互联网与翻转课堂在机械设计课程教学中的融合运用

毕仁贵 肖雄 刘雁峰 曾钦

摘 要：为提高机械设计课程教学质量，在传统课堂的系统知识框架基础上，利用互联网与翻转课堂的融合运用实现机械设计课程教学知识可视化，重构以学生为中心的启发式教学方式。本研究分析了互联网资源共享与机械设计课程翻转课堂相结合的教学改革，结合实际探讨了翻转课堂在自主学习、知识内化、知识固化等三个阶段的实施要领。

關键词：机械设计;互联网;翻转课堂;教学改革

1 引言

以现代信息化和网络化发展为支撑，基于互联网的开放、共享、交互特性，我国教育理念逐渐转变，教育信息化经历了概念研讨、普及推广、内容升级等阶段，当前仍保持朝纵深发展的势头。教育部在《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中提出建设教育化信息体系，重点推动信息技术与高等教育深度融合[1]。借鉴美国翻转课堂（FCM）的教学实践经验，翻转课堂逐渐成为我国高等教育信息化课堂改革的研究热点[2]，其核心价值是构建基于互联网平台的一种混合式学习模式，实现“教为中心”转变为“学为中心”的教育理念。刘允等 [3]通过调查，总结出翻转课堂具有“教”与“学”相辅相成、以“学”为主的特点，可有效调动学生学习自主性，培养学生团队合作意识，提高学生的思维表达能力。任博等[4]利用翻转课堂优势设计课程新教学模式，引导学生自主式、互动式、启发式的学习，培养学生探究与创新的能力，提高教学质量，同时为工科教学模式提供了教学改革思路。陈子超[5]开展翻转课堂教学实验结果显示：相比传统教学模式，66%的学生偏重于翻转课堂;73%的学生认为翻转课堂的学习效果优于传统教学效果，70%以上的学生认为翻转课堂对培养学生的自学能力、分析与解决问题能力更有优势。

在机械工程高等教育中，机械设计课程主要讲授通用零部件及机械系统的设计问题，是机械类专业基础课程的重要组成部分。其灵活性大，设计方法或无唯一;内容涵盖范围广，是多知识点交叉的综合运用。因上述特点，使其成为翻转课堂教学改革方式适用对象。本研究旨在通过探析互联网与翻转课堂在机械设计课程教学中的融合运用，促进机械类专业本科生的自主学习能力、创新能力和实践能力培养。

2 翻转课堂教学模式概述

翻转课堂，即翻转传统的知识讲授式教学：课前，学习者利用互联网平台优化共享资源进行自主学习;课中，教师主导以不同教学方式进行解答疑惑、互动讨论、做出总结。翻转课堂的成功实施可以活跃课堂氛围，激发学习自主性与积极性，提高教学质量，培养研究与创新能力的教学效果[6]，其成败关键取决于课前预习提出问题、课堂活动中知识内化程度。

3 互联网与机械设计课程翻转课堂的融合运用

在机械类专业教学中，机械设计课程是教学难度大的基础课程之一，在培养学生创新意识方面具有重要作用。随着互联网信息技术普及，各高校教学名师的机械设计课程资源实现共享，机械设计过程虚拟可视，为机械设计课程翻转课堂实施提供有利基础条件。

目前，在机械工程高等教育中，基础理论课教学仍充斥着填鸭式教学方式，学生被动接受知识现象突出。另一方面，传统的机械设计课程纸媒教材知识更新过慢，结合机械设计前沿教学实例无法直观呈现。鉴于这一状况，基于互联网共享资源，依托自建的力学与工程省级虚拟仿真实验教学中心，本研究对吉首大学的机械设计课程利用互联网开展翻转课堂教学进行了理论探索。

3.1 教学模式

机械设计课程尝试引入项目教学等方式进行教学改革，但是效果并不显著，其主体仍是以传统授课模式为主，结构设计缺乏引导，无法实现学生主动学，课堂上缺乏互动，课后学生容易忘记所学内容，导致教学效果达不到预期。在互联网信息技术覆盖下，各大高校优质的机械设计课程教学视频、微课、慕课网等多元化自主学习资料实现共享，自建的力学与工程省级虚拟仿真实验教学中心有完备的机械设计课程实验模块，交互平台的交流、讨论、相互答疑可以进一步开阔学识。在上述资源融合利用的基础上，重构的“互联网+翻转课堂”教学模式如图1所示。

3.2 教学思路

自主学习阶段：机械设计课程由理论教学与实验教学组合，开设60课时，其中理论课48课时，实验课12课时。以汽车V带设计为例，课前教师明确教学目标，提供相关资料，发布预习任务—V带设计。学生自主利用互联网查询并学习有关资料，了解V带传动设计步骤、参数确定，掌握带传动布置与张紧、打滑等知识，通过慕课网如哈工大教学视频、微视频、各大学习社区，同学分组进行自主学习，共享资源完成问题讨论并记录疑难点，实现针对性预习。预习任务内容难度适宜，数量适当，适合学生利用已学知识迁移到新知识。翻转课堂的关键在于利用机械装备前沿热点、机械创新设计等题材，联系课本知识点、可视化知识结构，刺激学生自主学习好奇心，激发学生学习热情，从而引导学生认识机械设计课程的用途与重要性。

知识内化阶段：课堂上，学生反馈问题，教师提取问题，翻转授课、互动答疑。该阶段旨在培养学生分析与解决问题能力，构建适合学生自适知识脉络，提高创新探索能力。翻转课堂学习活动以小组协作，学生提出问题为始[7]。教师根据学生的提问，联系本课堂知识点，总结有价值的问题解答。根据不同的学习单元内容，利用不同的教学方法针对性的指导学生完成问题分析。学生之间提出与解决问题进行交流与总结，分享与互评，促使学生在课堂上使知识最大程度内化。因学生学习水平参差不齐，教师在实践过程中认真观察，发现学生的优缺点，提炼并总结，为下一次课堂的因材施教提供参考。

知识固化阶段：由于知识点的繁杂，学生无法在课堂上完全吸收，课后学生利用互联网将知识碎片整合，进行知识固化。互联网教学资料库与交互平台大大促进学习资源最大化，间接延长学生的学习时间，增加课堂实践运用。与此同时，教师需总结整个教学过程，进一步优化教学设计与教学资源，为下一次实践教学提供相适宜的教学方法，力求教学相长。同样，互联网的宝贵资源有利于学生在实验中能自主进行学习，自主总结，能促进学生通过实验开拓创新思维。

3.3 评价体系

课后教师收集和整理教学实施中问题，检验并更新教学设计，以便将教学设计更好的运用于实践。翻转课堂的评价贯穿于整个学习过程，比传统教学的课后评价系统更全面与综合化，更好地体现学习全过程的动态学习效果。

4 结语

互联网资源的共享，可帮助学生从机械设计课程的抽象教学进入可视化虚拟教学，通过平台相互讨论与交流，能激发学生好奇心，有助于学生对知识点的理解与实践技能提升，促进学生自主学习。互联网与翻转课堂在机械设计课程教学中的融合运用，这一教学方式对教师的专业素养和教学能力提出更高的要求，值得学院、教师、学生做出更多的努力与探索。

基金项目：吉首大学教改项目（2018JSUJGB31）。国家自然科学基金（11662004）

参考文献：

[1]教育部.教育部关于印发《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》的通知[EB/OL].（2012-09-05）[2017-09-16].http：//www.Moe. gov.cn/publicfiles /business/htmlfiles/moe/s3342/201203/133322.html.

[2]王东杰，戴伟芬.美国“颠倒课堂 ”及其在我国的运用[J].教育理论与实践，2014，（5）：42～45.

[3]刘允，杨立军，罗先辉.翻转课堂和传统课堂教学模式比较研究—基于南京某高校翻转课堂教学调查[J].高等教育研究学报，2018，41（01）：50-55+104.

[4]任博，崔利杰，孙静娟，刘文杰.翻转课堂教学模式实践与思考[J].高等教育研究报，2017，40（04）：56-60+95.

[5]陈子超，蒋家傅.高校翻转课堂教学模式探索与实践[J].现代教育技术，2014，24（12）：112-117.

[6]马秀麟.大学信息技术公共课翻转课堂教学的实证研究[J].远程教育杂志，2013，（1）：79～85.

[7]王红，赵蔚，孙立会等.翻转课堂教学模型的设计——基于国内外典型案例分析[J].现代教育技术，2013，（8）：5～10.