《機械制造裝備設計》課程翻轉
——課堂教學模式探索與實踐

李永強

（蘭州理工大學技術工程學院，甘肅 蘭州730050）

1 翻轉課堂教學模式分析

1.1 背景分析

翻轉課堂是指利用現代教育技術與手段將教師授課全部資源實現在線教學平臺覆蓋，學生基于網絡平臺進行線上學習與交互，同時以線下的師生定期交互為補充，實現知識內化的一種教學形態[1]。作為改革傳統教育教學模式的一種方法和措施，翻轉課堂近年來在各階段教育教學過程中的應用日趨廣泛。

國內教育界對翻轉課堂教學模式及相關形式的教學引入及應用的研究與分析關注較多，如微課、慕課、精品課程在線等主流形式[2]。卜彩麗、孔素真等人基于中國知網的平臺數據從文章數量、期刊分布、高產作者、高被引論文、研究主題、研究熱點六個維度，定量分析了我國翻轉課堂的研究現狀和特征[3]。從數據的分析結果來看，近幾年翻轉課堂教育教學模式在高等教育領域，尤其是工程應用類專業領域已成為一種主流的課程教育教學改革模式之一，同時，隨著高等工科教育學校類型和層次面向性的不同，在基本構架類同的前提條件下，開放性和多樣化的研究與實踐初露端倪，對課程體系的建設和教學的過程與效果產生了一定有利的影響。

1.2 教-學角色的功能重定位

從教育教學體系的來分析，美國研究者Noora－Hamdan等認為翻轉學習的四個要素分別是：靈活的學習環境、以學生為中心的學習文化、精心設計的學習內容、專業能力強的教師。南京大學張金磊認為翻轉課堂教學模式的關鍵因素包括：教師角色、教學視頻、個性化協作式學習環境、課堂活動設計[4]。

第一，教師全方位教學服務的凸顯。翻轉課堂將“以教師講授為中心”的導向性教學模式變成了“以學生有效獲取知識和應用訓練”的自發性交互學習模式。教師從傳統課堂中的學習指導者和促進者變成了教學資源交互平臺的設計者和服務者。

第二，自主學習方式的回歸。一方面，學生獲得了在一定學習時段內的學習自主分配權限，利于學生個性化的學習方式選擇和時間分配；另一方面，學生需要面對數倍于傳統課程教學模式下知識體量的認知、消化和再組織，以把教學內容內化成自己的知識和能力。

第三，教-學各自工作重心的革新。教師將教學構架和設計的重心傾注在課下教學資源平臺的建設和服務。學生將學習的重心集中到了基于教學資源平臺的自學、總結和拓展。授課階段的主旨是師生就重點和爭議觀點交流、學習成果交流和學習效果展現。

1.3 教學過程的重新構建

從教育教學的執行與過程來分析，翻轉課堂關注的核心問題在于如何通過教學過程的系統化完成所搭建教學資源平臺對學生知識內化的高質量轉化。因此，在過程中如何服務和評價對學生主體性的充分發揮至關重要，這需要對學習的服務過程重新構建。

第一，面向單元知識體系和資源的構建和組織。教學內容的拆解最終以知識點的單元模塊體現。以教學目標實現為結果導向，背景知識的交代，與前后知識體系的關聯，重點內容的分析、拆解與展現，認知思路和方法的梳理、展示，應用案例的列舉與剖析，拓展資料的建議等系列內容最終通過各單元知識體系聯合在一起。

第二，學生自主學習的預期、規劃和實現。獨立學習能力是學習者應該具備的重要素質之一[5]。翻轉課堂教學質量的保障建立在學生一定自學能力的基礎之上，教師對學生資助學習能力培養和提高的導向和督促需面向課程學習的全過程。

第三，學習團隊作用的發揮。協作學習是個體之間采用對話、商討、爭論等形式充分論證所研究問題，以達到學習目標的途徑。團隊學習是翻轉課堂另一個核心的基礎，學生在學習團隊中對目標知識的觀點認知、學習方法及應用交互是必要的，是獨立于于教師提供資源平臺學習的另一種重要途徑。

第四，學習成果的交流與反饋評價。學生經過獨立探索和協作學習之后，必要的展示是成果的交流與反饋評價的有效途徑，形式可多種多樣，如現場展示分析、觀點辯論及應用拓展案例等。

2 課程體系的構建及教學資源建設

以蘭州理工大學技術工程學院機械設計制造及其自動化專業機械制造裝備設計課程為例來分析和說明。

2.1 課程內容是選擇

機械制造裝備設計是機械設計制造及其自動化專業的核心專業課程，課程內容以金屬切削機床、工業機器人等制造裝備的總體設計、動力與傳動設計、核心及典型零部件系統及輔件設計為載體，分析和探討對于機械制造裝備從整體到局部的通用、專業設計方法和思路，也以此為基礎向通用裝備的設計拓展。隨著“工業4.0”、“中國制造2025”等工業理念的持續改革與推進，面向智能制造的發展趨勢，傳統制造裝備與現代制造裝備傳承及共性的方法與思路，優化及改進的方法與思路，基本的設計與計算理論等，都是本門課程所關注的內容。

2.2 課程資源平臺的建立

（1）基礎性教學資料的提供

基礎性教學資料包括：課程學習指南、課程學習背景素材、課程教學單元體系構架等導學性課程資料，課程教學大綱、教案和講稿等規范性課程文件，以及教參資料和教學團隊支持與服務相關的信息。

（2）教學視頻的組織

教師細分教學單元錄制的教學視頻是課程資源平臺建設和組織的重心，其主要包括教師對單元教學目標設定的體現，內容的組織與講解，經驗與方法的細化，案例的應用與分析，以及根據學生學習層次定制的多層次針對性解析等。綜上所述，教學視頻應具備傳統課堂講授模式過程中的全部內容，甚至包含對學生提問和導向性問題的設定。

（3）在線針對性助學內容的提供

作為對教學視頻的有效補充，基于課程學習平臺，一方面，關聯設置一些如概念性問題、簡單推導及易混淆問題的正誤判定等不同類型的題目，是有助于學生判研學習效果的。另一方面，基于教學經驗的積累，對經驗性的敏感教學點（如往屆學生集體性或有特點的誤區、難點等）設定的學習材料是有必要的。

（4）全方位的學習支持體系的構建

師生主體在日常登錄課程學習平臺的時段及終端條件差異影響，學習平臺上功能完善的實時交互功能的使用不能滿足全方位的需要。第一，教師團隊面向班級或學習小組單獨搭建主流的網絡實時通訊平臺（如QQ群和微信群）是必要的；第二，師生電話或面對面答疑的時間和頻次應保障；第三，學習小組內部必要的交流和成果展示分工等時間和頻次需充分考慮；第四，基于特定教學內容的生產或實驗現場觀摩安排是必要的。以上，甚至更多的形式有效保障了學生學習支持體系的構建。

（5）提供拓展性資源

課程翻轉的學習模式，勢必會有效調動學生自主學習探究的欲望。尤其對部分優秀的學生，在獨立探究或協作學習階段，往往會觸及到更深、更廣的知識內容。通過向學生提供國內外院校、研究機構、企業的公開課、研究成果及相關技術信息，可以開拓學生知識范圍，提升學生的行業視野，甚至培育科研和技術應用基礎，實現分層次培養。

3 課程應用成效及改進

3.1 課程應用成效分析

課程的教學實踐自2016年起至今，以學生最終考核成績做參考（隨機取樣學生數均為40），同年同級橫向比較如圖1所示，試點班級按年度縱向比較如圖2示，從比較結果來看，翻轉課堂教學模式對該課程的學習成效提升促進作用明顯。

圖1 學生成績同年同級橫向比較

圖2 試點班級按年度縱向比較

3.2 教學改革應注意的問題

（1）發揮教師的學習調度與督導作用

在線上，網絡學習平臺使用最大的優勢之一是數據統計和分析的及時性，教師對各教學單元所提供教學資源可作明確的任務要求、時間節點控制以及質量評價。基于平臺的數據統計和反饋，及時發現學生學習過程中出現的問題，及時調整和導向是過程管理和服務至關重要的一環。

在線下，面向集體或小范圍的學習交互與成果展示過程中，問題發生的隨機性較大，如問題表述或分析的不全面，出現重大理解偏差或者結論困難及異常等問題。教師團隊現場問題的糾錯和導向機制建立需基于經驗充分準備。

（2）注重過程性與形成性考核

根據課程性質的不同，考核方式不同，機械制造裝備設計設置為考試課程，課程最終成績由形成性考核（過程考核40%）和終結性考核（閉卷考試60%）兩部分組成。其中，針對學習過程的考核和判定對學生學習的促進作用占據主導。

在課程教學的實踐中，課程的過程性考核面向兩方面，六個部分：

在線下綜合方面的考核包括出勤（20%）、作業（10%）、發言者交流討論過程的綜合表現（20%）。在線學習方面的考核包括視頻觀看的完整性和及時性（20%）、學習與討論總結資料（20%）、在線作業與小問題完成（10%）。

（3）保障動態成績管理的時效性

形成性考核各項組成的成績管理嚴格按照教學進度進行控制與導向。如線下綜合包含的各項成績每周評定并記錄一次，即時上傳系統，最后取各自加權平均值；如在線學習各項按標的的時間節點控制，系統自動提醒、評定和記錄。

4 結論

第一，通過對翻轉課堂教學模式在應用技術大學專業課程教育教學方面的實踐進行研究綜述分析，表明該模式在工程教育課程教學改革領域研究及應用廣泛。

第二，以翻轉課堂教學模式在“機械制造裝備設計課程”的實踐應用為例，發現在課程應用體系構建和課程應用成效及改進方面，翻轉課堂教學模式對提高學生最終學習成效具有一定的作用和意義。