“機械基礎課程設計”翻轉課堂教學模式探究

陳小芹 謝志剛

(汕頭職業技術學院 機電工程系，廣東 汕頭 515078)

裝備制造業在產業升級過程中急需掌握專業理論知識和操作技能的復合型人才，因而也對高職教育教學改革及其創新提出了更高的要求。“機械基礎課程設計”作為培養學生裝備設計與制造能力的核心課程，是對機械制圖、計算機輔助繪圖、工程力學、金屬工藝學、機械設計基礎、電機拖動等多門課程的綜合運用和知識整合，既培養學生創新設計理論能力，又鍛煉學生繪圖等操作能力。然而，高職學生普遍學習自覺性差且綜合能力較弱，他們在集中課時內完成課程設計的學習質量。如何使學生既能分階段、按計劃逐步推進課程設計，又能通過任務驅動、知識回顧來反復夯實基礎，進而高質量地完成教學是任課教師普遍面臨的難題。

“翻轉課堂”是在信息化環境中，教師提供以教學視頻為主要形式的學習資源，學生在上課前完成對教學視頻等學習資源的觀看和學習，師生在課堂上一起完成作業答疑、協作探究和互動交流以及課后復習的一種新型教學模式[1-3]，如圖1所示。將翻轉課堂的教育理念引入“機械基礎課程設計”中，將學習內容模塊化、學習時間階段化，使學生充分利用課余時間完成大量的資料查閱、設計計算及繪制草圖，逐步取得階段性成果，從而增強學生學習的自信心和成就感，也獲得學習的樂趣。本研究結合“機械基礎課程設計”教學的特點，進行了翻轉課堂模式的探索，通過多年的教學實踐，在教學計劃進度內容實施等方面與理論教學有機融合，激發了學生的學習興趣，取得了比較好的教學效果。

圖1 翻轉課堂教學模式

1 翻轉課堂教學設計與實踐

1.1 課程內容和課時安排

“機械基礎課程設計”以皮帶式輸送機傳動裝置的設計為題,對高職學生而言，該設計任務具有一定難度，指導老師可以通過科學分解設計內容使復雜問題簡單化，用翻轉課堂任務單逐步引導學生學習,以確保任務完成質量。首先根據該課程總體教學目標，將教學任務分解成傳動方案的確定、電動機的選取、傳動比的分配、運動動力參數的計算、皮帶傳動設計、齒輪傳動設計、軸的設計與校核、軸承聯軸器的選取與校核、潤滑方式的確定、減速器箱體設計等十個單元目標，然后再根據每個單元的特點進行具體的翻轉課堂教學設計。

在翻轉課堂模式教學時間安排上，將“機械基礎課程設計”從原來的1.5周(42學時)集中課程設計變為7周(2學時/周)教學與設計結合、1周實訓，集中時間編寫設計說明書、繪制裝配圖及零件圖、答辯及總結等，但總課時不變。在任務布置上，與相應學期開設的“機械設計基礎”教學進度及教學內容緊密配合，如表1所示，強化“學完即用”，及時鞏固學生所學知識點，深化對機械設計的認識。開展“機械基礎課程設計”要求學生必須掌握機械設計的常用機構和傳動形式等基本知識，因而從時間節拍上選擇理論教學完成帶傳動并介紹了齒輪傳動之后，作為開始課程設計時間的切入點，即第10周開始第一次課程設計課，布置任務，介紹總體設計思想及設計內容，對學生進行分組，選出組長，一般4～5人一組，每組原始參數不同。

表1 “機械設計基礎”理論教學與課程設計教學安排

1.2 課前知識傳遞

翻轉課堂是“以學生為中心”的課堂教學模式，是對傳統的“先教后學”的翻轉，尤其強調學生學習的自主性，這就要求教師提供豐富的學習素材，如圖2所示，并下達詳細的翻轉課堂學習任務單，幫助學生確定每一階段自主學習的內容、目標和方法，對學生的課前學習加以引導[4]。作為知識傳遞載體的網絡資源庫，除了建立理論教學素材，進行相關課程知識點講解及設計易錯點外，還包括提高學生繪圖能力和工具軟件運用能力的技能素材。同時，為了給學生以生動直觀的認識，該課程還注重電動機、帶傳動、齒輪傳動、軸承與聯軸器、密封與潤滑等結合實際生產的視頻收集及整理，這些素材均以短小精悍為特點，以強化認知為目標，把抽象的知識傳授變成了形象的展示及描述。豐富的語音圖像視頻不僅降低了學習難度，而且增加了學習的趣味性，使學生可以充分利用課余的碎片時間在手機、電腦等終端設備上瀏覽學習。學生在課前按照任務單完成相應單元的線上學習，然后完成相關內容的同步設計和計算，并將設計計算過程中遇到的疑問記錄下來，通過師生交流平臺或課堂上直接提交給指導老師，從而真正實現“以學生為主”的課堂翻轉。

圖2 教學素材庫

1.3 課堂知識內化及檢驗

為了更好地實現知識內化，培養團隊協作解決問題的能力，課堂上教師先安排學生進行組內和小組之間的設計方案展示、交流與討論，讓他們共同尋求解決問題的辦法。同時，教師根據學生問題解決的實際情況進行實時點撥、引導、歸納和總結，對普遍性問題進行集中講解，對個別問題進行單獨輔導，并將出現的問題進行記錄和整理，為建立和補充問題解答視頻庫做準備。此外，對每位學生階段性課程設計的計算數據進行檢查也是指導老師的一項重要工作內容。為了提高課堂檢查和答疑效率，指導教師利用電子表格公式編輯器對設計流程中的公式進行編輯，根據各組參數計算全部數據以便于核對，局部示例如表2所示。當然，為了培養學生的工具軟件操作能力，教師也應鼓勵學生在課程設計的計算過程中充分利用電子表格的計算功能。

表2 計算數據課堂核對

1.4 課后知識固化及補充

學生課后根據討論結果，修改設計方案，調整相關設計參數(如傳動比分配等)，并重新計算及校核，然后根據計算數據繪制零件圖，如齒輪、軸、箱蓋和箱體等，在此基礎上繪制裝配圖，同時注意標準件(軸承、平鍵、螺栓等)的選擇，尺寸標注要符合經濟精度。遇到薄弱環節時，學生可及時登錄網絡資源庫進行查閱復習，通過不斷完善細化來實現對多門課程知識的鞏固和強化。翻轉課堂實施2～3周后，教師要反思并自查教學質量，當實際的教學效果與課程預期效果存在差異時，教師要分析原因并提出持續改進方案，并根據學生學習情況做好平時積累工作，如錄制學生普遍存在的共性疑難問題的解答微視頻，以及不斷補充更新學習素材庫。

2 翻轉課堂教學中的關鍵環節

2.1 分組與組長

翻轉課堂教學以小組為單位，為便于課后學習討論，以宿舍為單位自主組建設計團隊或學習小組，不僅可以創造良好的學習氛圍，也便于合理利用課余時間，協同一致，分工合作[5]。組長對課程設計的順利開展及完成質量發揮著非常重要的作用，對本組同學來說，組長是領頭羊，他帶領本組同學進行各個環節的設計計算；對老師來說，組長是小幫手，負責匯報本組課后學習的完成質量，各個組員的進展情況，并收集反饋本組的設計問題，使指導老師課上答疑解惑更具針對性,以提高課堂效率。組長的工作需要組員的支持和認可，組長要學習認真、工作負責,善于并樂于和同學老師溝通及組織本組進行學習活動。在確定組長這個環節中，要遵循同學自選和老師把關相結合的原則。在教學過程中，會有個別組員不參與課前學習，抄襲他人設計計算，無法實現知識內化，企圖蒙混過關等現象，這是在翻轉課堂分組教學過程中極易出現的重要問題，指導老師需要及時發現并及早教育這些同學。

2.2 師生互動

現代通信技術的發展使師生的溝通交流打破了時間、空間的限制，不再局限于課堂上面對面的教學形式，師生可以通過微信群、QQ群隨時進行交流探討，這也意味著教師的指導擴展到了課堂之外，為翻轉課堂教學模式的開展提供了交流平臺。通過這些平臺教師可以上傳教學資料，以視頻、圖片形式實時檢查設計情況，學生也可以在這些平臺上提出疑問并獲得解答。有些學生在課前使用手機或電腦等終端設備完成預習、視頻學習時容易受到外來干擾，注意力不集中、不夠專注，進而導致學習效率不高、學習效果不佳[6]。因此,多媒體素材展示時間以5分鐘左右為宜，這樣使得學生利用碎片化時間完成學習，最大程度保持精力集中，提高學習效率。

2.3 成績評定

課程設計成績評定不同于卷面考試，指導老師主觀片面性會對評定造成一定干擾。基于翻轉課堂的課程設計成績評定要考慮翻轉課堂的特點，要將課前自主學習作為一個重要環節納入成績評定。課前自主學習直接體現在設計完成進度和課堂討論上，因此課程設計成績評定實行過程評價和結果評價相結合原則，他分為出勤情況、設計計算完成進度、分組討論活躍性、設計說明書、裝配圖、零件圖質量、答辯表現七個環節，評分比例如圖3所示，他對學生整個學習過程細化考核，而不是憑最終上交的設計資料評定課程設計成績[7-9]。這有助于培養學生的組織性、紀律性和良好的學習習慣，激發同學們參與討論、展示自我的積極性，能更好地控制學習質量。

圖3 成績評定分配

3 結語

在實現產業升級背景下，為培養社會急需的掌握設計理論和操作技能的復合型人才，學校采用翻轉課堂模式開展了“機械基礎課程設計”教學。通過多年的教學實踐，教師們將“機械基礎課程設計”內容模塊化、階段化，通過翻轉課堂任務單借助豐富的網絡教學資源庫，將復雜問題分解使之簡單化，逐步引導學生完成設計任務，增強了學生學習的自信心和成就感，激發了學生化被動為主動的學習興趣，提高了學生利用所學知識解決問題的能力，大大提高了學習效果，同時也充分培養了學生的團隊合作能力、專業素養。