基于中試和實踐基地的機械基礎課程“翻轉課堂”教學探索

鄧紅 孟永宏 趙武奇 黃小麗

摘要：機械基礎課程是一門對工科學生的動手能力、理解能力和實踐協作能力要求較高的專業技術基礎課。為了培養師范大學食品工程學生的實踐動手能力，發揮個人學習的積極性和潛能，在學校已有中試試驗室和實踐基地的基礎上，將翻轉課堂教學模式引入該課程的部分教學過程中，增加學生課堂參與互動和課前課后實踐認識時間，了解真實工作場景，轉變教師學生角色，以培養學生終身學習的能力，實現新模式下學生學習方式的改變和工科素質能力的提高。

關鍵詞：機械基礎；工科；實踐；翻轉課堂；教學

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）48-0177-03

作為影響當代課堂教學質量和效果的重大技術變革之一，翻轉課堂（Flipping Classroom Model，以下簡稱“FCM”）教學模式在美國的出現和成功施行[1]，得到了世界范圍內的熱烈響應和廣泛實踐，成為近年來全球乃至中國教育界關注的熱點。

目前，翻轉課堂并無嚴格定義，有學者[2，3]認為“翻轉課堂是一項包含課堂內交互群組學習活動和課堂外基于計算機的個性化教學的教育的技術”，而中國國內學者普遍認同的是“翻轉課堂就是由教師創建視頻，學生在家中或課外觀看視頻講解，回到課堂上師生面對面交流和完成作業的一種教學形態[4]?！?/p>

雖然翻轉課堂教學模式引入中國時間不長，但大量實踐研究數據顯示，通過這種FCM模式的實施，課堂教學質量和教學效果得到大幅提升，學生的學習興趣及能力得到加強[5，6]。這種基于“慕課”（Massive Open Online Courses，簡稱MOOCs）[7，8]、強調“互動與反饋”、倡導建立“在線學習社區”的教育方式和理念，將理論教學和實踐鍛煉融為一體并相互促進的方法，對于師范大學工科“機械基礎”這門實踐性強、理論知識點相對集中的專業課程的教學改革極具借鑒意義和應用價值。

此外，隨著網絡技術與通信技術的不斷發展，“微課”也應運而生，為微型化、移動化和碎片化學習提供了一種新的形式和途徑[9]，并成為當前我國教育信息化資源建設重點和研究熱點；微課在激發學習者的學習興趣、保持學習過程中的注意力方面有很好的效果，也值得本課程采納和應用。

“機械基礎”是食品工程專業一門重要的理論與實踐并重的技術基礎課程[10，11]，主要包括工程力學基礎、機械零件常用材料與熱處理、常用傳動機構等內容，通過該門課程的學習可以使學生具備一定的機械基礎理論知識和技術應用能力，為學生從事工程、制造等相關工作打下基礎。

正是由于本課程的實踐性強且理論知識點相對集中，更有必要開展翻轉課堂教學模式改革?？紤]到全部內容進行翻轉課堂教學的備課工作量非常大而教學時間又有限的問題，本研究在已建成精品課程網站的基礎上，進一步完善教學視頻，建設微課資源，并選取了連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、帶傳動等部分內容實施翻轉課堂教學，利用學院的校內中試試驗室和與企業聯合建成校外的教學實踐基地探索機械基礎專業課程的“翻轉課堂”教學模式，以實現新模式下學生學習方式的改變和工科素質能力的提高。

一、完善課程教學資源，提高課前學習的效果

由于“翻轉課堂”教學模式需要學生在課前通過各種媒體形式（如智能手機、電子書包、平板電腦、電子課本等）進入學校的教學資源平臺來在線觀看教師創建的視頻等資源，以完成機械基礎知識點的學習，所以特別需要制作包括教學內容、重點分析、例題解答等短小精悍的微課資源來滿足學生可多次重復觀看且不受時間和地點的限制的學習要求。微課是以闡釋某一知識點為目標，以學習或教學應用為目的的創新知識載體形式，微課是實現翻轉教學的理想載體，更是實現優質教學資源整合共享的有效方式[12]。

本課程在已有的講授每章教學內容視頻基礎上，將連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、帶傳動各章按照知識點分成不同小節制作5～10分鐘的微課視頻[13]，按照“問題引導”、“觀看視頻”、“問題解決”的課程設計來講解每節課程內容并分析重點難點，在內容的講解上力求循序漸進、知識體系清晰完整且通俗易懂；同時配套錄制課后練習、例題解答、實際應用等內容的微課視頻；也可采用借鑒共享或購買其他一流大學機械相關內容的慕課（MOOCs）資源的方式來豐富“機械基礎”課程教學。

以“四桿機構”為例，根據教學目標，利用實際生活和生產中的例子（如縫紉機、起重機的吊臂等）錄制機構運動視頻，引入平面四桿機構的基本構成，激發學生的興趣；在此基礎上制作平面四桿機構的三種基本類型（曲柄搖桿、雙曲柄、雙搖桿）與判別方法的三維模型（學生可操作該模型來完成四桿機構知識點的學習），最后再錄制平面四桿機構三種基本類型在生產生活中的應用實例（破碎機、雨刮器等）及滑塊機構等的微課視頻。學生在課前學習中將不懂或難以理解的內容（比如四桿機構的演化）及時通過網絡討論學習平臺反饋給教師或記錄下來，為課堂教學的討論和重難點解析做好準備。課程改革就是通過案例教學、教師點評與分析、微型教學視頻等緩解工科專業課程學習比較枯燥的問題，通過引進高水平的慕課資源來強化知識點，以很好的完成目標任務。

當然，制作出對學生吸引力大的專業知識微課視頻是本課程改革成功的一個關鍵問題，需要與我校新傳院其他錄制、剪切、排版等專業的教師通力協作才能完成。同時要進一步考慮到移動終端的特點，可進行專門的基于APP的移動學習方式的教學視頻開發，以便更好地發揮現代信息技術的優勢。

二、利用中試試驗室認識實習，加強學生對機械設備的感性認識

由于師范院校工科專業學生的實踐機會少，所以食品專業學生非常缺乏對常用機械的感性認識；加上本身的識圖能力不熟練，所以“機械基礎”的學習對大多數學生而言還是比較困難，盡管課程有教學視頻相關的三維模型包等資源可供學生下載，但遠不及實地學習來得直接生動和印象深刻。

本課程在課前帶領學生參觀食品工程中試試驗室，利用學院建設的蘋果濃縮汁傳統與創新工藝生產線、酸奶和純凈水生產線、果醋果酒發酵與焙烤食品生產、茶多酚等天然產物提取單元操作、冷凍冷藏庫等認識相關章節的主要設備以及運行過程，并在后續參與各種食品產品生產的過程中鞏固機械設備理論知識。

以帶/鏈傳動為例，課前參觀認識蘋果加工生產中試線上的原料帶式輸送機、帶式壓濾機、冷破碎設備等，現場講解工作原理，認識不同材質與型號皮帶的類型，同時錄制設備運行微視頻供學生觀看、自學，并通過“在線學習社區”將問題反饋給教師，進行課外線上的“互動與反饋”。在課堂的教學中集中回答學生提出的問題，有針對性的對部分知識難點進行透徹講解，可舉例說明，以使學生完全理解；再通過測試等方法鞏固知識點。通過這樣的課前課中學習，可增加師生的交流和探索，解決學生自學所無法理解的問題，提高課堂效率[14]。

三、提前進入實踐基地認識實習，提高學生對機械設備的理解和應用能力

針對學院實踐性教學環節時間安排在大四，與實際教學時間存在不一致的問題，本研究引入了課程實習認識環節，利用周末無課時間將學生分組分批由教師帶領到學校周邊的實踐基地——不同的食品機械設備制造工廠或大型食品加工企業（如三角防務機械設備公司、西飛公司、雨潤食品、方欣肉制品公司等）進行認識實習，使學生對金屬切削加工、熱處理、精鑄生產線、檢測設備、機械傳動、常用食品加工機械等有了比較深入的了解，更好的理解課堂講授的基本理論知識。實習中，學生們采用了看、問、親自動手等方式，真正領悟到“學無止境”的內涵。同時，課程還邀請西安鼎合機械制造公司技術工程師在課堂舉辦食品生產設備制造專題講座，就果品加工、糧油加工等常用機械設備實際問題進行討論交流，這種面對面的知識碰撞對學生的學習興趣產生極大的沖擊，增強了學生理論聯系實踐的想法，也拓寬了學習的視野。

這種課后真正到達機械制造業第一線的認識實習，不僅使學生對理論有更透徹的理解，還了解了制造業的發展狀況、發展趨勢和發展方向，對于21世紀機械制造業的全球化、網絡化、虛擬化、智能化以及環保協調的綠色制造等方面的認識給學生一種英雄大有用武之地的自豪感。這些活動同時也使學生了解到優秀的企業理念和文化的實質含義。

古云：“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。通過調整實踐時間和場所，增加課前課后實踐認識時間，利用實踐性教學環節，將課堂教學與實踐認識相結合，一方面會使學生認識到自己所學知識的膚淺和專業知識的匱乏，激發起學生求知欲，另一方面這種教育方式能夠更好地運用所學知識，在實際應用中對理論的廣度與深度也掌握的更全面[15]。

當然，在機械基礎“翻轉課堂”的教學中，課堂除了解決課前的疑惑，也非常注重課堂知識的內化與學生問題的分析解答。除了采用動畫演示、情景模擬外，更以案例分析的形式檢查課前知識學習情況，重視創立一種以“小組合作、任務驅動、自主學習”的形式展開研究與討論，用實際應用案例布置學習任務，調動全體學生的積極性，讓每一名學生都參與到課堂討論中；并積極引導學生創新性思考和進行深層次的討論，鼓勵每個學生積極發言、展示，將課堂互動引向更高層次，達到知識掌握與應用的有機轉換。課后整理主要的問題與分析解答，編輯總結學生課堂成果展示，將其分享到學習平臺或微信、QQ群等，使課前、課中、課后學習系統化。利用慕課、微課等建立“在線學習社區”和學生利用QQ等工具進行課外線上的“互動與反饋”，更利于發展學生深層次認知能力，提高學習效率。

同時，改革學生課程成績考核評價也勢在必行。本課程將逐步建立和完善“評價主體多元化、評價內容實踐化、評價形式多樣化、評價指標定量化”的學生成績評價體系。本課程的評價主體為四個，即任課教師（權重45%）、實習實訓指導教師（權重25%）、學生自評（學生間互評，權重20%）以及企業行業專家（權重10%）。學生課程成績評價分為終結性評價20%、過程性評價60%和創新能力評價20%三部分。這種新的評價體系注重能力評價，使評價體系由靜態評價走向動態評價，有利于教學質量和學生工程能力的提高，更好地體現翻轉課堂的效果。

總之，通過翻轉課堂的實踐，增加了學生課堂的參與互動，大大提高了學生的學習效率，增強了他們的學習興趣，教師的指導更具有針對性，真正實現了機械基礎課程的分層教學和個性化教學。通過中試試驗室和校外實踐基地的認識實習，理論聯系實際，教會學生如何利用書本以外的知識，不僅拓展了知識面，還大大提高了分析問題和解決問題的能力，為畢業環節的生產實習和學生核心能力的培養打下了良好基礎。

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