翻转机械设计基础课程设计课堂的实践探索

刘后广　杨建华　刘送永　程志红

摘要 机械设计基础课程是培养学生综合设计能力的重要课程，但实际教学中存在课时少、师生互动不足等问题。引入翻转课堂教学模式，并设计针对该门课程的教学过程。实践结果表明，翻转课堂的引入提高了学生的自主学习能力、团队协作能力及获取网络信息的能力。

关键词 机械设计基础；课程设计；翻转课堂；信息技术

中图分类号：6642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）08-0018-03

1 引言

机械设计基础是近机械类专业的一门必修主干课，其课程设计是该课程的配套教学环节，用于培养学生独立运用所学知识综合分析、解决实际工程问题的能力。可见，机械设计基础课程设计的训练对学生将来的技术工作具有深远的影响。然而，传统课程设计由于课时短，且与考试周重合，造成学生实际学习时间不足、指导教师与学生缺乏互动等问题，严重影响了课程设计的完成质量。如何提高课程设计，一直是该门课程任课教师不停探索解决的问题。

《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》指出，高等教育信息化是促进高等教育改革创新和提高质量的有效途径，是教育信息化发展的创新前沿。高校要促进人才培养模式创新，就必须创新信息化教学与学习方式，提升个性化互动教学水平，创新人才培养模式，提高人才培养质量。故对机械设计基础课程设计的教学创新改革，应积极探索现代信息技术与传统教学方法的整合。翻转课堂（Flipped Classroom）作为一种新型的基于信息技术的教学模式，为该门课程的教学改革提供了一个新的思路。本研究通过进行一个学期的教学实践，在2013级材料科学与工程专业学生的课程设计中，探索适合该课程性质的翻转课堂教学流程，力图提升学生的综合分析及设计能力。

2 机械设计基础课程设计存在的问题

教师课程设计讲解时间不足 机械设计基础课程设计是针对非机械专业的课程，安排的时间从1周（如采矿工程专业）至3周（如材料科学与工程专业）不等。而该门课程涉及的专业知识较多，很多参数的确定还需要结合工程经验，近机类专业的学生之前相关制图等训练又较少，进而造成所补知识较多，所给课程设计时间很难完成工作要求。如所教采矿工程专业的学生，在进行课程设计时，没有材料力学的基础，无法展开齿轮、轴、键等强度分析和校核，教师仅仅补充该相关知识至少需要6个课时。

此外，课程设计通常安排在期末，与考试周重叠，学生将会占用很多课程设计的时间复习去参加其他课程的考试。最终，能真正参与教师讲解课程设计的时间大大减小。

教师与学生有针对性的互动少 如前所述，课程设计往往与考试周重叠，该期间学生往往忙于应付考试，对课程设计的预习及资料的查阅不足。但课程设计远高于机械设计基础课程，其理解需要基于很多背景知识的补充。而这些知识的量过大，教师无法在课堂上讲解。最终，白天教师对课程设计讲解时，学生因为没有做好充足的准备，无法与教师很好地互动，通常被动吸收。与此同时，学生由于没有提前开始课程设计内容，无法提出针对性的问题，教师也无法及时、准确评估学生对所授知识的掌握情况，控制教学进度。

3 实施翻转课堂教学模式过程

针对上述传统机械设计基础课程设计教学模式存在的问题，且考虑到翻转课堂能够将“预习时间”最大化，延长教与学的时间，探索了翻转课堂教学模式在该门课程中的应用。首先，将讲解内容根据进度分解为11个微课视频，再通过学生课前自主学习、课中协作学习、课后反馈评价3个过程，提高学生课程设计学习质量。其具体实施过程如图1所示。

发布教学视频和资源 根据机械设计基础课程设计的教学目标，将课程指导划分为8个单元，即传动方案设计、电机选型、传动比分配及各轴主要参数计算、带与带轮设计、齿轮设计、轴设计、装配图绘制、零件图绘制。再针对各单元，将各单元对应的课程设计任务进行分解。如将轴设计单元分解为轴的材料选择、轴结构设计、轴强度校核等任务。针对各子任务，规划其对应的学习目标、学习内容、重点和难点、参考资料，并相应地录制微视频课程。每个视频录制时间控制在50分钟以内，方便学生学习。对于普遍存在的关键问题，另外单独录制视频，重点讲解，如轴承具体型号的选择过程。除录制视频，还根据每单元内容，整理相关参考资料，供学生设计时查阅。

通过建立的QQ课程群，将录制的视频、整理的资料发布。QQ群提供较大存储量的共享空间，将录制的视频放于QQ空间中都会自动提醒群会员更新，方便学生下载学习。在发表视频课程时，每次仅仅更新一个单元内容，并配上相关参考资料。在该单元内容结束后，再更新下一单元的内容。

学生课前自主学习

机械设计基础课程设计工作周，学生被安排在专门的课程设计教室绘图，任课教师每天上、下午集中一、两次辅导。基于此作息时间，安排学生于晚上自主学习课程QQ群中发布的视频，即学生结合每单元任务，课后自主安排学习时间、学习地点（优选宿舍，以便于相互讨论）观看教学视频，自主学习。观看过程中，学生可根据自身的学习情况及内容的难易，决定视频播放的次数。看完视频后，学生结合视频指导，完成本单元对应的课程设计内容。视频中的疑点及设计过程中遇到的问题，随时记录下来，在QQ群中与同学进行讨论。教师关注群中讨论的问题，对一般的问题，在群中加以辅导；对关键难点问题，记录下来留课堂集中讲解。整个过程中，学生需要根据学习的内容及自我设计过程不停地与同学、教师进行交互，进而扩展、构建深度知识。

课中针对问题协作学习 指导教师针对QQ群中讨论得出的关键难点问题，课中采用抛锚式教学引导学生进行相互讨论，促进学习共同体的形成，并最终确定具体解决方案。因学生在课前都已提前完成相应单元的课程学习，且都进行了相关设计，对所提问题都有一些直观认识和个人的看法。这些前期基础使得这种课堂讨论相对于传统教学模式下的讨论效果更好。该讨论将引导学生主动思考，锻炼学生分析问题、解决问题的能力。在讨论过程中，指导教师需把握好方向。具体解决方案得出后，再安排学生对前期自学开展的课程设计内容进行相应的补充和修改。对学生课程设计修改过程中遇到的问题，指导教师再进行个性化辅导。

课后评估教学效果 对学生课下的自主学习状态、课程设计完成情况，指导教师应及时给予准确评估。一方面，通过课堂上学生参与讨论的表现及课下QQ群讨论情况来评价；另一方面，在完成每一单元课程设计任务后，要求学生将设计手稿拍摄作为电子文档发给教师，通过评阅该电子手稿来评估学生的实际知识掌握情况。在评估过程中，对发现的课程设计问题及时进行纠正、课堂讲解。此外，对该教学模式实践存在的问题及时进行教学反思，对教学方案的实施过程及视频课程的录制进行改进，并进一步完善教学资源。

4 翻转课堂实践效果

针对课程设计往年存在的问题，于2014-2015学年第2学期，对中国矿业大学材料科学与工程专业2013级1、2班的机械设计基础课程设计开展翻转课堂教学实践。在三周的课程设计过程中发现，相对于传统教学模式，翻转课堂实践中的学生更加注意自己的学习过程；此外，在整个过程中，学生得到沟通交流、团队合作、信息处理等能力的培养。从课程设计最终图纸和说明书的完成质量及学生答辩情况来看，学生对该设计过程的掌握程度得到较大的提高，不再有往年出现的基本问题回答错误的现象，图纸、说明书完成较好。

学生对翻转课堂教学模式的实施也给予积极的评价，认为该教学模式下的课堂比传统课堂内容更加丰富，与同学及教师的沟通更加密切。如材料13-2班的陈琦同学评价说：“这次课程设计过程中，老师始终在我们身边指引我们方向，让我们学会怎样解决问题；让我知道如果在工作中遇到问题，应该怎样试着自己去解决或者是和同学交流一起进步共同解决。相信我们每个人在这次设计中都学到了很多，能在出校门之后，遇到问题知道怎样去寻找解决之道。收获的不仅仅是书里面的东西，更多的是以后生活工作中的面对问题的心态和处理问题的能力。”而材料13-1班的吴睿哲同学评价说：“这门课是我上大学以来上的最认真且课堂气氛最活跃的一门课。此外，这门课也是唯一一门让我们寝室所有人晚上一起钻研的课程。”

发现在翻转课堂模式在机械设计基础课程设计实施过程中也存在一些问题。首先，翻转课堂虽然节省了教师课堂上的时间，却花费学生大量课后时间。而对部分专业来说，课程设计所给时间过少（如采矿工程专业仅1周），且与考试周重叠，课后学生往往需要把时间用于考试复习，不利于翻转课堂教学模式的应用。针对这个问题，特别是课程设计仅1周的专业，后期将尝试结合课程设计嵌入课堂的方案加以解决，即在机械设计基础课程进行过程中便开展课程设计，从而为学生争取更多的时间。其次，翻转课堂对学生自主学习能力提出较高的要求。翻转课堂需要学生在主动观看视频的基础上查找资料，开展课程设计；总结问题，并在QQ群中及课堂上与同学、教师讨论。整个过程的完成，都需要学生具有良好的自主学习能力和信息获取能力，而这些远远高于传统教学模式对学生的要求。此外，翻转课堂教学模式也对视频制作及教师教学方法提出较高的要求，需要进一步针对性地改进。

5 小结

针对机械设计基础课程设计课程传统教学模式课堂教学时间不足、教师与学生互动少等问题，本实践试着探索翻转课堂教学模式在该门课教学上的应用。首先根据教学目标将课程设计分为多个单元，再对各单元进行任务分解；在此基础上，制作录制相应的视频课程、整理参考资料，并将其上传至QQ群共享空间中，安排学生课前自主学习；课堂上，通过抛锚式教学方法引导学生主动学习；课后，再对每个单元的课程设计完成效果及时进行评价和反思。通过对中国矿业大学13级材料科学与工程专业1、2班的实践，结果表明，翻转课堂教学模式的应用激发了学生的学习兴趣，提高了学生的自主学习能力、团队协作能力及获取网络信息的能力，有利于学生综合素质的提升。