移動學習平臺和翻轉課堂在機械設計基礎教學中的應用

孫建芳,黃 平,劉小康,徐 曉,胡廣華

(華南理工大學 機械與汽車工程學院，廣州 510640)

0 引 言

《教育信息化十年發展規劃(2011—2020年)》指出，高等教育信息化是促進高等教育改革創新和提高質量的有效途徑，是教育信息化發展的創新前沿[1]。移動學習和翻轉課堂作為新型的信息技術教學途徑[2-8]，教師把知識傳遞的過程放在教室外，讓學生選擇最適合自己的方式接受新知識，而把知識內化的過程放在教室內，通過學習流程的改變，拓展學習的時間和空間，調動學生的積極性和參與性，從而達到更好的教學效果。

機械設計基礎課程作為機械類和近機械類專業的一門重要技術基礎課程，是培養學生綜合設計能力、創新能力的重要環節。機械設計基礎課程具有門類多、關系多、要求多、公式多、圖表多等特點，學習者必須具有較強的自主學習能力，才能較好地掌握常用機構和通用零部件的工作原理、運動特點、結構特點以及設計計算的原理和方法。這將為機械設計基礎的教學提出新的需求，移動學習和翻轉課堂為機械設計基礎教學改革提供了一個新的思路。本文結合機械設計基礎的課程特點，配合我校機械設計基礎國家級精品共享課程建設，提出了基于移動學習平臺和翻轉課堂教學模式的實施方案，并在機械設計基礎課程教學實踐中引入翻轉課堂教學模式，極大地提高了教學質量。

1 存在問題

目前，機械設計基礎課程教學中普遍存在以下幾方面的問題：

(1)缺少預習環節。在機械設計基礎課程教學中，尤其是近機械類專業的學生缺乏工程力學和互換性與技術測量等先修課程的學習，如果沒有預習環節，學生對先修知識、已經授課內容的掌握程度和即將學習內容的個性化需求，在學生和授課老師之間是一個斷層，這必將導致教學效果大大降低。

(2)教學模式單一，缺乏對學生自主學習和獨立解決問題能力的培養。機械設計基礎課程教學內容主要包括平面連桿機構的分析與設計、傳動機構的設計、軸系零件的設計等多個模塊，傳統的“講授教材加學生作業”的教學模式，教學手段單一，學生學習思維處于相對被動接收的狀態，并無法滿足學生個性化的學習需要，導致課堂教學質量下降；另外學生主觀能動性得不到發揮，導致學生無法用理論知識解決機械設計實際問題。

(3)考核方式單一。“機械設計基礎”課程的考核形式目前主要考慮到課率、平時作業、期中考試和期末考試等因素，但平時作業的抄襲現象比較嚴重，且學生平時不復習期末臨陣擦槍、突擊應付考試的現象嚴重，教師在平時教學中無法及時、準確評估學生對所授知識的掌握情況，大多數情況下以期末成績占大比重進行最終成績評定，形成了“重結果，輕過程”的評價體系，并導致學生缺乏用批判的眼光去發現問題、認識問題和解決問題的能力。

當前我國高校教育在大學生自主學習能力培養上略顯不足，大學生自主學習意識薄弱，缺乏正確的學習策略選擇能力和自我監控與評估技能[9]。另外，學生使用的各類精品課程、精品資源共享課、資源庫等網絡資源利用率不高，且傳統基于網頁、紙質的學習資源已經無法滿足學生或工程技術人員對機械設計基礎課程的移動學習和自主學習的需要，因此，進行基于移動學習平臺的“機械設計基礎”課程翻轉課堂教學模式的研究，對有效地促進學習者個性全面發展、培養大學生自主學習能力和創新思維能力很有必要。

2 基于移動學習平臺和翻轉課堂教學模式的實施方案

為了保證學生自主學習的有效進行，基于移動學習平臺和翻轉課堂教學模式的具體實施方案如圖1所示。“課前知識傳遞——課堂知識內化——課后知識鞏固與拓展”的各個學習環節基于移動學習平臺和教室完成，將教師從主導知識傳授轉化為引導和參與課程學習的角色，并為學生提供學習策略制定、學習情境創設、學習策略選擇與調整、學習監控與自我評價等自主學習環境。

圖1 基于移動學習平臺和翻轉課堂教學模式的具體實施方案

(1)課前知識傳遞。課前知識傳遞主要包括教師資源建設與學生自主預習兩個過程。課前教師在分析教學目標的基礎上，針對學生特點和層次，進行資源建設，具體包括設計學習任務單、制作微課、制作PPT、布置小組任務、設計自測練習和設計答疑討論等。其中微課視頻學習資源的重要組成部分，好的微課資源可以提高學生的學習興趣，引領學生按照教師的思路學習相關課程內容，通常微視頻制作時間力求短小精悍，每個視頻不超過10 min，數據容量不宜過大。

自主預習是指學生自主地制定學習策略，通過問題和任務有的放矢地選擇學習資源進行課前自主學習。學生在課前預習中分析自己的學習過程，反思預習內容，找到薄弱環節，明確下一步的學習目標，便于課間發現、探索、交流和分享。教師及時了解、掌握并解決學生課前預習中遇到的問題，以便在課堂上能有針對性地進行答疑解惑。

(2)課堂知識內化。翻轉課堂中學生發揮主體作用，通過課堂活動達到知識內化最大化。教師對收集到的學生在課前預習遇到的疑難問題，有針對性地進行講解，提出一些有探究價值的問題供學生進行討論，或布置具體的實踐活動任務，將學生4～ 6人分成一組進行小組協作討論，培養學生自主探究或相互協作、相互學習精神。然后，教師在課堂上進行個性化輔導、答疑、監督巡視討論過程，并進行小組成果展示，異組間進行互動答疑。最后，教師針對學生在實踐活動或自主探究中的共性難點問題進行解答、總結。

(3)課后知識鞏固與拓展。通過課堂教學參與度實時記錄學生學習狀態數據，以課后測試、平時作業和期末考試等考核方式，對學習做出全面而及時的學習評價和反饋，方便學生及時掌握自己的課程信息、適時調整學習策略。另外，針對每組知識點設計的創新拓展類實踐任務，使學生已掌握的知識遷移到新的情境中，對真實情境中的問題做出決策并解決，促進已學知識的進一步固化、拓展與升華。

3 基于云教學翻轉課堂的教學實踐

依托藍墨云班課平臺[10]，采用翻轉課堂教學模式，有效完成機械設計基礎教學中課前知識傳遞、課堂知識內化和課后知識鞏固與拓展3個環節。

在課外知識傳遞環節中教師按“學習任務單”分批次地推送教學資源，學生根據“學習任務單”自主制定學習策略，并按計劃進行課前預習，教師可以根據預習統計結果及時提醒未預習的學生。這里以“軸”作為翻轉課堂的實例，“軸”的自主學習任務單如表1所示，教學資源推送如圖2所示。某些近機械類專業的學生缺乏工程力學先修知識，在學習軸的強度設計中存在一定困難，通過推送梁的彎曲、圓軸的扭轉和圓軸受彎曲與扭轉組合變形3個教學資源，學生如果完成課前預習就可以有效解決先修知識不足的問題，并可以達到較好的學習效果。

表1 “軸”自主學習任務單

課堂教學是教學的“中樞”，必須重視課堂活動的組織和及時互動反饋。以“任務”驅動學生發現問題[11]，在機械設計基礎翻轉課堂教學中教師在課堂上對任務中的疑難點進行答疑討論，最終解決重難點共性問題，并實現知識內化最大化。利用移動學習平臺和課內教學，對于“軸”自主學習任務單中的“任務4”，學生通過對經典實例(見圖3)的討論，歸納總結出軸和軸上零件設計要點(見表2)，該設計要點可以有效地指導學生在塑料機械、橡膠機械、食品機械和造紙機械等真實情境中的軸系設計，促進學生對所學知識的拓展與升華，這將有助于培養學生的實踐能力。

另外，在機械設計基礎教學中，以“化整為零”[12]的任務驅動方式使學生依次完成帶式輸送機的單級圓柱齒輪減速器設計中電動機選擇、傳動比分配、帶傳動設計、齒輪傳動設計和軸的結構設計等任務，這樣既可以減少學生在后續機械設計基礎課程設計中的工作量，又可以培養學生將所學知識運用到新的情境解決實際問題的能力。這里將機械設計基礎的理論教學教材和課程設計教材合二為一，便于將課程設計的內容貫穿到理論教學中[13]。

圖2 教學資源推送

圖3 軸和軸上零件有錯設計簡圖

最后，教師通過移動學習平臺根據學生經驗值、教學周報、資源報告、活動報告和學情分析等數據，進行分析、總結和反思，反觀整個教學活動，解決學生遺留問題，督促關注經驗值低的學生，并且進一步優化教學方案與教學資源。

針對2015級材料化學、能源化學工程和輕工化學3個不同的近機械類專業，進行了機械設計基礎的翻轉課堂云班課教學實踐，輕松實現了課堂簽到、課前預習監控和學習成效檢測，通過小組協作討論和自主探究，極大地激發了學生的學習熱情，提高了教學質量，同時也拓展了教師的信息化素養。

4 結 語

基于移動云平臺的翻轉課堂教學，從翻轉理念出發，開辟“互聯網+”時代的教學新途徑，強化學生發現問題、合作交流、探索解決問題的能力。將移動學習平臺和翻轉課堂教學模式應用于機械設計基礎教學實踐，實現了學生自主學習能力和整體教學效果的提升。此外，翻轉課堂教學模式也對教學資源制作及課堂活動組織提出較高的要求，需要進一步針對性地改進。