精密机械课程教学改革与人才培养探索

许贤泽　徐逢秋　鲁兴

[摘 要]随着教育科技的不断改革，高校必须加强对学生综合素质的培养。文章以仪器科学与技术学科为主题，针对精密机械设计课程教学现有的弊端，将慕课+翻转课堂的教学模式引入精密机械课程教学中，探索一种基于“互联网+”的教学方式，以激发学生的自主学习能力与创新能力;并将传统课堂教学与国家精品在线MOOC教学有机结合，建立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]教育科技;综合素质;慕课+翻转课堂;创新能力

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2021）11-0150-03

当前，全球正面临着新一轮的科技革命、产业变革，如何培养推动和引领未来技术、和经济社会发展的高素质人才是高校教学面临的首要问题。精密机械课程作为工科专业中一门综合性强且应用面广的技术基础课，是许多工科生走进社会生产前必学的课程。该学科涉及面广，与材料学、数学、力学等多门学科有直接或间接的联系，有助于培养适应社会需求的复合型人才[1]。但目前的精密机械课堂教学模式较为单一，大多局限于书本知识传授，学生缺乏主动创新能力，墨守成规[2]。因此，探索一种培养高素质人才的教学模式成为当前教学工作者关注的焦點。电子信息学院测控技术与仪器系依托精密机械设计慕课+翻转课堂教学模式研究计划，尝试改变当前的课程教学模式，通过开设相关网络教学和整合目前部分已有的实践性教学课程，在学生素质培养上提高他们的自学能力和思辨能力，同时也提升仪器仪表类学科的教学质量，使本专业的学生能更快地适应当前社会相关岗位的就业需求。

一、精密机械学科现存教学模式弊端分析

现代的精密机械系统，往往是以机械学为主体，辅以材料学、力学、电子学等学科知识，可以说是集机、电、光、算为一体，体现了现代新型技术科学之间的交叉融合。要培养好的精密机械专业人才，大学相关学科课程体系的设置就显得尤为重要。传统的课堂教学主要依靠书本上的知识点进行授课，很难培养出真正的高素质人才。它主要存在以下弊端。

首先，精密机械学科作为工科生需要掌握的基础技术门类之一，它涉及的知识面广、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、电子学和计算机辅助设计等多门课程进行学习。虽然大多数高校开设的课程基本涵盖了上述所有课程，但这些课程的课堂和实践教学相对独立或者略显零散，并没有有机地结合在一起，为精密机械学科服务，导致学生在学习中难以理解精密机械课本某些的理论知识，更难以想象它们在实际工程中的具体用途，这在一定程度上也会削弱学生学习的积极性。

其次，精密机械学科的发展与人类文明紧密相连，大致有古机械发展阶段和近现代机械发展阶段。古时有车轮、齿轮等，这些精巧的机械大幅度提高了人类的生产力。近现代以来，随着传感器技术、微电子技术、电子电路技术等学科知识的融入，精密机械学科体系变得越来越庞大、复杂，机械设备也越来越先进，例如可以达到微米级精度的半导体光刻机、可以送人上天的航天器。学科的教学内容也应该动态适应社会的发展与需要。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。如何跟踪科学的发展的前沿，舍弃陈旧，接纳新鲜内容，也是精密机械学科基础课程教学中需要思考的问题。

最后，合格的工程师需要具备自学能力、表达能力和团队协作能力。传统的填鸭式教学中，教师依照课本的思路将知识教授给学生，由于课堂教学时间有限，学生很难有机会独立思考知识点，更没有机会进行团队合作与锻炼自己的表达能力。这样培养出来的学生难以直接胜任工程师的岗位，更难以成为推动和引领未来技术、产业和经济社会发展的高素质人才。

二、慕课+翻转课堂教学模式应用于精密机械学科教学的可行性分析

随着国家进一步深化全国教学改革工作，一些新的教育理念逐渐被引入高校课程教学中。我们追求一种新的师生关系，教师不再是知识的独裁者，而是知识的引导和设计者，学生在学习中处于主体地位，拥有独立思考和探索的能力。目前“互联网+”在日常生活中的深入渗透，一种借助于网络的线上视频教学与线下课堂教学相结合的模式逐渐兴起[3，4]，即慕课+翻转课堂的新型教学方式。它满足了改革需求，有助于培养一批具有独立思考问题、分析问题、解决问题的高素质人才。慕课（Massive Open Online Courses ，MOOC）实质上是一个资源共享平台，里面汇集了来自世界名校的公开课，并且其教学范围覆盖很多学科领域，例如哲学、物理学、电子学等，满足了社会各行各业的知识需求。“翻转课堂”则是一种颠覆传统课堂教学秩序的新型教学模式，强调学生在课前应进行基础知识的自主学习，教师在课堂上主要对重难点知识进行讲解，让学生参与到知识的探索与讨论中。这种颠覆课堂的教学模式有利于培养学生的思维能力和创造力。如果将慕课与翻转课堂进行有机的结合，使教与学不受时间、空间的限制，同时改变传统课堂教学单一的知识灌输模式，可发展学生的思考探索的能力。慕课+翻转课堂教学模式是基于信息技术的一种新型的有效的教学模式，虽然目前国内外高校对于翻转课堂的研究较多，但国内大多都是针对计算机或英语等公共基础课程，而针对像精密机械这类实践性、专业知识性都很强的专业课程的研究较少。因此为推动高校教学改革、培养新时代工科人才，必须加紧进行相关的研究和探索。

慕课+翻转课堂的教学模式可以应用在精密机械学科的教学中。首先，其教学资源丰富，目前国内外涌现出一批精密仪器类课程的经典教材及配套视频，教师也可以结合教材的理论知识，将多学科知识进行整理和编辑相关的多媒体课件供学生课前学习和观看，更有利于学生了解多学科的知识，进行融会贯通。这种视频教学使学生对知识有更加生动形象的认识。其次，翻转课堂教学模块将基础知识的学习放在课外，而重点在于学生的答疑、讨论，培养学生的思辨能力，时常鼓励学生进行思考、讨论、互评，培养学生独立思索、与人交流沟通的能力。这种独立思考、学习的能力正是一名合格的工科人才必备的素质。慕课+翻转教学模式应用于精密机械教学，还需要从学生的学习情况、兴趣反应、实际效果等多方面进行分析研究，发现问题，并予以更正，从而不断探索与改进这种新型教学模式。

三、慕课+翻转课堂教学模式在精密机械学科课程教学中的应用实践

（一）课前教学模块的教学策略

课前教学的目的是促使学生掌握精密机械的基础知识，同时能够追踪最前沿的仪器仪表的发展现状。机械设计中众多机械的结构较为复杂，学生难以仅仅通过课本或视频中的文字就能较好地理解相关知识。学生可以通过慕课平台观看名校老师的生动讲解，或者任职老师通过查阅不同学科的文献，总结互联网上关于精密机械的经典的教学视频，将视频进行编辑融合归纳，以《精密机械设计》课本为主线，穿插不同学科的知识点，加入自己的观看体会，视频结尾引入目前最前沿的机械设计的相关技术，将整个视频编辑成精品课程上传至慕课平台或互联网移动端，让学生自主学习、随时观看。如果条件允许，可带领学生使用三维虚拟仿真软件或者动画仿真技术[5]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，对精密机械仪器等有一个更直观、系统的把握。在视频课程中，可以在关键处设置思考问题，等待学生回答完思考问题，视频才能继续播放，这样有利于监督和督促学生对课前视频的观看。

（二）课堂教学模块的教学策略

有了前面慕课等网上教学的课前准备，课堂的导入阶段，教师不再需要照着课本，一字一句地教授学生知识。教师根据课前教学视频中整体的知识框图，能够有机地将各个知识点结合起来，使学生从整体上把握整个知识体系。或者通过动画仿真实例或小型的教学模具，让学生将理论与实际相结合，在实践中感受知识点的存在，更有利于加快他们对基础知识的理解和回忆。例如对机械伺服系统进行介绍时，教师可以带一个小型的精密机械传动装置，指出它的齿轮、螺杆、螺母、直线运动导轨等组成部件，并延伸到它的结构组成、工作原理等知识，最后可以通过PPT展示出该系统在实际中的应用，这样一个小型装置系统便可将多种基础知识进行串联讲解，提高课堂效率，寓教于乐。

完成了课前的引导环节，教师需要设计课堂讨论环节。精密机械这类工科知识未来必将要应用到工程实践中，而现实中一个庞大的工程项目必然是依靠一个强大的科研团队协作完成的，例如我国的新飞机、北斗卫星系统等绝对不是由某个人能独立完成的。精密机械学科的教师可以依照翻转课堂的教学模式，在设计课堂活动时，充分利用情境、 协作、讨论等要素充分发挥学生的主观能动性，提高他们的思维能力。并且在协作学习中，使其学会团队协作，集思广益优势互补，共同提升科研实力，推动项目发展。这样的课堂模式有助于培养工程师的必备素养。

课堂讨论与探索环节应由教师选择一个重难点问题，采用小组讨论 +自由发言的形式进行。首先，教师要设计出学生自由讨论的项目，激发学生展开自由讨论的热情和兴趣;之后开展相关的讨论，例如可以根据学生的学习情况进行搭配分组，选出讨论组长，让每组学生对重难点问题或典型案例进行讨论，再形成综合意见。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。教师在引导学生讨论与探索问题时可陆续引出类似精密机械设计中的问题，让学生学会举一反三，归纳出解决该类问题所需要的知识点。最后，教师提出一些探索性、开放性的问题，由学生规划设计内容，包含方向选择、解决途径等，留给学生课后进行讨论学习，既能启发思维，锻炼严谨的态度，又能培养合作意识。在课堂尾声，学生需要对自我学习表现进行评价和对他人表现进行评价。学生的自评与互评有助于他们反思、总结自己的优缺点，而教师要学会采用评价的方式对学生进行鼓励和肯定，两者结合有利于促进新型教学模式在精密机械学科中运用成效的提升。

（三）课后环节的安排

慕课+翻转课堂的课后环节不再布置过多的课后习题，而是根据学生课前准备情况、课堂讨论效果来布置课后作业。学生可以采用慕课网络平台的课程讨论区及微信群来反映学习中遇到的难题，通过百度、小木虫等方式寻求解答，保证教师可实时掌握学生的学习情况。如果条件允许，教师可以在讲解的基础上，带领学生去精密机械现场进行观摩，鼓励学生参与机械设计相关的科研创新项目，将教师的科研项目或创新项目引入精密机械课程教学中，使学生能够在科研中主动发现问题、分析故障原因、提出自己的想法。与理论课相比，学生更愿意在实践中进行学习，并在参与的过程中能够深入地理解所学的理论知识，而不是纸上谈兵，有助于教学效果的进一步提升。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全过程。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.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.课堂上小组讨论以及回答问题的表现;3.课后小测试以及期末课程论文的完成情况;4.课后实践探索、理论联系实际的能力。这一新的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，能够全面反映学生的综合素质。

四、结语

基于“互联网 +”的线上与线下教学相结合的模式，有助于教师在课堂上培养学生的独立思考和创新能力，也提高了学生团队协作与开拓进取的意识。它是教学改革的一种有益尝试，促进了教师教学方法的改革与教学质量的提升。慕课+翻转课堂的教学模式也可应用于其他工科相关专业，提高工科学生的整体素质，建立一种新型的师生教学关系。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 许有熊.关于精密机械学基础课程的教学探讨[J].科教文汇（下旬刊），2012（12）：60-61.

[2] 馬惠萍. 加强学生创新能力培养的“精密机械学基础”课程教学研究与实践[A]//黑龙江省高等教育学会.深化教学改革·提升高等教育质量（上册）[C].哈尔滨：黑龙江省高等教育学会，2015：338-342.

[3] 张文霞，宋微.基于“互联网+”的教学模式实践与探索[J].产业与科技论坛，2016（1）：187-188.

[4] 吴忠良，赵磊. 基于网络学习空间的翻转课堂教学模式初探 [J].中国电化教育，2014（4）：121-126.

[5] 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.

[6] 许贤泽，徐逢秋，鲁兴. 精密机械设计MOOC+翻转课堂教学模式研究[J].大学教育，2020（6）：60-62.

[责任编辑：刘凤华]