“机械基础课程设计”翻转课堂教学模式探究

陈小芹 谢志刚

(汕头职业技术学院 机电工程系，广东 汕头 515078)

装备制造业在产业升级过程中急需掌握专业理论知识和操作技能的复合型人才，因而也对高职教育教学改革及其创新提出了更高的要求。“机械基础课程设计”作为培养学生装备设计与制造能力的核心课程，是对机械制图、计算机辅助绘图、工程力学、金属工艺学、机械设计基础、电机拖动等多门课程的综合运用和知识整合，既培养学生创新设计理论能力，又锻炼学生绘图等操作能力。然而，高职学生普遍学习自觉性差且综合能力较弱，他们在集中课时内完成课程设计的学习质量。如何使学生既能分阶段、按计划逐步推进课程设计，又能通过任务驱动、知识回顾来反复夯实基础，进而高质量地完成教学是任课教师普遍面临的难题。

“翻转课堂”是在信息化环境中，教师提供以教学视频为主要形式的学习资源，学生在上课前完成对教学视频等学习资源的观看和学习，师生在课堂上一起完成作业答疑、协作探究和互动交流以及课后复习的一种新型教学模式[1-3]，如图1所示。将翻转课堂的教育理念引入“机械基础课程设计”中，将学习内容模块化、学习时间阶段化，使学生充分利用课余时间完成大量的资料查阅、设计计算及绘制草图，逐步取得阶段性成果，从而增强学生学习的自信心和成就感，也获得学习的乐趣。本研究结合“机械基础课程设计”教学的特点，进行了翻转课堂模式的探索，通过多年的教学实践，在教学计划进度内容实施等方面与理论教学有机融合，激发了学生的学习兴趣，取得了比较好的教学效果。

图1 翻转课堂教学模式

1 翻转课堂教学设计与实践

1.1 课程内容和课时安排

“机械基础课程设计”以皮带式输送机传动装置的设计为题,对高职学生而言，该设计任务具有一定难度，指导老师可以通过科学分解设计内容使复杂问题简单化，用翻转课堂任务单逐步引导学生学习,以确保任务完成质量。首先根据该课程总体教学目标，将教学任务分解成传动方案的确定、电动机的选取、传动比的分配、运动动力参数的计算、皮带传动设计、齿轮传动设计、轴的设计与校核、轴承联轴器的选取与校核、润滑方式的确定、减速器箱体设计等十个单元目标，然后再根据每个单元的特点进行具体的翻转课堂教学设计。

在翻转课堂模式教学时间安排上，将“机械基础课程设计”从原来的1.5周(42学时)集中课程设计变为7周(2学时/周)教学与设计结合、1周实训，集中时间编写设计说明书、绘制装配图及零件图、答辩及总结等，但总课时不变。在任务布置上，与相应学期开设的“机械设计基础”教学进度及教学内容紧密配合，如表1所示，强化“学完即用”，及时巩固学生所学知识点，深化对机械设计的认识。开展“机械基础课程设计”要求学生必须掌握机械设计的常用机构和传动形式等基本知识，因而从时间节拍上选择理论教学完成带传动并介绍了齿轮传动之后，作为开始课程设计时间的切入点，即第10周开始第一次课程设计课，布置任务，介绍总体设计思想及设计内容，对学生进行分组，选出组长，一般4～5人一组，每组原始参数不同。

表1 “机械设计基础”理论教学与课程设计教学安排

1.2 课前知识传递

翻转课堂是“以学生为中心”的课堂教学模式，是对传统的“先教后学”的翻转，尤其强调学生学习的自主性，这就要求教师提供丰富的学习素材，如图2所示，并下达详细的翻转课堂学习任务单，帮助学生确定每一阶段自主学习的内容、目标和方法，对学生的课前学习加以引导[4]。作为知识传递载体的网络资源库，除了建立理论教学素材，进行相关课程知识点讲解及设计易错点外，还包括提高学生绘图能力和工具软件运用能力的技能素材。同时，为了给学生以生动直观的认识，该课程还注重电动机、带传动、齿轮传动、轴承与联轴器、密封与润滑等结合实际生产的视频收集及整理，这些素材均以短小精悍为特点，以强化认知为目标，把抽象的知识传授变成了形象的展示及描述。丰富的语音图像视频不仅降低了学习难度，而且增加了学习的趣味性，使学生可以充分利用课余的碎片时间在手机、电脑等终端设备上浏览学习。学生在课前按照任务单完成相应单元的线上学习，然后完成相关内容的同步设计和计算，并将设计计算过程中遇到的疑问记录下来，通过师生交流平台或课堂上直接提交给指导老师，从而真正实现“以学生为主”的课堂翻转。

图2 教学素材库

1.3 课堂知识内化及检验

为了更好地实现知识内化，培养团队协作解决问题的能力，课堂上教师先安排学生进行组内和小组之间的设计方案展示、交流与讨论，让他们共同寻求解决问题的办法。同时，教师根据学生问题解决的实际情况进行实时点拨、引导、归纳和总结，对普遍性问题进行集中讲解，对个别问题进行单独辅导，并将出现的问题进行记录和整理，为建立和补充问题解答视频库做准备。此外，对每位学生阶段性课程设计的计算数据进行检查也是指导老师的一项重要工作内容。为了提高课堂检查和答疑效率，指导教师利用电子表格公式编辑器对设计流程中的公式进行编辑，根据各组参数计算全部数据以便于核对，局部示例如表2所示。当然，为了培养学生的工具软件操作能力，教师也应鼓励学生在课程设计的计算过程中充分利用电子表格的计算功能。

表2 计算数据课堂核对

1.4 课后知识固化及补充

学生课后根据讨论结果，修改设计方案，调整相关设计参数(如传动比分配等)，并重新计算及校核，然后根据计算数据绘制零件图，如齿轮、轴、箱盖和箱体等，在此基础上绘制装配图，同时注意标准件(轴承、平键、螺栓等)的选择，尺寸标注要符合经济精度。遇到薄弱环节时，学生可及时登录网络资源库进行查阅复习，通过不断完善细化来实现对多门课程知识的巩固和强化。翻转课堂实施2～3周后，教师要反思并自查教学质量，当实际的教学效果与课程预期效果存在差异时，教师要分析原因并提出持续改进方案，并根据学生学习情况做好平时积累工作，如录制学生普遍存在的共性疑难问题的解答微视频，以及不断补充更新学习素材库。

2 翻转课堂教学中的关键环节

2.1 分组与组长

翻转课堂教学以小组为单位，为便于课后学习讨论，以宿舍为单位自主组建设计团队或学习小组，不仅可以创造良好的学习氛围，也便于合理利用课余时间，协同一致，分工合作[5]。组长对课程设计的顺利开展及完成质量发挥着非常重要的作用，对本组同学来说，组长是领头羊，他带领本组同学进行各个环节的设计计算；对老师来说，组长是小帮手，负责汇报本组课后学习的完成质量，各个组员的进展情况，并收集反馈本组的设计问题，使指导老师课上答疑解惑更具针对性,以提高课堂效率。组长的工作需要组员的支持和认可，组长要学习认真、工作负责,善于并乐于和同学老师沟通及组织本组进行学习活动。在确定组长这个环节中，要遵循同学自选和老师把关相结合的原则。在教学过程中，会有个别组员不参与课前学习，抄袭他人设计计算，无法实现知识内化，企图蒙混过关等现象，这是在翻转课堂分组教学过程中极易出现的重要问题，指导老师需要及时发现并及早教育这些同学。

2.2 师生互动

现代通信技术的发展使师生的沟通交流打破了时间、空间的限制，不再局限于课堂上面对面的教学形式，师生可以通过微信群、QQ群随时进行交流探讨，这也意味着教师的指导扩展到了课堂之外，为翻转课堂教学模式的开展提供了交流平台。通过这些平台教师可以上传教学资料，以视频、图片形式实时检查设计情况，学生也可以在这些平台上提出疑问并获得解答。有些学生在课前使用手机或电脑等终端设备完成预习、视频学习时容易受到外来干扰，注意力不集中、不够专注，进而导致学习效率不高、学习效果不佳[6]。因此,多媒体素材展示时间以5分钟左右为宜，这样使得学生利用碎片化时间完成学习，最大程度保持精力集中，提高学习效率。

2.3 成绩评定

课程设计成绩评定不同于卷面考试，指导老师主观片面性会对评定造成一定干扰。基于翻转课堂的课程设计成绩评定要考虑翻转课堂的特点，要将课前自主学习作为一个重要环节纳入成绩评定。课前自主学习直接体现在设计完成进度和课堂讨论上，因此课程设计成绩评定实行过程评价和结果评价相结合原则，他分为出勤情况、设计计算完成进度、分组讨论活跃性、设计说明书、装配图、零件图质量、答辩表现七个环节，评分比例如图3所示，他对学生整个学习过程细化考核，而不是凭最终上交的设计资料评定课程设计成绩[7-9]。这有助于培养学生的组织性、纪律性和良好的学习习惯，激发同学们参与讨论、展示自我的积极性，能更好地控制学习质量。

图3 成绩评定分配

3 结语

在实现产业升级背景下，为培养社会急需的掌握设计理论和操作技能的复合型人才，学校采用翻转课堂模式开展了“机械基础课程设计”教学。通过多年的教学实践，教师们将“机械基础课程设计”内容模块化、阶段化，通过翻转课堂任务单借助丰富的网络教学资源库，将复杂问题分解使之简单化，逐步引导学生完成设计任务，增强了学生学习的自信心和成就感，激发了学生化被动为主动的学习兴趣，提高了学生利用所学知识解决问题的能力，大大提高了学习效果，同时也充分培养了学生的团队合作能力、专业素养。