué)設(shè)計(jì)更好的運(yùn)用于實(shí)踐。翻轉(zhuǎn)課堂的評(píng)價(jià)貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，比傳統(tǒng)教學(xué)的課后評(píng)價(jià)系統(tǒng)更全面與綜合化，更好地體現(xiàn)學(xué)習(xí)全過(guò)程的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

互聯(lián)網(wǎng)資源的共享，可幫助學(xué)生從機(jī)械設(shè)計(jì)課程的抽象教學(xué)進(jìn)入可視化虛擬教學(xué)，通過(guò)平臺(tái)相互討論與交流，能激發(fā)學(xué)生好奇心，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與實(shí)踐技能提升，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。互聯(lián)網(wǎng)與翻轉(zhuǎn)課堂在機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的融合運(yùn)用，這一教學(xué)方式對(duì)教師的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)能力提出更高的要求，值得學(xué)院、教師、學(xué)生做出更多的努力與探索。

基金項(xiàng)目：吉首大學(xué)教改項(xiàng)目（2018JSUJGB31）。國(guó)家自然科學(xué)基金（11662004）

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