翻转课堂模式下三维CAD软件在机械制图教学改革中的探索

董 赟，何天经，李海燕，朱宗孝，吴 卓

(兰州理工大学机电工程学院 甘肃兰州730050)

0 引 言

近年来，随着现代教学手段的逐步更新和教学改革的不断深入，我国高校教育教学改革取得了重要成果，尤其是以结合生产实践为特色的理工科院校的教学质量得到了全面提升，传统的按部就班式教学方法已经不能适应现代教学理念的需要。因此，寻求先进的教学模式进行创新性教学，已成为高等教育乃至于整个教育界改革中面临的重大挑战。新的教学理念应以培养学生的自主学习和创新能力为目标，以提高学生的综合素质为导向，从而满足社会对学生能力的全面要求。翻转课堂的教学模式顺应新时代的教学改革潮流，并结合先进的科学技术，逐渐发展成具有创新性、针对性以及实效性的全面教学模式。其内涵是利用翻转课堂对教学活动进行“二次开发”，因材施教。这不仅可以提高教学效率，还可以有效培养学生的自主思考与创新能力。我校自 2014年以来，以机械制图能力的培养为导向，用翻转课堂和三维CAD软件相结合的方式进行教学改革探索，逐步形成了自己的特色并取得了一些教学成果。

1 翻转课堂的含义与教学模式

翻转课堂这一“影响课堂教学的重大技术变革”[1]最早于 2007年由美国教师乔纳森·伯尔曼和亚伦·萨姆斯共同提出[2]，在国外翻转课堂教学模式已经得到了广泛应用，但在我国直到近几年才进行大规模的推广。应用实践表明，翻转课堂对于教学具有积极的影响，可以有效提高教学效率和质量[3]。翻转课堂的本质是利用计算机软件技术和互联网技术与教学活动相结合，打破传统教学中时间与空间的限制，改变先教后练的教学方式。翻转课堂主要是将教学知识通过视频或文件包的方式在课前发送给学生，学生根据教师给予的资料进行自主学习研究，然后在正式的教学课堂中对自身在课前学习过程中遇到的问题向老师求教，进而提高教学课堂的时间利用效率，有效提高教学质量。

翻转课堂的教学活动改变了以往以教师为教学主体，学生在课堂中只能被动接受的现状，将教师变为课堂活动的组织者与引导者，而学生成为课堂教学中的主导者。学生在课前通过自主观看、学习相关课件与视频，将传统教学中外化的知识、教学活动转变为知识进行内化。因此，在翻转课堂的使用过程中要将侧重点集中在课堂知识内化上，进而提高学生对课堂内容的理解。

2 三维CAD软件在机械制图教学中的现状

2.1 方式落后

教学改革的提出已有一段时间，许多教师在教学过程中，积极针对自身在教学中存在的问题尝试进行教学改革，但是由于缺乏实践经验，因此在实际的教学活动中，仍旧无法完全改变传统教学中以教师为主导的教学方式[4]。在运用 CAD软件进行机械制图的教学过程中，传统的方式都是教师首先演示绘制图表的注意事项，然后再要求学生绘制不同的机械零件及设备图表，通过大量的练习提高学生的绘图能力。但是这样的教学方式，不利于学生增进对于图表绘制的理解，因为学生仅能死板地按照老师教导的方式绘制图形，缺乏灵活性和辨别性。

2.2 形式单一

利用三维 CAD软件进行机械制图教学，对于课堂实践操作具有较高的要求，传统的多媒体教学方式的确可以通过模型展示等更加直观的形式，加深学生对机械图样的认知。但是在实际教学中，许多教师过于重视多媒体教学方式，无视实际情况，导致过于依赖多媒体手段。例如，进行绘图演示时可以运用多媒体课件的视频播放功能，提高教学的直观性和多样性，但是在理论知识教学阶段，教师应该减少对多媒体的使用，着重锻炼学生的知识总结能力和课堂实践能力，进行互动性教学，达到因材施教的目的。此外，一些教师对课件的制作技能不够熟练，在课程演示中无法对教学内容的重点和难点进行有效突出，导致在教学活动中，学生无法根据课件抓住知识的要点，反而降低了实际的教学质量[5]。

2.3 缺乏创新性

教学改革的主要目的是培养学生的创新能力，而在教学活动中，教师的创新能力将直接影响学生创新能力的培养。许多教师虽然响应教学改革的号召，但是在具体的实际教学设计中，要么沿用传统的教学方式，或直接使用他人的改革措施，而忽视自身教学的特点以及学生主体之间的差异性，导致课堂教学缺乏创新性，无法吸引学生的注意力，进而使学生丧失学习欲望。在教学中大部分教师沿用“教师示范——学生照抄”的教学模式，不利于创新能力的提升[6]。教师可以适当开展“制图竞赛”的课堂活动，给学生统一的题目，在规定的时间内完成效果好的学生获得相应的奖励，从而激发学生学习的积极性。

3 翻转课堂模式应用的可行性分析

目前，尽管翻转课堂在我国仍处于初步推广阶段，在教学中关于翻转课堂的引用还存在诸多问题。根据翻转课堂在机械类课程中的教学结果可以看出，翻转课堂与传统的教学模式相比具有巨大的优势，能够有效激发学生的学习欲望，提高学生自主学习与创新的能力[7]。

在传统的教学活动中，教师多通过对理论知识的讲解，要求学生对所讲知识死记硬背，或是利用计算机给学生进行操作演示。这些方法由于受到课堂教学时间的限制，在教学中仅能进行一遍或是两遍，完全忽视了学生的主观能动性，不仅无法有效提高教学质量，还影响学生创新能力的培养。翻转课堂的运用，则有效避免了传统教学中教学时间不够用、教学死板等问题。利用翻转课堂进行教学，教师首先将三维CAD软件绘制的图样中的重点和难点通过视频发送给学生，学生在课前进行自主学习，对于学习过程中的疑问与重点进行记录。然后在课堂中将其归纳的问题进行展示，通过学生之间的讨论或者教师讲解的方式对疑难问题进行解答。翻转课堂的教学模式存在一个疑问发现、积累、展示、分析以及解决的阶段，从疑问产生到解决的过程中，学生对问题不断进行分析，因此在教学解答时，很容易产生一点即通的效果，提高学生对问题深入认知的效率，进而提高教学质量。

翻转课堂的运用对于学生的自主学习能力与自我约束能力具有较高的要求，多数大学生能够满足这两项要求，并且通过翻转课堂的学习，不断提高大学生的自主学习与自主思考能力，有助于学生的长远发展。综上，运用翻转课堂教学模式并结合三维 CAD软件进行机械制图教学改革的方案具有较高的可行性。

4 翻转课堂模式下三维CAD软件在机械制图中的教学应用策略

4.1 通过微课进行课前学习

微课主要是运用短视频的形式，根据学习目标，制定相应的教学设计，从而将知识有效的传递给学生的一种教学方式。微课作为翻转课堂教学视频制作的主要方式，在使用翻转课堂进行教学的活动中，教师要重视对于微课的使用与设计。在微课的制作过程中，首先要明确视频的时间限制，将教学知识点划分为重点和难点，进行层次性的讲解[8]。比如，在利用三维 CAD软件绘制机械制图《直线、平面的投影》等知识点的教学中，教师通过制作微课进行课前教学，在微课设计中首先对直线的特点与直线投影的特点进行归纳，然后对平面的特点以及平面投影的规律进行总结，教师可以利用空间动画技术直观展示直线与平面投影的特点，加深学生的认知，使学生能够更加形象地培养绘制投影视图的能力。

4.2 构建学习流程

在学习过程中，通常分为两个阶段：其一是知识传递，也就是对内容的讲解学习阶段；其二是知识内化，即学生在教师讲解之后对知识进行的实践运用阶段[9]。在传统的教学模式中，教师在课堂中进行知识的讲解学习，在课后由学生自己进行知识内化，导致内化过程中学生缺乏指导，知识的内化效果并不理想。翻转课堂教学模式的使用，则是在课前进行讲解学习，在课堂上进行知识内化。学习流程的改变，使得学生在知识内化的过程中，能够及时获取教师和其他同学的帮助，从而提高知识内化的效率。具体体现为，教师在课前将利用 CAD软件制作的机械制图的视频讲解发送给学生，要求学生在课前进行预习，然后在课堂教学中，为学生布置练习作业，使学生在实践中对理论知识进行巩固。采用课前学习、课堂练习的方式，可以帮助学生在学习过程中及时解决存在的问题，从而提高学生的学习效率，加深学生对机械制图中绘图步骤的理解。

4.3 利用“问题清单”降低学生自主学习的难度

问题清单主要指两方面的问题：一方面是教师利用问题清单，明确学生在学习过程中的学习目标、学习任务等信息，并通过这些要求为学生提供相应的教学资源包，从而有效引导学生对知识进行学习；另一方面是指在学生自主学习过程中，针对自身存在的疑问归纳问题清单，便于在课堂中进行提问，问题的列举不仅可以清晰学生的学习思路，还可以加深学生对于知识的理解[10]。以在机械制图教学中如何利用三维 CAD软件建立三维模型为例，首先，教师要求学生在自主学习过程中根据学习任务制定清单，并根据清单要求提供诸如三维模型建立的讲解视频等教学资源；其次，学生在学习中逐一完成教师制定的任务清单，并制作自身在自主学习过程中遇到的问题清单，比如三维模型建立的要素等；最后，在课堂教学中通过同学讨论或请教老师的方式，对清单中的问题逐一进行解决。

5 结 语

随着现代教学手段的更新和教学改革的不断深入，传统的教学方法已经不适用于现代教学理念。基于翻转课堂等先进教学理念和前沿技术手段，结合我校机械制图教学改革探索的经验表明：在翻转课堂模式下利用三维CAD软件对机械制图教学的改进是提高教学质量的一种有效途径。本文对如何有效结合翻转课堂和三维CAD软件的优势提高机械制图课程的教学效率和质量提供了借鉴。