精密機械設計MOOC+翻轉課堂教學模式研究

許賢澤 徐逢秋 魯興

[摘 要]為了提高教學質量，培養高素質的工科人才，針對精密機械設計工科基礎課傳統課堂教學模式產生的諸多弊端，武漢大學測控技術與儀器專業結合現代網絡與多媒體技術，將傳統課堂教學與國家精品在線MOOC教學有機結合，構建多樣的知識獲取途徑和多元師生交流方式的混合式教學模式，培養學生的自主學習與創新能力，提高儀器類工科專業的教學水平。

[關鍵詞]在線MOOC教學;混合式教學;創新能力

[中圖分類號] G642.421 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）06-0060-03

精密機械設計是儀器類專業的一門綜合性強且應用面廣的專業基礎課，主要講授精密機械和儀器中常用的機構和零部件的工作原理、特點、應用范圍、設計方法等多方面知識[1]。該學科涉及面廣，與物理、數學、材料力學、電子技術等多門學科有直接或間接的聯系，可以促進學科間的交叉融合。近年來，隨著科技和工業的高速發展，精密機械制造在越來越多的領域有重要的應用，如航天航空零件的制造、半導體加工領域等[2]。我國發布了《中長期科學與技術發展規劃綱要（2006-2020年）》和《中國制造2025》等文件，國務院明確制訂了發展精密制造相關技術的工作目標。為了順應國家的發展需要，精密機械設計課程也需要構建一種新的教學模式，改變傳統課堂教學的沉悶局面，激發學生的學習熱情，提高其思維能力和創新能力，促使本學科的學生投入國家精密機械制造的發展潮流中，為國家的發展貢獻自己的力量。

一、MOOC+翻轉課堂教學模式

“慕課（MOOC）”是“大規模開放式在線課程（Massive Open Online Course）”的簡稱，實質上是一個資源共享平臺。它在中國受到了極大的關注。不僅國外的慕課平臺涌進國內，國內也組建了多種慕課平臺，并積極推向全球，國內一些高校都結合本校優勢學科，推出了多樣化的面向全球學生開放的慕課課程。慕課教學范圍覆蓋很多學科領域，例如經濟學、哲學、法學等其他人文學科領域，也包含了物理學、機械設計、電氣工程等理工科領域[3-4]，滿足了社會各行各業的知識需求。武漢大學精密機械設計MOOC課程在2017年被評為國家精品在線開放課程，開課六期，選課人數超兩萬人。慕課（MOOC）的應用使教與學不受時間、空間、地域的限制，學生知識獲取方式發生了根本性變化，只要想進入課堂學習，隨時隨地都能學習到一流名師的網上教學課程，這種教學模式的出現適應現代社會發展的需求，頗受學生、教師的喜愛。

翻轉課堂（Flipped Classroom）也可譯為“顛倒課堂”，即重新調整課堂內外的教學時間和教學內容。相比于傳統的教學模式，學生將基礎知識的學習時間轉移到課外，從視頻、博客、論壇等多種途徑獲取知識，并且知識的獲取不再受時空的限制，具有較大的靈活性[5]。學生結合課前視頻、論壇的學習，將自己存在疑惑、難以理解的部分記錄下來，在課堂上與同學或老師溝通、交流，進行自評和互評，從而獲得對知識更深層次的理解。這種教學模式很大程度上節約了課程時間，提高了學習的效率和質量。翻轉課堂是對基于印刷術的傳統課堂教學模式的徹底顛覆，使學習方式更加多樣化，學習途徑更加多元化，也改變了教師角色，讓學生成為課堂上的主體，讓學生的角色更加突出，充分激發學生的學習熱情和思維創造力。翻轉課堂的實施有助于我國教育結構進行新一輪的改革，對促進中國教育的發展有著重要的意義。

MOOC+翻轉課堂將兩者的優勢結合起來，利用現代網絡和多媒體技術，將傳統課堂教學與在線MOOC課教學有機結合，構建既能提供友好逼真的學習環境和豐富形象的教學資源，又能取得多樣的知識獲取途徑和多元的師生交流方式的混合式教學模式，可充分發揮教師的主導作用和學生的主體地位，使學習方式更加多樣化，學習體驗更加形象化。該教學模式是基于信息技術的一種新型的有效的深受師生歡迎的教學模式。雖然目前國內外高校對于MOOC+翻轉課堂的研究很多，但國內大多都是針對計算機公共基礎課程和文獻檢索等實踐性較強的課程，而針對像精密機械設計這類實踐性、課堂展示性都很強的專業課程的研究較少。因此，為適應儀器類專業人才培養的需要，有必要對其進行研究和實踐。

二、精密機械設計課程MOOC+翻轉課堂教學模式

（一）精密機械設計課程特點

精密機械設計課程涉及的知識面廣、體系龐大，要想熟練掌握該門課程的所有內容，還需要對材料力學、傳感器技術、工程制圖、計算機輔助設計和優化設計等多門課程進行學習[6]。傳統的課堂教學主要依靠書本上的知識點進行授課，這樣難以將分布在不同學科、書本上的知識點進行融合講解。學生如果僅僅學習某一課本上的知識點，必將導致知識面狹隘，難以真正理解精密機械設計的內涵。

隨著世界高尖端制造技術的發展，新的設計觀念、設計思想、設計方法和設計手段不斷涌現，給這一課程的教學也帶來巨大的壓力。傳統的課本更新速度慢，難以將新的知識點傳授給學生，不適應現代社會快節奏的發展需求。如何迎合時代發展的需要，舍棄陳舊，吸取精華，接納新鮮內容，也是精密機械設計基礎課程教學中面臨的重大問題。

MOOC+翻轉課堂教學模式較好地解決了以上存在的問題，教師可以事先通過查閱不同學科的文獻，觀看網絡上經典的教學視頻，將知識進行融合歸納，以精密機械設計課程為主線，穿插不同學科的知識點，同時追蹤最前沿的精密機械設計的相關技術，將歸納整理的成果編輯成精品課程上傳至慕課平臺上，讓學生自主學習、在線觀看。

（二）精密機械設計課程的實踐性

精密機械設計中的很多機構和經典零部件難以在課堂上僅僅通過文字或圖片描述清楚，并且紙上談兵不適合該課程的教學要求，加強實驗教學內容是提高教學質量的重要途徑之一。

隨著互聯網技術、動畫仿真技術等的發展，將動畫仿真技術應用于課堂教學是近年來越來越受關注的方法[7]。采用動畫仿真教學可以很直觀、形象地展現系統的原理及應用情況，將抽象、乏味的理論教學轉換為直觀、有趣的實踐教學，可以極大地激發學生的學習興趣，增強學生的感官認識，取得很好的教學效果。并且，教師可以將學生實踐活動中的經典片段進行錄像，編輯上傳至慕課平臺，有助于學生進行溫習和學習，強化了學生實踐操作能力。翻轉課堂的教學將大量基礎知識的學習時間轉移到了課外，課堂上老師可以抽出更多的時間設計合理的教學磨具或實驗，使全部學生都能夠參與進來，加強動腦、動手能力，并讓他們活學活用、融會貫通，不僅加深了學生對知識的深入了解，更加充分發揮了學生的學習主體作用，提高了學生的創新思維能力。

三、精密機械設計課程MOOC+翻轉課堂教學效果

（一）以多彩豐富的MOOC教學資源吸引學生開展課前學習

精密機械設計中眾多零部件和機構的結構較為復雜、內容比較抽象，課本上的文字晦澀、不形象、難以理解，并且灌輸式教學方式也不利于培養學生的獨立思考精神和創新能力，無法培養工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質“新工科”人才。在本次對精密機械設計課程教學模式的改革中，網絡視頻教學是其中重要的一環。隨著信息技術迅猛發展，大規模在線開放課程慕課（MOOC）應運而生，一批又一批精密機械設計課程的經典視頻、網絡試題庫、網絡交流平臺等都為該課程新型的教學模式提供了豐富的教學資源。但網絡課程不夠全面，而且繁雜，授課教師需要在課前觀看網絡上大量經典教學視頻，并根據自己學校的培養情況進一步完善補充已有的教學課件及視頻庫，建立與課程內容相關的擴展、補充的學習資源，內容要合理、分模塊、較全面地反映該知識點。例如以“典型案例-理論知識點-網絡思考題-模擬仿真操作”四個模塊的形式規劃和設計相應的課前教育部分。下面以精密機械設計課程中傳動系統的教學為例介紹課前教育工作。

首先通過形象生動的視頻讓學生了解螺旋傳動、凸輪傳動、杠桿傳動、鏈傳動等多種傳動方式在日常生活中的應用，典型案例讓學生直觀地認識到傳動系統在人類的工業生產中是非常普遍的現象。隨后通過對這些傳動系統的共性和差異性進行歸納總結，進而引出該內容的基本理論知識點，即各種機械傳動機構的特點、應用場景、優劣情況等。在視頻播放時展示一些圖片和數據的變化，讓學生思考怎樣的傳動系統更適合某種場合，以及它的設計步驟是什么。最后帶領學生在三維虛擬仿真軟件中開展虛擬仿真設計工作，通過在電腦上獨立完成設計和仿真，對傳動系統有一個整體的把握。

在課前學生可根據自己的興趣和學習習慣選擇不同的教學視頻或者學習交流平臺掌握此課程的基礎知識，進而為課堂教學提供更多時間去探討深層次的問題。教師還需要在學生觀看視頻后，通過問卷調查和訪談的形式收集學生評價和意見反饋，及時聽取學生的反饋意見，不斷修改教學視頻，提高教學視頻的質量。

（二）采取靈活多樣的課堂教學培養學生的實踐和創新能力

傳統的精密機械設計教學中，課本是學生獲取知識的主要渠道，課堂上的大部分時間都花費在解讀課本上了，但課本上的知識畢竟是有限的，而且機械設計的很多復雜構造僅僅靠書本的描述還是不能讓學生真正了解，同時知識的局限性和文字的枯燥性很容易降低學生的學習興趣，阻礙他們思維能力和綜合素質的提高，而視頻演示、論壇交流等多種方式有助于讓學生真正掌握課本中的內容。有了前面慕課等網上教學的課前準備，新型的課堂教學模式不再是教師照著書本，一字一句教授給學生知識。教師需要根據課前教學視頻做一個整體的知識結構圖，使學生從整體上把握整個知識體系，引導學生從更高層次看待課程內容。基礎知識的講解不再是課堂的主旋律，師生將更多的精力放在重難點知識的掌握上。教師組織學生進行團隊討論，讓學生之間進行思想碰撞。例如可以將學生隨機分組，選出組長，先讓每組同學對重難點知識或典型案例進行討論，再形成綜合意見。然后讓每組以PPT形式互相匯報學習情況，在小組間進行討論。整個過程中教師可以參與到討論中，引領和幫助學生理解問題。學生在團隊間的自評與互評有助于他們對問題進行反思總結。精密機械設計這門工科課程未來必將應用到工程實踐中，而一個大的工程絕對不是由某個人就能獨立完成，必將需要團隊的合作，小組討論這一教學模塊正好培養了學生團隊協作的能力。

精密機械設計這種工科性質的課程更加注重學生的實踐能力。課堂上教師可攜帶相應的教學磨具，讓學生通過組裝和拆卸，完成一些創意性的實驗，提高學生的動手能力。在課后，教師可以在講解的基礎上，引領學生去機械加工現場進行現場教學，鼓勵和幫助學生參與相關的科研創新項目。

課堂教學模塊的重點在于培養學生的思辨能力，時常鼓勵學生思考、猜測、認可或者存疑，使學生養成獨立思想和與人交流表達的能力。MOOC+翻轉教學模式應用于實際教學，應從學生的學習狀態、興趣反應、學習效果等多方面進行分析研究，發現問題與不足，并予以改進，從而不斷探索更加適合學生的創新教學模式。

（三）成績考核方式的轉變

在傳統教學評價中，學生的上課表現、期末考試成績等是主要的考核標準。但MOOC背景下的翻轉課堂教學和傳統教學有很大區別。它采用線上與線下相結合的方式進行教學，更加注重培養學生自主學習和參與實踐的能力，教師僅僅充當伙伴的角色，滿足學生學習過程中的互動及情感交流需求。過去那種應試教育模式為主的考核方式需要被打破，創建更加綜合全面的評價體系，即對學生的考核應貫穿于該課程的整個線上和線下學習過程。線上學習評教主要通過網絡數據采集學生學習進度、學習成果等相關信息，評估學生的課前準備情況。線下學習評教通過對學生課堂發言、團隊互助以及參與實踐的情況等進行評估。例如精密機械設計課程總成績可以由四部分組成：（1）學生對線上教師指定視頻的觀看情況以及對相關仿真軟件的運用情況。（2）學生課堂上小組討論以及回答問題的表現。（3）學生課后小測試以及期末課程論文的完成情況。（4）學生課后實踐探索、理論聯系實際的能力。新考核體系包含了理論知識運用能力、獨立思考能力和團隊合作能力等多方面內容的考查，能夠全面反映學生的綜合素質。

四、結語

對精密機械設計課程采用MOOC+翻轉課堂模式教學，改變了傳統的“以教師為中心”的教學結構，構建了一種新型的“教師主導、學生主體相結合”的教學結構，可以調動學生對專業課程學習的積極性和學習熱情。這極大地提高了學生的工程設計思想、實際動手能力和創新能力，也提高了學生的團隊協作與開拓進取的意識。精密機械設計精品課程的發展促進了相關專業課程的教學改革，從而提高了儀器類專業的教學水平，建立了“科學引領工程、工程引入課堂”的人才培養新模式。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 許賢澤，戴書華.精密機械設計基礎[M].北京：電子工業出版社，2015：9.

[2] 夏岷.淺談精密機械設計基礎課程教學思路[J].新課程學習（中），2012（6）：105.

[3] 郭偉鋒.“互聯網+”時代的大學英語教學策略研究[J].學周刊，2019（18）：7.

[4] 侯艷.慕課在高職英語翻轉課堂中的應用研究[J].科技風，2019（14）：23.

[5] 郭萬明.基于翻轉理念的法學專業課程混合式教學探究[J].大學教育，2019（5）：138-140.

[6] 李永新，王琪民，俞巧云，等.《精密機械設計基礎》課程教學體系的整合及其教學思路[J].教育與現代化，2004（4）：52-56+61.

[7] 崔志剛，馬素霞.動畫仿真技術在理工科多媒體教學中的應用研究[J].經濟師，2015（8）：223-224.

[責任編輯：鐘 嵐]