翻转课堂模式下的模具CAD/CAE/CAM教学研究及应用

孙肖霞 唐友亮

摘 要：针对模具CAD/CAE/CAM课程的教学现状，研究了翻转课堂教学模式，从微课选题、设计、制作和应用环节阐述了翻转课堂模式在该课程教学中的实施方法。该教学模式改变了传统的教学结构形式，体现了建构主义的教育理念，提高了学习效果和效率。

关键词：翻转课堂；模具CAD/CAE/CAM；教学设计；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）07-0045-03

Abstract： For the present teaching situation of CAD/CAE/CAM for Die & Mould， the teaching mode of flipped classroom was researched. The implementations about the topic selection， design， manufacture and application for the course were described. The traditional teaching structure was changed by the teaching mode of flipped classroom and the educational concept of constructivism was embodied. Finally， the learning effectiveness and efficiency were improved.

Keywords： flipped classroom； CAD/CAE/CAM for Die & Mould； teaching design； teaching reform

随着近年来信息化技术的迅猛发展，学生和教师拥有的个人信息终端逐步普及，学生携带手机、平板电脑、笔记本电脑等设备到课堂学习已成为普遍现象，教学系统中的教学要素也在发生着日新月异的变化。微课、翻转课堂、可汗学院等新教学理念逐步深入人心，越来越多的学校和教师开始关注信息技术环境下的个性化学习和教学方式的变革，而掌握微课的教学设计和应用也成为了信息化时代教师必备的教学技能。本文以模具CAD/CAE/CAM课程为例，阐述了翻转课堂模式下的课程教学设计及实施方法。

一、翻转课堂教学模式

翻轉课堂也称颠倒课堂，起源于美国科罗拉多州落基山的“林地公园”高中，是一种为了帮助缺席的学生补课而设计的教学方式，受到了学生的广泛欢迎[1]。概括的说，翻转课堂是由课程教师提供以视频为主要形式的学习资源，把知识传授的过程从课堂翻转到课下，学生在上课前完成对教学视频等学习资源的自主学习，而把原来通过课外作业和练习等来完成的知识内化过程放到课堂上，课堂的大部分时间用于学生的答疑、小组协作探究及师生间的深入交流等[2]，是一种全新的教学理念和方式，体现了学生学习的主体性及教师的主导性，改变了传统课堂的教学模式。

二、课程实践背景

（一）课程特点

模具CAD/CAE/CAM课程是应用型本科院校模具专业的专业基础必修课，教学目的是使学生理解CAD/CAM/CAE技术的基本概念，掌握该技术的原理和方法，并能够利用相应的软件分析和解决实际问题，特别注重学生的实践操作能力。

（二）课程的教学现状

该课程目前的总学时为72，其中上机学时为40。根据多年的教学经验和调查研究发现，大部分学生没有达到预期的教学目标，主要是因为在教学中存在以下问题：

1. 授课对象原有的基础知识水平参差不齐，在传统教学过程中难以做到因材施教，使得学生得不到个性化学习。

2. 在传统的教学模式下，重要的实践应用部分是教师先在课堂上讲授并操作演示，然后学生再操作练习。因为课时数的限制，学生操作练习的时间少、师生互动欠佳，导致学生缺乏学习的主动性，解决实际问题的能力也不强。

为了在实际教学中体现建构主义关于学习中的知识观、学生观和学习观，本文将“翻转课堂”的教学理念应用到模具CAD/CAE/CAM课程教学中，改变教学结构顺序，建立相应的教学资源，并设计和管理教学活动，从而提高学生解决问题能力和创新能力。

三、课程教学设计及实施

翻转课堂模式下的课程设计及实施主要包括选题、设计、制作和应用四个环节。

（一）选题

选题是教学设计的前提，选题是否合理直接影响到课程的教学效果。教师应该熟悉课程的整体规划、重点、难点和教学目标，还要充分研究学情，以学生为本，从学生的实际出发，明确学生的困惑点和障碍点，以此来确定微课制作的内容和重点[3]。

模具CAD/CAE/CAM课程既包含基础理论又包括应用实践。

1.基础理论部分。精心选择教学中的重点、难点内容，原则是包含的知识点要足够细，学习内容要精练，确保在一段“微课”上能讲清讲透。例如，在“计算机图形处理技术”单元的“图形变换”一节中，确定了“二维图形变换”“三维图形变换”“平移变换”“旋转变换”“对称变换”和“级联变换”等微课制作标题。

2.实践应用部分。为了激发学生的动手兴趣，实践部分采用项目化课程教学[4]，需要紧扣教学目标确定项目任务，然后把完成项目所需要掌握的基本操作方法逐级分层，提取富含知识技能及方法的微单元，进行微课制作。例如，在“模具CAE技术的应用”单元进行“塑料成型的模流分析”项目中，需要首先掌握Moldflow平台的“模型导入”“网格划分”“网格诊断及修复”“浇注系统的创建”“冷却系统的创建”等一系列基础操作技能，微课选题时将这些单元再次细分，形成微单元，如“网格诊断及修复”单元可以细分为“纵横比诊断”“重叠网格诊断”“网格配向诊断”“网格自由边诊断”“网格连通性诊断”和“网格处理实例”等微单元。

（二）设计

选好标题后，要根据标题的内容进行微课设计，力争选择最佳的内容结构、呈现方式和视觉效果。设计过程中应遵循以下原则：

1.在自主学习过程中，时间过长，容易产生厌倦。微课时长要符合学生保持注意力时间较短的特征，一般控制在10 分钟以内。

2.进行合理的教学过程结构设计，主要包括：快速引入课题吸引学生；讲授内容线索清晰；总结收尾简要快捷。

3.教学语言要精炼。

4.选择合理的微教学资源环境，不同的知识点需要不同类型的微课表现模式。例如，基础理论部分的知识内容可以选用PPT讲解式，其表现形式主要以图集和文字为主，加入一些旁白和背景音乐，让学生在一个比较轻松的状态下进行学习；实践应用部分的知识点可以采用示范讲解式，主要以教师的操作讲解为主，重点录制操作屏幕，这种形式能将学习者注意力完全集中在教师对软件的操作、运用上，能清楚地看到各参数的配置和效果；对于综合实战型项目则要采用情景剧式，通过设计一个情景来呈现知识内容，要求设计生动、有趣。总之，微课的设计要以教学内容为依据选择灵活多样的微课结构和方式。

（三）录制

确定了微课结构和表现方式，接下来就可以借助手机、录屏软件及录像机等进行录制。录制时，可以边操作边配音；也可以先操作后配音。实践应用部分的微课，屏幕录制工具可以选用Camtasia Studio，它是一款非常好用的微课视频录制和编辑软件，具有强大的视频播放和视频编辑功能，且简单易学[5]。录制好的视频，可以基于时间轴对视频片段进行各类剪辑操作，如添加各类标注、媒体库、画中画、字幕特效、转场效果、旁白、标题剪辑等，形成完整的微课。

录制微课对教师的综合素质要求较高，因此，课程组要根据教师的特点进行合理的分工，同时，要多利用现有的教学资源。这样可以大大提高教师的备课效率，真正实现优质教学资源的共享。

（四）应用

目前，我校已经完善了校园网，建设了“超星泛雅”教学资源云平台，课程组制作的微课随着教学进度依次发布在平台上，方便学生的下载和学习，教师还可以查询交互记录信息，进而跟踪学习行为，进一步挖掘学习特征信息，如学习时间、偏好和效果等。

微课属于切片化教学资源，应用时应该深入地研究学习者的学习需求、学习风格乃至学习惰性等，围绕学习过程，设置合理的教学情境并将其嵌入。具体在教学活动的设计中，要考虑如何更好地促进学习者学习，要按学习逻辑，合理安排活动步骤，促进学习者对内容知识的深度加工。如图1所示，在模具CAD/CAE/CAM课程教学过程中，分别设计了课前导学、课中内化和课后拓展三个阶段的微课教学活动。教学过程中，根据某一主题或项目进行聚合，使学生在学习中形成隐形的、连续的知识结构。

1.课前导学。授课教师将微课视频和学习任务单发放给学生，学生根据自己的学习习惯合理安排自习时间，通过个人携带的移动终端观看微课视频并完成测试，实现个性化学习。教师对测试结果进行总结归纳，还可以在网络平台上搜集到学生提出的各种问题并答疑解惑。

2.课中内化。主要进行探究式学习，实现知识的吸收内化。以任务或项目为主线，进行师生互动、合作学习，进行进一步的知识应用，发展学生的高级思维能力等。在互动过程中教师应针对学生的不同学习程度进行指导，实现个别化教学。既能发挥教师的主导作用，又能充分体现学生的学习主体地位。

3.课后拓展。主要进行知识辅导和拓展。学生可以在课后或假期根据自身情况有选择性的观看微课视频来解决学习中的疑难问题。当然，因为特殊原因没来上课的学生，也可以通过观看微课视频进行补课；还可以将疑问提交到微课平台上，教师或者其他学生就会对问题进行作答。对于一些专业性强、知识容量大、认知难度高的项目，则需要学生在课后反复咀嚼、体会、揣摩、内化。

例如，在“塑料模CAD技术应用”单元，将模具设计所需“初始化项目”“创建分型线”“创建分型面”“创建型芯、型腔”“型腔布局”“加载模架”“加载标准件”等操作方法制作成微课，并将这部分知识点的学习作为课前导学部分；课堂上，教师首先对课前的难点和疑问进行总结、解惑，然后再以多个典型的塑料模设计项目为主线，指导学生对碎片化的知识点进行综合应用；课后拓展部分主要针对不同结构和特点的模具进行设计，达到知識拓展的目的。

四、结束语

翻转课堂模式下的模具CAD/CAE/CAM课程教学，结合了项目教学法，改变了传统的教学结构形式，使教师的主导地位和学生学习的主体地位得到了充分体现。网络教学平台及微课资源是保障学生自适应学习以及协作学习的认知工具，提高了学习效果和效率。通过设计并管理教学活动，使得学生从微课中思考出更深层次的问题，并能进行更深入地理解。

参考文献

[1]金燕.基于微课的翻转课堂教学模式实践研究——以《计算机应用基础》课程为例[J].职教论坛，2014（23）：55-58.

[2]周家伟.浅谈以“学”为本的“微课”教学资源开发[J].教育教学研究，2013（10）：41-43.

[3]邵为爽，李晓红.建构主义观下基于微课的翻转课堂教学模式设计与实践[J].科技通报，2016（9）：247-250.

[4]朱荣，李晓飞，李顺.基于翻转课堂的项目教学模式研究与实践——以“计算机图文设计”课程为例[J].中国远程教育，2016（5）：29-35.

[5]韩庆年，柏宏权.超越还原主义：在线教育背景下微课的概念、类型和发展[J].电化教育研究，2014（7）：98-102.