精密機械課程教學改革與人才培養探索

許賢澤　徐逢秋　魯興

[摘 要]隨著教育科技的不斷改革，高校必須加強對學生綜合素質的培養。文章以儀器科學與技術學科為主題，針對精密機械設計課程教學現有的弊端，將慕課+翻轉課堂的教學模式引入精密機械課程教學中，探索一種基于“互聯網+”的教學方式，以激發學生的自主學習能力與創新能力;并將傳統課堂教學與國家精品在線MOOC教學有機結合，建立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]教育科技;綜合素質;慕課+翻轉課堂;創新能力

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）11-0150-03

當前，全球正面臨著新一輪的科技革命、產業變革，如何培養推動和引領未來技術、和經濟社會發展的高素質人才是高校教學面臨的首要問題。精密機械課程作為工科專業中一門綜合性強且應用面廣的技術基礎課，是許多工科生走進社會生產前必學的課程。該學科涉及面廣，與材料學、數學、力學等多門學科有直接或間接的聯系，有助于培養適應社會需求的復合型人才[1]。但目前的精密機械課堂教學模式較為單一，大多局限于書本知識傳授，學生缺乏主動創新能力，墨守成規[2]。因此，探索一種培養高素質人才的教學模式成為當前教學工作者關注的焦點。電子信息學院測控技術與儀器系依托精密機械設計慕課+翻轉課堂教學模式研究計劃，嘗試改變當前的課程教學模式，通過開設相關網絡教學和整合目前部分已有的實踐性教學課程，在學生素質培養上提高他們的自學能力和思辨能力，同時也提升儀器儀表類學科的教學質量，使本專業的學生能更快地適應當前社會相關崗位的就業需求。

一、精密機械學科現存教學模式弊端分析

現代的精密機械系統，往往是以機械學為主體，輔以材料學、力學、電子學等學科知識，可以說是集機、電、光、算為一體，體現了現代新型技術科學之間的交叉融合。要培養好的精密機械專業人才，大學相關學科課程體系的設置就顯得尤為重要。傳統的課堂教學主要依靠書本上的知識點進行授課，很難培養出真正的高素質人才。它主要存在以下弊端。

首先，精密機械學科作為工科生需要掌握的基礎技術門類之一，它涉及的知識面廣、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、電子學和計算機輔助設計等多門課程進行學習。雖然大多數高校開設的課程基本涵蓋了上述所有課程，但這些課程的課堂和實踐教學相對獨立或者略顯零散，并沒有有機地結合在一起，為精密機械學科服務，導致學生在學習中難以理解精密機械課本某些的理論知識，更難以想象它們在實際工程中的具體用途，這在一定程度上也會削弱學生學習的積極性。

其次，精密機械學科的發展與人類文明緊密相連，大致有古機械發展階段和近現代機械發展階段。古時有車輪、齒輪等，這些精巧的機械大幅度提高了人類的生產力。近現代以來，隨著傳感器技術、微電子技術、電子電路技術等學科知識的融入，精密機械學科體系變得越來越龐大、復雜，機械設備也越來越先進，例如可以達到微米級精度的半導體光刻機、可以送人上天的航天器。學科的教學內容也應該動態適應社會的發展與需要。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。如何跟蹤科學的發展的前沿，舍棄陳舊，接納新鮮內容，也是精密機械學科基礎課程教學中需要思考的問題。

最后，合格的工程師需要具備自學能力、表達能力和團隊協作能力。傳統的填鴨式教學中，教師依照課本的思路將知識教授給學生，由于課堂教學時間有限，學生很難有機會獨立思考知識點，更沒有機會進行團隊合作與鍛煉自己的表達能力。這樣培養出來的學生難以直接勝任工程師的崗位，更難以成為推動和引領未來技術、產業和經濟社會發展的高素質人才。

二、慕課+翻轉課堂教學模式應用于精密機械學科教學的可行性分析

隨著國家進一步深化全國教學改革工作，一些新的教育理念逐漸被引入高校課程教學中。我們追求一種新的師生關系，教師不再是知識的獨裁者，而是知識的引導和設計者，學生在學習中處于主體地位，擁有獨立思考和探索的能力。目前“互聯網+”在日常生活中的深入滲透，一種借助于網絡的線上視頻教學與線下課堂教學相結合的模式逐漸興起[3，4]，即慕課+翻轉課堂的新型教學方式。它滿足了改革需求，有助于培養一批具有獨立思考問題、分析問題、解決問題的高素質人才。慕課（Massive Open Online Courses ，MOOC）實質上是一個資源共享平臺，里面匯集了來自世界名校的公開課，并且其教學范圍覆蓋很多學科領域，例如哲學、物理學、電子學等，滿足了社會各行各業的知識需求。“翻轉課堂”則是一種顛覆傳統課堂教學秩序的新型教學模式，強調學生在課前應進行基礎知識的自主學習，教師在課堂上主要對重難點知識進行講解，讓學生參與到知識的探索與討論中。這種顛覆課堂的教學模式有利于培養學生的思維能力和創造力。如果將慕課與翻轉課堂進行有機的結合，使教與學不受時間、空間的限制，同時改變傳統課堂教學單一的知識灌輸模式，可發展學生的思考探索的能力。慕課+翻轉課堂教學模式是基于信息技術的一種新型的有效的教學模式，雖然目前國內外高校對于翻轉課堂的研究較多，但國內大多都是針對計算機或英語等公共基礎課程，而針對像精密機械這類實踐性、專業知識性都很強的專業課程的研究較少。因此為推動高校教學改革、培養新時代工科人才，必須加緊進行相關的研究和探索。

慕課+翻轉課堂的教學模式可以應用在精密機械學科的教學中。首先，其教學資源豐富，目前國內外涌現出一批精密儀器類課程的經典教材及配套視頻，教師也可以結合教材的理論知識，將多學科知識進行整理和編輯相關的多媒體課件供學生課前學習和觀看，更有利于學生了解多學科的知識，進行融會貫通。這種視頻教學使學生對知識有更加生動形象的認識。其次，翻轉課堂教學模塊將基礎知識的學習放在課外，而重點在于學生的答疑、討論，培養學生的思辨能力，時常鼓勵學生進行思考、討論、互評，培養學生獨立思索、與人交流溝通的能力。這種獨立思考、學習的能力正是一名合格的工科人才必備的素質。慕課+翻轉教學模式應用于精密機械教學，還需要從學生的學習情況、興趣反應、實際效果等多方面進行分析研究，發現問題，并予以更正，從而不斷探索與改進這種新型教學模式。

三、慕課+翻轉課堂教學模式在精密機械學科課程教學中的應用實踐

（一）課前教學模塊的教學策略

課前教學的目的是促使學生掌握精密機械的基礎知識，同時能夠追蹤最前沿的儀器儀表的發展現狀。機械設計中眾多機械的結構較為復雜，學生難以僅僅通過課本或視頻中的文字就能較好地理解相關知識。學生可以通過慕課平臺觀看名校老師的生動講解，或者任職老師通過查閱不同學科的文獻，總結互聯網上關于精密機械的經典的教學視頻，將視頻進行編輯融合歸納，以《精密機械設計》課本為主線，穿插不同學科的知識點，加入自己的觀看體會，視頻結尾引入目前最前沿的機械設計的相關技術，將整個視頻編輯成精品課程上傳至慕課平臺或互聯網移動端，讓學生自主學習、隨時觀看。如果條件允許，可帶領學生使用三維虛擬仿真軟件或者動畫仿真技術[5]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，對精密機械儀器等有一個更直觀、系統的把握。在視頻課程中，可以在關鍵處設置思考問題，等待學生回答完思考問題，視頻才能繼續播放，這樣有利于監督和督促學生對課前視頻的觀看。

（二）課堂教學模塊的教學策略

有了前面慕課等網上教學的課前準備，課堂的導入階段，教師不再需要照著課本，一字一句地教授學生知識。教師根據課前教學視頻中整體的知識框圖，能夠有機地將各個知識點結合起來，使學生從整體上把握整個知識體系。或者通過動畫仿真實例或小型的教學模具，讓學生將理論與實際相結合，在實踐中感受知識點的存在，更有利于加快他們對基礎知識的理解和回憶。例如對機械伺服系統進行介紹時，教師可以帶一個小型的精密機械傳動裝置，指出它的齒輪、螺桿、螺母、直線運動導軌等組成部件，并延伸到它的結構組成、工作原理等知識，最后可以通過PPT展示出該系統在實際中的應用，這樣一個小型裝置系統便可將多種基礎知識進行串聯講解，提高課堂效率，寓教于樂。

完成了課前的引導環節，教師需要設計課堂討論環節。精密機械這類工科知識未來必將要應用到工程實踐中，而現實中一個龐大的工程項目必然是依靠一個強大的科研團隊協作完成的，例如我國的新飛機、北斗衛星系統等絕對不是由某個人能獨立完成的。精密機械學科的教師可以依照翻轉課堂的教學模式，在設計課堂活動時，充分利用情境、 協作、討論等要素充分發揮學生的主觀能動性，提高他們的思維能力。并且在協作學習中，使其學會團隊協作，集思廣益優勢互補，共同提升科研實力，推動項目發展。這樣的課堂模式有助于培養工程師的必備素養。

課堂討論與探索環節應由教師選擇一個重難點問題，采用小組討論 +自由發言的形式進行。首先，教師要設計出學生自由討論的項目，激發學生展開自由討論的熱情和興趣;之后開展相關的討論，例如可以根據學生的學習情況進行搭配分組，選出討論組長，讓每組學生對重難點問題或典型案例進行討論，再形成綜合意見。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。教師在引導學生討論與探索問題時可陸續引出類似精密機械設計中的問題，讓學生學會舉一反三，歸納出解決該類問題所需要的知識點。最后，教師提出一些探索性、開放性的問題，由學生規劃設計內容，包含方向選擇、解決途徑等，留給學生課后進行討論學習，既能啟發思維，鍛煉嚴謹的態度，又能培養合作意識。在課堂尾聲，學生需要對自我學習表現進行評價和對他人表現進行評價。學生的自評與互評有助于他們反思、總結自己的優缺點，而教師要學會采用評價的方式對學生進行鼓勵和肯定，兩者結合有利于促進新型教學模式在精密機械學科中運用成效的提升。

（三）課后環節的安排

慕課+翻轉課堂的課后環節不再布置過多的課后習題，而是根據學生課前準備情況、課堂討論效果來布置課后作業。學生可以采用慕課網絡平臺的課程討論區及微信群來反映學習中遇到的難題，通過百度、小木蟲等方式尋求解答，保證教師可實時掌握學生的學習情況。如果條件允許，教師可以在講解的基礎上，帶領學生去精密機械現場進行觀摩，鼓勵學生參與機械設計相關的科研創新項目，將教師的科研項目或創新項目引入精密機械課程教學中，使學生能夠在科研中主動發現問題、分析故障原因、提出自己的想法。與理論課相比，學生更愿意在實踐中進行學習，并在參與的過程中能夠深入地理解所學的理論知識，而不是紙上談兵，有助于教學效果的進一步提升。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全過程。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.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.課堂上小組討論以及回答問題的表現;3.課后小測試以及期末課程論文的完成情況;4.課后實踐探索、理論聯系實際的能力。這一新的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，能夠全面反映學生的綜合素質。

四、結語

基于“互聯網 +”的線上與線下教學相結合的模式，有助于教師在課堂上培養學生的獨立思考和創新能力，也提高了學生團隊協作與開拓進取的意識。它是教學改革的一種有益嘗試，促進了教師教學方法的改革與教學質量的提升。慕課+翻轉課堂的教學模式也可應用于其他工科相關專業，提高工科學生的整體素質，建立一種新型的師生教學關系。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 許有熊.關于精密機械學基礎課程的教學探討[J].科教文匯（下旬刊），2012（12）：60-61.

[2] 馬惠萍. 加強學生創新能力培養的“精密機械學基礎”課程教學研究與實踐[A]//黑龍江省高等教育學會.深化教學改革·提升高等教育質量（上冊）[C].哈爾濱：黑龍江省高等教育學會，2015：338-342.

[3] 張文霞，宋微.基于“互聯網+”的教學模式實踐與探索[J].產業與科技論壇，2016（1）：187-188.

[4] 吳忠良，趙磊. 基于網絡學習空間的翻轉課堂教學模式初探 [J].中國電化教育，2014（4）：121-126.

[5] 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.

[6] 許賢澤，徐逢秋，魯興. 精密機械設計MOOC+翻轉課堂教學模式研究[J].大學教育，2020（6）：60-62.

[責任編輯：劉鳳華]