精密机械设计MOOC+翻转课堂教学模式研究

许贤泽 徐逢秋 鲁兴

[摘 要]为了提高教学质量，培养高素质的工科人才，针对精密机械设计工科基础课传统课堂教学模式产生的诸多弊端，武汉大学测控技术与仪器专业结合现代网络与多媒体技术，将传统课堂教学与国家精品在线MOOC教学有机结合，构建多样的知识获取途径和多元师生交流方式的混合式教学模式，培养学生的自主学习与创新能力，提高仪器类工科专业的教学水平。

[关键词]在线MOOC教学;混合式教学;创新能力

[中图分类号] G642.421 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2020）06-0060-03

精密机械设计是仪器类专业的一门综合性强且应用面广的专业基础课，主要讲授精密机械和仪器中常用的机构和零部件的工作原理、特点、应用范围、设计方法等多方面知识[1]。该学科涉及面广，与物理、数学、材料力学、电子技术等多门学科有直接或间接的联系，可以促进学科间的交叉融合。近年来，随着科技和工业的高速发展，精密机械制造在越来越多的领域有重要的应用，如航天航空零件的制造、半导体加工领域等[2]。我国发布了《中长期科学与技术发展规划纲要（2006-2020年）》和《中国制造2025》等文件，国务院明确制订了发展精密制造相关技术的工作目标。为了顺应国家的发展需要，精密机械设计课程也需要构建一种新的教学模式，改变传统课堂教学的沉闷局面，激发学生的学习热情，提高其思维能力和创新能力，促使本学科的学生投入国家精密机械制造的发展潮流中，为国家的发展贡献自己的力量。

一、MOOC+翻转课堂教学模式

“慕课（MOOC）”是“大规模开放式在线课程（Massive Open Online Course）”的简称，实质上是一个资源共享平台。它在中国受到了极大的关注。不仅国外的慕课平台涌进国内，国内也组建了多种慕课平台，并积极推向全球，国内一些高校都结合本校优势学科，推出了多样化的面向全球学生开放的慕课课程。慕课教学范围覆盖很多学科领域，例如经济学、哲学、法学等其他人文学科领域，也包含了物理学、机械设计、电气工程等理工科领域[3-4]，满足了社会各行各业的知识需求。武汉大学精密机械设计MOOC课程在2017年被评为国家精品在线开放课程，开课六期，选课人数超两万人。慕课（MOOC）的应用使教与学不受时间、空间、地域的限制，学生知识获取方式发生了根本性变化，只要想进入课堂学习，随时随地都能学习到一流名师的网上教学课程，这种教学模式的出现适应现代社会发展的需求，颇受学生、教师的喜爱。

翻转课堂（Flipped Classroom）也可译为“颠倒课堂”，即重新调整课堂内外的教学时间和教学内容。相比于传统的教学模式，学生将基础知识的学习时间转移到课外，从视频、博客、论坛等多种途径获取知识，并且知识的获取不再受时空的限制，具有较大的灵活性[5]。学生结合课前视频、论坛的学习，将自己存在疑惑、难以理解的部分记录下来，在课堂上与同学或老师沟通、交流，进行自评和互评，从而获得对知识更深层次的理解。这种教学模式很大程度上节约了课程时间，提高了学习的效率和质量。翻转课堂是对基于印刷术的传统课堂教学模式的彻底颠覆，使学习方式更加多样化，学习途径更加多元化，也改变了教师角色，让学生成为课堂上的主体，让学生的角色更加突出，充分激发学生的学习热情和思维创造力。翻转课堂的实施有助于我国教育结构进行新一轮的改革，对促进中国教育的发展有着重要的意义。

MOOC+翻转课堂将两者的优势结合起来，利用现代网络和多媒体技术，将传统课堂教学与在线MOOC课教学有机结合，构建既能提供友好逼真的学习环境和丰富形象的教学资源，又能取得多样的知识获取途径和多元的师生交流方式的混合式教学模式，可充分发挥教师的主导作用和学生的主体地位，使学习方式更加多样化，学习体验更加形象化。该教学模式是基于信息技术的一种新型的有效的深受师生欢迎的教学模式。虽然目前国内外高校对于MOOC+翻转课堂的研究很多，但国内大多都是针对计算机公共基础课程和文献检索等实践性较强的课程，而针对像精密机械设计这类实践性、课堂展示性都很强的专业课程的研究较少。因此，为适应仪器类专业人才培养的需要，有必要对其进行研究和实践。

二、精密机械设计课程MOOC+翻转课堂教学模式

（一）精密机械设计课程特点

精密机械设计课程涉及的知识面广、体系庞大，要想熟练掌握该门课程的所有内容，还需要对材料力学、传感器技术、工程制图、计算机辅助设计和优化设计等多门课程进行学习[6]。传统的课堂教学主要依靠书本上的知识点进行授课，这样难以将分布在不同学科、书本上的知识点进行融合讲解。学生如果仅仅学习某一课本上的知识点，必将导致知识面狭隘，难以真正理解精密机械设计的内涵。

随着世界高尖端制造技术的发展，新的设计观念、设计思想、设计方法和设计手段不断涌现，给这一课程的教学也带来巨大的压力。传统的课本更新速度慢，难以将新的知识点传授给学生，不适应现代社会快节奏的发展需求。如何迎合时代发展的需要，舍弃陈旧，吸取精华，接纳新鲜内容，也是精密机械设计基础课程教学中面临的重大问题。

MOOC+翻转课堂教学模式较好地解决了以上存在的问题，教师可以事先通过查阅不同学科的文献，观看网络上经典的教学视频，将知识进行融合归纳，以精密机械设计课程为主线，穿插不同学科的知识点，同时追踪最前沿的精密机械设计的相关技术，将归纳整理的成果编辑成精品课程上传至慕课平台上，让学生自主学习、在线观看。

（二）精密机械设计课程的实践性

精密机械设计中的很多机构和经典零部件难以在课堂上仅仅通过文字或图片描述清楚，并且紙上谈兵不适合该课程的教学要求，加强实验教学内容是提高教学质量的重要途径之一。

随着互联网技术、动画仿真技术等的发展，将动画仿真技术应用于课堂教学是近年来越来越受关注的方法[7]。采用动画仿真教学可以很直观、形象地展现系统的原理及应用情况，将抽象、乏味的理论教学转换为直观、有趣的实践教学，可以极大地激发学生的学习兴趣，增强学生的感官认识，取得很好的教学效果。并且，教师可以将学生实践活动中的经典片段进行录像，编辑上传至慕课平台，有助于学生进行温习和学习，强化了学生实践操作能力。翻转课堂的教学将大量基础知识的学习时间转移到了课外，课堂上老师可以抽出更多的时间设计合理的教学磨具或实验，使全部学生都能够参与进来，加强动脑、动手能力，并让他们活学活用、融会贯通，不仅加深了学生对知识的深入了解，更加充分发挥了学生的学习主体作用，提高了学生的创新思维能力。

三、精密机械设计课程MOOC+翻转课堂教学效果

（一）以多彩丰富的MOOC教学资源吸引学生开展课前学习

精密机械设计中众多零部件和机构的结构较为复杂、内容比较抽象，课本上的文字晦涩、不形象、难以理解，并且灌输式教学方式也不利于培养学生的独立思考精神和创新能力，无法培养工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质“新工科”人才。在本次对精密机械设计课程教学模式的改革中，网络视频教学是其中重要的一环。随着信息技术迅猛发展，大规模在线开放课程慕课（MOOC）应运而生，一批又一批精密机械设计课程的经典视频、网络试题库、网络交流平台等都为该课程新型的教学模式提供了丰富的教学资源。但网络课程不够全面，而且繁杂，授课教师需要在课前观看网络上大量经典教学视频，并根据自己学校的培养情况进一步完善补充已有的教学课件及视频库，建立与课程内容相关的扩展、补充的学习资源，内容要合理、分模块、较全面地反映该知识点。例如以“典型案例-理论知识点-网络思考题-模拟仿真操作”四个模块的形式规划和设计相应的课前教育部分。下面以精密机械设计课程中传动系统的教学为例介绍课前教育工作。

首先通过形象生动的视频让学生了解螺旋传动、凸轮传动、杠杆传动、链传动等多种传动方式在日常生活中的应用，典型案例让学生直观地认识到传动系统在人类的工业生产中是非常普遍的现象。随后通过对这些传动系统的共性和差异性进行归纳总结，进而引出该内容的基本理论知识点，即各种机械传动机构的特点、应用场景、优劣情况等。在视频播放时展示一些图片和数据的变化，让学生思考怎样的传动系统更适合某种场合，以及它的设计步骤是什么。最后带领学生在三维虚拟仿真软件中开展虚拟仿真设计工作，通过在电脑上独立完成设计和仿真，对传动系统有一个整体的把握。

在课前学生可根据自己的兴趣和学习习惯选择不同的教学视频或者学习交流平台掌握此课程的基础知识，进而为课堂教学提供更多时间去探讨深层次的问题。教师还需要在学生观看视频后，通过问卷调查和访谈的形式收集学生评价和意见反馈，及时听取学生的反馈意见，不断修改教学视频，提高教学视频的质量。

（二）采取灵活多样的课堂教学培养学生的实践和创新能力

传统的精密机械设计教学中，课本是学生获取知识的主要渠道，课堂上的大部分时间都花费在解读课本上了，但课本上的知识毕竟是有限的，而且机械设计的很多复杂构造仅仅靠书本的描述还是不能让学生真正了解，同时知识的局限性和文字的枯燥性很容易降低学生的学习兴趣，阻碍他们思维能力和综合素质的提高，而视频演示、论坛交流等多种方式有助于让学生真正掌握课本中的内容。有了前面慕课等网上教学的课前准备，新型的课堂教学模式不再是教师照着书本，一字一句教授给学生知识。教师需要根据课前教学视频做一个整体的知识结构图，使学生从整体上把握整个知识体系，引导学生从更高层次看待课程内容。基础知识的讲解不再是课堂的主旋律，师生将更多的精力放在重难点知识的掌握上。教师组织学生进行团队讨论，让学生之间进行思想碰撞。例如可以将学生随机分组，选出组长，先让每组同学对重难点知识或典型案例进行讨论，再形成综合意见。然后让每组以PPT形式互相汇报学习情况，在小组间进行讨论。整个过程中教师可以参与到讨论中，引领和帮助学生理解问题。学生在团队间的自评与互评有助于他们对问题进行反思总结。精密机械设计这门工科课程未来必将应用到工程实践中，而一个大的工程绝对不是由某个人就能独立完成，必将需要团队的合作，小组讨论这一教学模块正好培养了学生团队协作的能力。

精密机械设计这种工科性质的课程更加注重学生的实践能力。课堂上教师可携带相应的教学磨具，让学生通过组装和拆卸，完成一些创意性的实验，提高学生的动手能力。在课后，教师可以在讲解的基础上，引领学生去机械加工现场进行现场教学，鼓励和帮助学生参与相关的科研创新项目。

课堂教学模块的重点在于培养学生的思辨能力，时常鼓励学生思考、猜测、认可或者存疑，使学生养成独立思想和与人交流表达的能力。MOOC+翻转教学模式应用于实际教学，应从学生的学习状态、兴趣反应、学习效果等多方面进行分析研究，发现问题与不足，并予以改进，从而不断探索更加适合学生的创新教学模式。

（三）成绩考核方式的转变

在传统教学评价中，学生的上课表现、期末考试成绩等是主要的考核标准。但MOOC背景下的翻转课堂教学和传统教学有很大区别。它采用线上与线下相结合的方式进行教学，更加注重培养学生自主学习和参与实践的能力，教师仅仅充当伙伴的角色，满足学生学习过程中的互动及情感交流需求。过去那种应试教育模式为主的考核方式需要被打破，创建更加综合全面的评价体系，即对学生的考核应贯穿于该课程的整个线上和线下学习过程。线上学习评教主要通过网络数据采集学生学习进度、学习成果等相关信息，评估学生的课前准备情况。线下学习评教通过对学生课堂发言、团队互助以及参与实践的情况等进行评估。例如精密机械设计课程总成绩可以由四部分组成：（1）学生对线上教师指定视频的观看情况以及对相关仿真软件的运用情况。（2）学生课堂上小组讨论以及回答问题的表现。（3）学生课后小测试以及期末课程论文的完成情况。（4）学生课后实践探索、理论联系实际的能力。新考核体系包含了理论知识运用能力、独立思考能力和团队合作能力等多方面内容的考查，能够全面反映学生的综合素质。

四、结语

对精密机械设计课程采用MOOC+翻转课堂模式教学，改变了传统的“以教师为中心”的教学结构，构建了一种新型的“教师主导、学生主体相结合”的教学结构，可以调动学生对专业课程学习的积极性和学习热情。这极大地提高了学生的工程设计思想、实际动手能力和创新能力，也提高了学生的团队协作与开拓进取的意识。精密机械设计精品课程的发展促进了相关专业课程的教学改革，从而提高了仪器类专业的教学水平，建立了“科学引领工程、工程引入课堂”的人才培养新模式。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 许贤泽，戴书华.精密机械设计基础[M].北京：電子工业出版社，2015：9.

[2] 夏岷.浅谈精密机械设计基础课程教学思路[J].新课程学习（中），2012（6）：105.

[3] 郭伟锋.“互联网+”时代的大学英语教学策略研究[J].学周刊，2019（18）：7.

[4] 侯艳.慕课在高职英语翻转课堂中的应用研究[J].科技风，2019（14）：23.

[5] 郭万明.基于翻转理念的法学专业课程混合式教学探究[J].大学教育，2019（5）：138-140.

[6] 李永新，王琪民，俞巧云，等.《精密机械设计基础》课程教学体系的整合及其教学思路[J].教育与现代化，2004（4）：52-56+61.

[7] 崔志刚，马素霞.动画仿真技术在理工科多媒体教学中的应用研究[J].经济师，2015（8）：223-224.

[责任编辑：钟 岚]