翻转课堂模式下机械制图与CAD课程教学模式设计与实施路径

2018-02-09孙洁周萍

中国轻工教育 2018年2期

孙洁周萍

（江南大学人文学院，无锡 214122）

翻转课堂英文全称为Flipped Classroom，在信息化的教学环境下，翻转课堂以学生为中心，充分利用教学视频以及学生的课前时间，促使学生提前了解新知识，在课堂中，教师作为促进者和指导者与学生对自学的内容进行交流讨论，以促进学生深度内化知识结构。翻转课堂是一种新型的教学模式，与传统的教学模式相比，在教学流程、教学环境、教学设计以及师生关系方面改变较大。这些改变具有颠覆性，学生在其中能够提升自主探索知识的能力，深入内化和巩固知识最终实现知识升华。目前国外的翻转课堂教学研究取得了良好的效果，国内无论是中小学还是大学对于翻转课堂的研究颇多，但是在技工类课程方面的教学设计和实施方面的研究比较缺乏。

一、机械制图与CAD课程采用翻转课堂教学模式的必要性分析

1.机械制图与CAD课程教学现状分析

（1）教学内容多元化

现阶段的大学机械制图与CAD课程是由原先的机械制图与AutoCAD合并而成的。机械制图是旨在培养学生的绘图能力、抽象思维能力和自主解决问题能力的面向工科生的一门技术基础课。AutoCAD是一门利用计算机作为硬件设备[1]，旨在培养学生利用三维视图实现从三维立体到二维平面的设计能力。现将两门课相互渗透，互相糅合形成一门独立的课程，将CAD与机械制图融合为一体。[2]

（2）教学方式形式化

机械制图与CAD这一门课程实行之后，课堂教学形式主要是案例或项目教学，即首先在课堂上对案例进行分析，然后引导学生完成教学任务。本质仍是传统教学方法。学生在学习过程中，受教师思维的影响较大，学生一味按照教师的方法完成任务而缺乏对于学习任务的思考，创新能力以及自我学习能力不高，对于知识的理解与运用尚有欠缺。

2.机械制图与CAD课程教学中出现的问题

（1）自主学习能力不强

应试教育使得大学生接受知识的状态流于被动，对教师具有高强度依赖感，自主学习能力不高。在机械制图与CAD这一门课程的学习中，学生在课堂上被动接受知识，教师告诉学生怎么学怎么做，课堂效率达不到最优。课后学生仅仅完成教师所布置的学习任务，学生通常通过别的同学的帮助而非自主探究的方式来。

（2）教学时间限制

机械制图与CAD这门课程的学习通常会将机械制图的理论知识与AutoCAD的实践操作知识结合起来。例如：机械制图讲完截交线、相贯线、组合体三视图的画法、尺寸及识读与剖视图后，AutoCAD讲对象捕捉、对象跟踪等绘图辅助工具、尺寸标注命令及图案填充命令。这一教学内容目标学时4学时，但是在实际教学过程中，在学完机械制图的理论知识后，对于其绘图能力的检测需要时间，并要进行上机操作，CAD软件的建模命令繁多，建模过程相对繁琐，教师在4学时之内难以完成教学任务。除此之外，学生的个体学习能力差异导致学习时间难以协调，根据遗忘曲线理论，教学内容的重复使得教学效率大大降低，实际学时远远多于4学时，教学时间受到极大限制。

（3）师生关系僵硬

现阶段师生沟通交流仅限于课上的知识传授，在机械制图与CAD课程教学中，教师的教学形式仍多为灌输式教学，教师上课讲课，学生听课，课后教师布置作业，学生上交作业。师生之间缺乏讨论与沟通，在社交媒体多元化的时代，师生没有有效利用资源，师生关系显得较为僵硬。

二、机械制图与CAD课程采用翻转课堂教学模式的教学设计

1.机械制图与CAD课程采用翻转课堂教学模式的支撑

（1）信息技术软硬件方面

机械制图与CAD课程采用翻转课堂教学模式的实施需要信息技术软硬件的支撑。信息时代，教师和学生可通过互联网获取信息、传输信息、处理信息和应用信息。在硬件方面，目前高校中的教学设备比较完善，这为课程的翻转课堂模式学习奠定了硬件基础。在软件方面，互联网提供了许多免费版本的AutoCAD软件，并且发布了许多关于机械制图与CAD的学习资源，如AutoCAD的视频教程等。这些丰富的资源不仅可以提供个性化的学习材料，还可连接教师，通过互联网将教学内容生动地展现在学生面前，学生可按需进行选择性学习。

信息技术软硬件方面的支持条件充分满足了机械制图与CAD课程采用翻转课堂教学模式的需求，为其提供了良好的物质支撑。信息技术软硬件的充分利用，使得教学资源得到最大化的使用，教学效率得到提高。

①充分利用教学资源

由于信息技术强有力的支持，教师可利用多媒体软件，例如：Powerpoint、Flash、Authorware 等对相关课件以及视频进行二次编辑，按照教师教学需要加工成条理清晰、互动性强、趣味性强的学习资源。翻转课堂的教学模式要求学生在课前通过自学对所学知识达到一定掌握程度，形成认知体系并且产生自我理解，在课前学习的过程中，自我学习能力得到培养，教师的课堂负担得以减轻。

②有效提高教学效率

信息技术软硬件方面的支持突破了教学时间的限制，传统教学的四个学时常常完成不了教师的教学任务，在翻转课堂的教学模式下，学生通过网络媒介的课前学习，掌握机械制图的基本理论知识，减少了对课堂上教师的教学压力。在课后的学习过程中，学生能够利用网络对所学理论知识以及实践上机操作知识进行查漏补缺，并且能够随时随地和教师沟通，大大缩短了教学课时，教学效率得到提高。

（2）大学生认知规律方面

①选择性学习的需求

机械制图与CAD课程采用翻转课堂教学模式的实施符合大学生认知规律。教师利用互联网和网络媒介，按照学生学习的不同需求，录制不同难度以及不同风格的教学视频。学生在进行课前学习时，可充分发挥自我主观能动性，选择适合于自我风格的教学视频。翻转课堂的教学模式与大学生的认知规律相符，能够满足现阶段大学生选择性学习的需求，教学效率得到极大提高。

②教学内容的深度内化

大学生在课前使用教师准备的教学资源进行初步学习后，对知识体系有一定了解。课堂上，教师安排学生进行讨论并对重难点问题进行解决，在AutoCAD的实践操作知识传授中，教师可利用微机室安排学生人手一台计算机，对学生的计算机实施远程控制，边讲解边操作。课后，学生仍旧可以通过信息技术的支持复习教学内容。翻转课堂的教学模式有助于帮助学生深度内化学习内容，实现教学效率的最优化。

2.机械制图与CAD课程采用翻转课堂教学模式的教学设计

（1）教学环境设计

教学过程中，教学环境的创设是一个十分重要的前提，基于翻转课堂的教学模式更加注重对于教学环境的设计。

①硬件方面

在硬件方面，教学环境的设置主要有[3]：配有多媒体的计算机教室，安装扩音设备和大屏投影仪。计算机教室中的计算机保证人手一台，并且要具有可进行实践操作以及学生和教师之间可以交流的网络环境。这些硬件设备都能为机械制图与CAD课程采用翻转课堂教学模式提供基础保障。

②软件方面

在软件方面，教学环境的设置主要有：Windows 7操作系统、Authorware和Flash等多媒体软件、AutoCAD2010操作软件、电子教材和教案、网络课程、习题库等学习资源，这些都为教师与学生的教与学提供了便利。

（2）教学目标设计

机械制图与CAD课程采用翻转课堂教学模式的总体目标是使学生了解国家标准中有关技术制图、机械制图、CAD工程制图规则等方面的有关规定，掌握绘制平面图形的基本方法和步骤，在这基础上，能够了解中文版的AutoCAD2010的基本功能与基本操作，熟悉AutoCAD2010的界面组成及各部分的功能，基本绘图命令和基本编辑命令的应用及操作，以及绘图的工作程序。在完成理论基础以及实践操作基础的学习目标后，注重在实践操作中的投影知识、基本体的投影及表面交线、组合体与机件的表达方法、三维实体模型的设计等方面内容的训练。最后的教学目标是使学生能够利用AutoCAD2010软件独立绘制零件图、装配图以及三维实体的装配设计。教学目标设计体现“以能力为本位、以学生为中心”的课程思想。以下是采用翻转课堂教学模式进行第十章零件图教学的教学目标设计，其中具体分为课前教学目标、课中教学目标和课后教学目标三部分。

①课前教学目标设计

课前通过网络资源以及教师二次加工后的多媒体教学，使学生了解零件图的作用以及内容，掌握零件图的工艺结构特点及其作用，学习各类零件图的表达方法，完成问题。在这一过程中，注重对于学生自主学习能力的培养。

②课中教学目标设计

课中教学目的在于学生能够较为合理地标注零件的尺寸，熟练掌握零件图的读图方法，并且了解零件图的三维实体模型创建工程图的方法和步骤。在课中教学过程中，注重学生表达能力、学习能力、合作能力以及创新能力的培养。

③课后教学目标设计

课后教学主要依赖互联网交流媒介，通过QQ群组与同伴教师交流并且上传作业。完成以下问题：简述由零件的三维实体模型创建工程图的步骤。学生上传教师布置的不同零件图的三维模型工程图。此阶段注重培养学生实际建模能力以及独立性。

（3）教学内容设计

机械制图与CAD课程采用翻转课堂教学模式的总体教学内容包括：制图基本知识、计算机绘图基础、投影基础、基本体的投影及表面交线、组合体与机件的表达方法、三维实体模型的设计、零件图、装配图以及三维实体的装配设计。

①课前教学内容设计

课前的教学内容是通过网络教学资源以及教师二次加工后的多媒体教学视频等进行的，教学内容设置了三个知识点：零件图概述，重点和难点内容是零件图的作用和内容[4]；零件上常见的工艺结构，重点和难点内容是机械加工工艺结构和铸造工艺结构；几种典型零件的分析，重点和难点是零件的视图表达方法和尺寸标注。通过课前学生的自主学习完成以下问题：一张完整的零件图应该包括哪些内容？选择视图的主要原则有哪些？什么是尺寸基准？零件中常选用的尺寸基准有哪些？标注尺寸应该注意哪些问题？

②课中教学内容设计

课中教学主要围绕学生的交流和答疑，以及零件图的读法、典型零件三维设计的教学以及工程图的创建。因此，在教学内容方面主要是问题的讨论和教师利用多媒体设备进行三维模型的创建教学。主要问题如下：工程图的模型尺寸和工程图尺寸有何不同？如何标注尺寸偏差？

③课后教学内容设计

课后教学内容的设置依据课前和课中教学内容，对其进行巩固和总结，并且通过QQ群组进行提交和分享。

三、翻转课堂教学模式在机械制图与CAD课程中的教学应用

1.课前应用

（1）教师创建并发布视频以及布置作业

课前选择网络教学资源以及录制教学视频是实现翻转课堂教学模式的重要前提。教师在机械制图网（http：//www.jxztw.com/）上根据课程进度选择教学视频，或者利用“屏幕录像专家”软件录制教学视频。在选择或创建教学视频时主要依据以下原则：第一，充分考虑学生的个体差异性，根据班级教学进度以及难度收集素材、制作PPT、编制不同的教学视频；第二，根据学生学习规律制定教学视频，使用“屏幕录像专家”录制视频，针对每个问题录制10-20分钟时长的教学；第三，教师最好不要出现在视频中，显示器只显示电脑操作界面。学生可以清楚地观看教师对PPT的讲解以及对于三维模型的建立实践操作。在录制视频时，教师应结合前后教学内容合理地承上启下，并且要注重教学内容讲解的趣味性，形成自己的教学风格。教师录制完教学视频后通过QQ、网上云盘、微信平台等方式进行分享。

（2）学生观看视频并完成课前练习

学生下载教师在网络媒介上共享的教学视频，在课前利用课余时间进行自主学习并且完成教师布置的作业，除此之外，学生应针对课前视频提出相关问题，在课上进行讨论与交流。

2.课堂应用

教师根据学生提交的课前作业，设置课堂教学活动。

（1）创建教学情境

教师需要根据学生在课前视频的学习后提交的作业来设计教学情境，主要了解学生对于知识体系的掌握度以及理解方向，确定教学活动。本文以第十章概述为例，创设教学情境，进行提问。问题包括：如何绘制零件图？零件图的绘制有哪些注意要点？如何根据典型零件详细分析工艺结构？零件图如何读取？零件图的三维模型如何设计？

在详细介绍了零件图的概述后，带领学生开始零件图这一章的学习。

（2）引导学生自主探究

机械制图与CAD课程采用翻转课堂的教学模式需注重对于学生自主学习能力的培养。在课堂中，教师可提出相关问题，让学生自己查询资料探究解决。以第十章零件图为例，教师可要求学生参照零件图的典型案例读出其他零件图的尺寸，在三维模型的构建中，教师做出示范，然后让学生构建其他模型，其中需使用到不同的建构模块，旨在培养学生自主探究问题的能力。[5]

（3）辅导小组交流协作

课堂上还应注重对学生的合作能力、表达能力、交流能力的培养。因此，在机械制图与CAD这门课程的课堂活动的设计中，教师需引导小组协作、交互学习，鼓励学生积极发言、同伴共同探索教学问题，得出合理方案。

（4）师生反馈总结评价

学生经过自主探究和协作学习之后，对于知识有了更加深刻的理解。课后[6]，学生应将作业以及三维建模共享至学习平台上，让教师进行点评。除此之外，机械制图与CAD课程采用翻转课堂教学模式的实施需要教学辅助人员的记录、考核与评价。教师依据作业完成情况、课堂表现、教学辅助人员评价等对学生进行定性和定量的总结评价，给予相应分数。