机械设计基础课程的翻转课堂教学模式研究

王 涛，朱 庆，徐张宝，涂德浴

(安徽工业大学 机械工程学院，安徽 马鞍山 243002)

机械设计基础课程是针对非机械类工科专业(如冶金、材料、化工等)的一门十分重要的专业基础课，具有较强的综合性和实用性。该门课程对培养学生专业能力、创新能力、应用实践能力具有重要意义[1]。

一、机械设计基础课程教学现状

机械设计基础课程融合了工程力学、机械制图、机械原理、机械设计以及公差与测量等知识，具有内容多、难度大等特点。该课程的教学对象缺乏对机械的基本认识，先修课程基础薄弱，且对该门课程学习兴趣低，这些问题都给任课教师的教学增添了困难，同时也使得非机械类学生在学习过程中困难重重。目前，机械设计基础课程的典型特点是“量大面广时间紧”。所谓“量大”是指上课学生人数多，教学工作量和作业批改量大；“面广”是指学习该门课程涉及的学生专业多，且课程涉及的知识面很广；“时间紧”是指目前针对该门课程的课堂教学一般只有48～56学时，教学时间紧迫。

该门课程教学一般仍然采用传统的教学模式，即教师是知识传递的主导者，学生被动接受知识。由于专业背景不同，学生对该门课程的理解和认识存在差异，上课的时候学生对自己感兴趣的内容听一听，而对于不感兴趣或听不懂的内容则一听而过。教师对学生知识掌握的情况主要通过课后作业的形式去把握，且有部分学生“照抄”其他同学的作业，往往难以真实反映学生的实际学习情况。师生之间缺少互动，教师在课堂上单向传输，而学生在课堂上缺乏学习兴趣，导致课程教学效果大打折扣。

二、翻转课堂教学模式内涵与特点

针对机械设计基础课程教学中出现的问题，需要改变传统的教学方法与形式来加以解决，通过改变学生在教学活动中的角色来调动学生的学习积极性和主动性。近年来，随着智能化产品和网络的普及，翻转课堂的教学模式越来越受到教师与学生的青睐，该教学模式起源于美国科罗拉多州落基山的林地公园高中，它颠覆了传统的以教师为中心的教学模式，教师由知识的传授者、教学的组织者转变为咨询者、指导者和合作者，而学生由被动的接受者变为主动的学习者[2]。在课堂之外，教师通过引导和提供相关课程的教学资源让学生自主学习；在课堂上，学生与教师共同探讨学习中遇到的诸多问题，将课堂变成教师和学生之间、学生与学生之间互动讨论的场所。教师还可以将自己的相关科学研究项目带入课堂，在项目完成过程中锻炼学生解决实际问题的能力以及培养学生的创新能力。也正因为翻转课堂的诸多优势，基于翻转课堂的教学模式改革案例越来越多，并取得了不错的效果[3-5]。本文正是在上述背景与需求下，针对机械设计基础课程教学过程中存在的不足，提出将翻转课堂这种新型的教学模式引入到课程教学中，以提高教学效果。

三、基于翻转课堂的机械设计基础课程的教学过程

(一)课程组织与课程内容设定

首先根据不同专业学生的专业培养目标和机械设计基础课程教学大纲，合理选择与编排教学内容。从教学内容体系来看，机械设计基础课程主要分为机械原理和机械设计两部分。从机械功能角度而言主要分为三大块，即传动部分，如连杆传动、齿轮传动、带传动、链传动；连接部分，如螺纹连接、键连接等；支承部分，如轴承、轴的结构、设计与维护等基本知识。因此，可以根据这三大板块，构架整个课程的教学图谱，并对碎片化的知识进行整理，建构一定的知识体系，帮助学生掌握学科知识全貌。根据教学图谱，搜集或录制相关视频课程，以知识点的形式组成多个“微课程”；建立学习交流平台，以学习小组或在线论坛为载体进行学习交流、讨论，并以协作的方式来完成探索式的学习过程。

(二)基于翻转课堂的教学过程

强化学生作为学习主体的理念，转变传统的“传递——接受”的旧教学模式。从学生角度而言，课前根据教师提供的知识点和资源，利用MOOC等在线资源课前观看机械设计基础课程视频，完成相关训练题，并对不懂或疑惑的知识点加以整理。为了调动学生课前学习的积极性，教师可以从项目或问题入手，给学生设置若干与所学知识点相关的实际问题，并以该问题作为主线来引导学生主动学习。例如某机械装置需要通过电机带动实现直线往复运动，那么，设置“如何才能设计一个将旋转运动变成直线运动的机构”问题，以此来调动学生对机构类型、运动特点和设计相关知识点的学习兴趣。又或者直接根据工厂实际生产中出现的问题，如“某钢厂H型钢生产线需要装配一套新的传动系统，如何进行设计与装配”，这里面会涉及带传动、齿轮传动、轴承等结构和设计方面的知识。以这些问题作为出发点，让学生在学习过程中不会觉得空洞无用和枯燥，可以激发学生学习动力。在课堂上，教师组织课堂研讨会，学生将自己感兴趣或不懂的地方提出，教师可以及时随堂与学生一起分析；教师也可以积极引导和点拨学生，比如引导学生分析机械传动系统包括哪些机构和传动类型，常用机构设计方法和注意事项等，以此培养学生发现问题、思考问题、解决问题的能力。课后，学生巩固已学的知识点，并对新产生的问题进行跟踪讨论和研究，从而实现知识吸收的最大化。

从教师的角度而言，课前需要引导学生开展相关知识点的自主学习并提供相应的学习资源，如提供常用机械机构特点和设计的相关在线资源等。在课堂上，教师作为指导者，组织讨论、分析，帮助学生分析、解决所遇到的问题，并引导学生进行协作性、研究性学习，以培养学生的团队意识、表达能力和创新能力。课后，教师继续指导学生并引导其分析解决遇到的新问题，对学生学习效果进行全程跟踪，了解其学习动态和对课程的满意度等信息。根据学生的反馈情况和实际教学进度，及时调整课程安排，并通过交流平台及时发布课程信息。学生在“训练-研讨-提问-答疑-再训练”的过程中不断得到提升。课堂经过翻转以后，增加了师生、学生之间的互动，教师成为学习过程的指导者与促进者，学生转变为教学活动的主动参与者，课堂成为学生进行项目训练、解决问题的场所[6]。

(三)学习效果评价与反馈

利用翻转课堂这种新型的教学模式，仅仅依靠课程学习之后的考试不仅难以评定学生的学习，而且会对学生后续的学习进度和学习兴趣造成负面的影响。因此，需要在评价体系中引入过程性评价，课程成绩的构成除了包括传统的课堂小测验、期末闭卷考试等，还需将课堂讨论发言、专题训练的参与和展示、答疑讨论区表现活跃度等列入考核体系，以期客观真实地反映每一个学生的学习历程。合理分配各阶段学习过程在总成绩中的比例，如考勤、课后作业占10%～20%，课前准备情况、课堂表现以及参与活跃度等占30%～40%，最终的期末考试卷面成绩占50%。通过构建多元的学习效果评价体系，有利于学生更好地掌握知识，提高学生学习的主动性。

四、结语

用翻转课堂教学，激发学生学习机械设计基础课程的兴趣与积极性，教师可以通过设定有趣的问题情境来吸引学生，引导学生课前积极、主动观看微视频和搜集资料，以提高课前学习效果。教师应该以更积极的心态去学习新鲜事物，不断充实自己、完善自己，提高专业知识储备、组织和引导能力、创新和实践能力，提升教学能力，进而提高课程教学效果。