翻转课堂模式下机械工程材料课程教学综合改革探析

孟丽娜 罗玉梅 李瑞芳 刘丹丹

郑州工业应用技术学院，河南 新郑 451100

翻转课堂模式是指学生在课前或课外观看视频讲解，自主学习，教师不再占用课堂时间来讲授知识，课堂变成了老师学生之间和学生与学生之间互动的场所，包括答疑解惑、合作探究等，从而达到更好的教育效果。在网络技术发展且普及的背景下，课堂教学发生了巨大的变化，视频资源在课堂中的应用愈加广泛，极大地改善了课堂教学质量。机械工程材料课程涉及内容较多，包括材料组织、性能、热处理等，教学难度较高。在实际教学中，教师不仅要明确教学大纲要求，根据教学目标设计合理的教学方案，还要了解学生认知水平、身心发展特征，坚持因材施教的理念。针对比较抽象的知识概念，如果采用传统的教学模式，很难满足学生学习需求，不仅学生难以理解，而且教学模式呆板，会导致课堂氛围沉闷，影响教学效果。目前，国内高校机械工程材料课程采用翻转课堂式教学模式并不普遍。因此，教师应该积极引进翻转课堂模式，根据机械工程材料课程教学目标进行教学综合改革，有效提升教学效果。

一、课程概述

机械工程材料课程是机械类专业学生必修的基础课，该课程教学质量会直接影响人才培养效果。该课程具有很强的理论性，学生需要学习很多概念［1］。在实际教学过程中，由于没有具体的逻辑推导过程，也没有生动的工程制图，尤其在晶体结构、配位数等理论知识教学过程中，学生很难理解，在学习过程中容易感到枯燥，影响学习的主动性。一些微观结构知识很难与宏观知识衔接，造成学生难以将课程中学习的内容融会贯通。根据实际教学情况可知，学生在学习过程中，因为知识零散导致学习混乱，影响学习效率。从根本上分析，不仅因为课程难度大，还因为很多学生学习能力不足，教师教学方法不合理等。

根据教学大纲，该课程旨在使学生掌握工程材料和热处理相关理论知识，使学生熟悉常用工程材料的组织、成分、性能之间的关系，可以根据零件使用性能要求进行选材，并采取有效的热处理方法，具备工艺路线的初步安排能力。为实现教学目标，教师应该根据学生特点、教学要求，采取多样化的教学方式和翻转课堂模式，提升教学直观性，降低学生学习难度。

二、翻转课堂的特点和实践要求

（一）特点

翻转课堂最早为美国林地公园的高中化学教师使用，为了使学生可以在家中学习，教师录制了教学视频。翻转课堂就是使用音频、视频等教学资源和资料展开教学，在课堂中给学生分享素材资料，引导学生进行课前预习，扎实学生学习基础［2］。在课堂教学过程中，预留充足的互动时间，基于问题导向理念引导学生思考，不断探索新问题，满足各项学习与联系需求。在2011 年，翻转课堂在我国开始推广并逐渐普及，设置多个试验点，总结经验后在各类学校推行。在网络技术发展后，各类慕课平台兴起，翻转课堂的建设更加广泛，各个平台为课程教学提供了丰富的资源支持与技术支持。翻转课堂主要利用视频资源进行教学，具有以下特点。

第一，教学视频短小精悍。从实际教学可以看出，翻转课堂教学视频普遍只有几分钟到十几分钟的时长，每个视频以某个问题为核心，具有针对性，查阅方便［3］。不仅如此，视频长度与学生注意力可集中时长接近，可以确保学生在高度集中的状态下学习。通过网络平台分享视频，学生可以自主控制，进行暂停、慢放、重放等操作。

第二，教学信息清晰直观。视频可以展示丰富的内容，除了语言讲解，还包括图片、音乐、文字等多种呈现形式，与单纯的口述教学完全不同，可以营造更真实的情境，不仅吸引学生注意力，还能直观清晰地呈现各个知识点。

第三，对学习流程进行重构。学习过程可以分为信息传递和吸收内化两个阶段，翻转过程重构了学生的学习过程，在课前实现信息传递，利用教学视频和教师在线辅导进行预习。利用课堂互动实现吸收内化，使教师了解学生学习困境，并且予以帮助和指导，同时学生之间也可以取长补短，实现知识吸收。

第四，便于复习检测。学生观看视频后，可以提出问题，检测学习成果，判断学习情况。如果一些问题无法解答，则可以反复观看学习。利用云平台汇总问题，使教师了解学习难点［4］。学生在复习中也可以利用视频，通过重复观看巩固深化、温故知新。

（二）实践要求

在翻转课堂教学模式实际应用过程中，教师必须遵循相应的实践要求，确保教学效果。

第一，教师应树立革新完善的信念。观念会影响行为，为改善教育行为，需要先创新教育观念。翻转课堂实施过程中，教师要打破传统教育观念的束缚，坚定革新、创新的信念。

第二，具备教育信息化素养。翻转课堂实施过程中，需要使用各种信息技术，操作各类网络平台，对教师信息化素养要求较高［5］。教师应熟练应用Word、Excel 等软件，并且了解慕课平台的功能模块，保障视频编制质量，根据需求共享资源。

第三，掌握教学关键点。很多教师认为翻转课堂的重点在于视频制作，实际不然，应该将重点放在讨论和互动上，培养学生的自主性，坚持因材施教，使每个人的优势得到发挥。

第四，实现角色转换。教师从原本的灌输者、管理者转变为引导者、启发者。学生则从被动学习的受教者转变为主动思考的探索者。家长角色也发生改变，需要成为学生的辅助者、合作者。

三、翻转课堂在机械工程材料中的应用方式

（一）分析学情

在翻转课堂实施的过程中，为确保实施效果，教师需要先分析学生学情，结合实际制定教学方案。机械工程材料涉及理论知识多，很多教师采用讲授法进行教学，课堂枯燥乏味，大部分学生不愿意学习该课程。从学生的角度分析，很多学生大学物理、工程图学等学科基础薄弱，且认知水平和学习能力有限，所以学习效率不高，亟待革新教学方案，使学生对本课程学习产生兴趣。

（二）制定策略

在实际教学中，教师应该将课堂质量作为核心，对学生进行合理分组。大部分班级人数在30 ～60 人之间，教师面对的教学人数较多，通过分组的方式降低教学难度。可以划分为5 ～8 人小组，采用合作学习的方式，促进学生之间交流互动、相互评价、取长补短［6］。选择符合本课程学习的分组方式，每个成员承担不同角色，充分发挥学生特长，使知识学习更加简单全面；在授课环节，教师可以适当进行方式翻转。利用视频分享的方式，使学生自学内容，然后在课堂中结合预习问题进行讨论与拓展。基于互联网技术，实现便捷地共享与交流，营造良好的互动环境。根据具体教学流程，设计不同的方案，注意细节把控，提升教学效果；师生角色翻转也十分重要，通过提问的方式引导思考和探究，使学生思维更加活跃［7］。小组成员可以根据视频内容、教学任务共同进行课后讨论、备课交流、视频录制等，然后在课堂中讲解，使学生从学的角色翻转为教的角色，深化学生对教学的感受，培养学生表达、总结、创新等能力。

（三）确定步骤

结合机械工程材料课程内容，先将各个知识点进行碎片化处理，明确可以进行翻转的知识点，然后制作微视频，并将视频共享给学生，利用视频进行预习。视频观看结束后，小组针对问题进行讨论，然后总结知识点并提出新问题，录制问题视频并提交。教师收集各个问题视频并分类整理，综合分析后设计课堂答疑环节。如果教师在视频中设置了作业任务，则小组分工实施，制作作业视频后提交，然后在课堂中评价学生作业。在角色翻转方面，教师根据教学方案逐步落实教学计划，学生收集各项知识材料，制作授课视频并向教师提交，以此实现师生角色翻转。

四、基于翻转课堂的机械工程材料课程教学综合改革

（一）课内课外结合，实现一体化教学

在翻转课堂的基础上，对机械工程材料课程教学进行综合改革。不仅要实现课内与课外内容的融合拓展，还要精简课内讲授内容，在原本教学内容基础上减少20%～30%，根据需求增加0.5 ～2 倍的课外学时。具体而言，结合实际制定教学改革方案，根据机械制造及其自动化专业教学需求，对原本的专业培养方案进行修订，减少20%的课内学时，将原本的28 学时减少为22学时，同时课外学时增加14 个。教师在正式教学前，将音频、视频等数字材料分享给学生，根据教师设置的学习任务与教学计划，学生进行自主学习，了解课程理论知识。课堂时间用于师生互动，解答学生在学习中遇到的疑问，结合教学实际布置课堂作业。采用课内外结合的方式，解决课程理论多、学习难等问题，实现课上课下一体化教学，满足学生各类学习需求。

例如，在金属的晶体结构与结晶章节教学过程中，我在授课当中使用了晶体结构基本概念相关内容制作为视频材料，同时配合电子教材分享给学生，学生在课外了解晶体、非晶体、晶体的球体模型、晶格等概念，并且根据各个理论概念提出问题。例如，常见晶体缺陷有哪些？在应用中有什么影响？在课堂中，我与学生共同讨论学生提出的问题，引导学生根据视频中学到的理论知识进行分析，共同探究答案，然后结合学生专业布置课堂作业，深化学生的理解和掌握。

（二）线上线下结合，实现创新性教学

采用网络化的教学模式，根据学生需求开发线上课程，同时在课堂中引入丰富的网络资源，使课程教学得到更多辅助支持。利用各类慕课平台，鼓励学生进行线上学习，运用平台中的各项功能监督和辅导学生。在课堂中，开展教学辅导、小组讨论等活动；在线上，可以组织教学直播、专题讲座等活动。学校应该充分发挥自身的平台优势，加大课程资源引进力度，重点引入国家精品课程和优质网络微课，利用丰富的资源指导学生进行线上学习。同时与线下教学结合，实现课程教学的全面创新。例如，运用“学习通”教育平台，使用各种教学工具、数据分析工具，定制各类教学模块，满足各种教学需求。进行实时视频互动，学生可以举手答题，也可以进行随堂测试、单元测试，便于教师检查学生学习情况。在作业方面，可以学生互评，也可以教师批改，充分了解学生学习中的问题，然后帮助学生采取有效的改进措施。覆盖线下GPS 签到、随堂练习等教学场景，利用APP、小程序辅助课堂考勤，了解实施教学效果并进行评估分析，使教学效率全面提升，实现创新性教学。

（三）课堂现场结合，实现综合性教学

机械工程材料课程具有一定的实践性，学生不仅要掌握理论知识，还要在生产实践中运用各项理论。所以，课堂教学要与生产实训结合，达到理实结合的教学效果。根据专业教学需求，现场教学课时占比至少要达到15%。可以开展2 学时课堂教学，配合4 学时现场教学。彰显学习重点，培养学生操作能力，引导学生在实践中发现新问题，然后自主探究，既要拓宽学生知识面，也要提升学生综合能力。重点引入机械工程材料领域中的新技术、新知识、新方法，使学生对行业发展前沿动态全面掌握，为学生就业发展奠定基础。例如，在《钢的热处理》教学过程中，笔者通过现场教学使学生充分了解热处理的方法、特点及应用，保障学生对知识的理解更加全面。

五、结语

在机械工程材料课程教学过程中，采用翻转课堂模式，首先，要了解课程内容，深入分析翻转课堂的特点和要求；其次，明确翻转课堂教学流程；最后，制定教学综合改革方案，包括课内课外结合、线上线下结合、课堂现场结合三个方面，进而提升教学效果和质量。