《机械制造装备设计》课程翻转
——课堂教学模式探索与实践

李永强

（兰州理工大学技术工程学院，甘肃 兰州730050）

1 翻转课堂教学模式分析

1.1 背景分析

翻转课堂是指利用现代教育技术与手段将教师授课全部资源实现在线教学平台覆盖，学生基于网络平台进行线上学习与交互，同时以线下的师生定期交互为补充，实现知识内化的一种教学形态[1]。作为改革传统教育教学模式的一种方法和措施，翻转课堂近年来在各阶段教育教学过程中的应用日趋广泛。

国内教育界对翻转课堂教学模式及相关形式的教学引入及应用的研究与分析关注较多，如微课、慕课、精品课程在线等主流形式[2]。卜彩丽、孔素真等人基于中国知网的平台数据从文章数量、期刊分布、高产作者、高被引论文、研究主题、研究热点六个维度，定量分析了我国翻转课堂的研究现状和特征[3]。从数据的分析结果来看，近几年翻转课堂教育教学模式在高等教育领域，尤其是工程应用类专业领域已成为一种主流的课程教育教学改革模式之一，同时，随着高等工科教育学校类型和层次面向性的不同，在基本构架类同的前提条件下，开放性和多样化的研究与实践初露端倪，对课程体系的建设和教学的过程与效果产生了一定有利的影响。

1.2 教-学角色的功能重定位

从教育教学体系的来分析，美国研究者Noora－Hamdan等认为翻转学习的四个要素分别是：灵活的学习环境、以学生为中心的学习文化、精心设计的学习内容、专业能力强的教师。南京大学张金磊认为翻转课堂教学模式的关键因素包括：教师角色、教学视频、个性化协作式学习环境、课堂活动设计[4]。

第一，教师全方位教学服务的凸显。翻转课堂将“以教师讲授为中心”的导向性教学模式变成了“以学生有效获取知识和应用训练”的自发性交互学习模式。教师从传统课堂中的学习指导者和促进者变成了教学资源交互平台的设计者和服务者。

第二，自主学习方式的回归。一方面，学生获得了在一定学习时段内的学习自主分配权限，利于学生个性化的学习方式选择和时间分配；另一方面，学生需要面对数倍于传统课程教学模式下知识体量的认知、消化和再组织，以把教学内容内化成自己的知识和能力。

第三，教-学各自工作重心的革新。教师将教学构架和设计的重心倾注在课下教学资源平台的建设和服务。学生将学习的重心集中到了基于教学资源平台的自学、总结和拓展。授课阶段的主旨是师生就重点和争议观点交流、学习成果交流和学习效果展现。

1.3 教学过程的重新构建

从教育教学的执行与过程来分析，翻转课堂关注的核心问题在于如何通过教学过程的系统化完成所搭建教学资源平台对学生知识内化的高质量转化。因此，在过程中如何服务和评价对学生主体性的充分发挥至关重要，这需要对学习的服务过程重新构建。

第一，面向单元知识体系和资源的构建和组织。教学内容的拆解最终以知识点的单元模块体现。以教学目标实现为结果导向，背景知识的交代，与前后知识体系的关联，重点内容的分析、拆解与展现，认知思路和方法的梳理、展示，应用案例的列举与剖析，拓展资料的建议等系列内容最终通过各单元知识体系联合在一起。

第二，学生自主学习的预期、规划和实现。独立学习能力是学习者应该具备的重要素质之一[5]。翻转课堂教学质量的保障建立在学生一定自学能力的基础之上，教师对学生资助学习能力培养和提高的导向和督促需面向课程学习的全过程。

第三，学习团队作用的发挥。协作学习是个体之间采用对话、商讨、争论等形式充分论证所研究问题，以达到学习目标的途径。团队学习是翻转课堂另一个核心的基础，学生在学习团队中对目标知识的观点认知、学习方法及应用交互是必要的，是独立于于教师提供资源平台学习的另一种重要途径。

第四，学习成果的交流与反馈评价。学生经过独立探索和协作学习之后，必要的展示是成果的交流与反馈评价的有效途径，形式可多种多样，如现场展示分析、观点辩论及应用拓展案例等。

2 课程体系的构建及教学资源建设

以兰州理工大学技术工程学院机械设计制造及其自动化专业机械制造装备设计课程为例来分析和说明。

2.1 课程内容是选择

机械制造装备设计是机械设计制造及其自动化专业的核心专业课程，课程内容以金属切削机床、工业机器人等制造装备的总体设计、动力与传动设计、核心及典型零部件系统及辅件设计为载体，分析和探讨对于机械制造装备从整体到局部的通用、专业设计方法和思路，也以此为基础向通用装备的设计拓展。随着“工业4.0”、“中国制造2025”等工业理念的持续改革与推进，面向智能制造的发展趋势，传统制造装备与现代制造装备传承及共性的方法与思路，优化及改进的方法与思路，基本的设计与计算理论等，都是本门课程所关注的内容。

2.2 课程资源平台的建立

（1）基础性教学资料的提供

基础性教学资料包括：课程学习指南、课程学习背景素材、课程教学单元体系构架等导学性课程资料，课程教学大纲、教案和讲稿等规范性课程文件，以及教参资料和教学团队支持与服务相关的信息。

（2）教学视频的组织

教师细分教学单元录制的教学视频是课程资源平台建设和组织的重心，其主要包括教师对单元教学目标设定的体现，内容的组织与讲解，经验与方法的细化，案例的应用与分析，以及根据学生学习层次定制的多层次针对性解析等。综上所述，教学视频应具备传统课堂讲授模式过程中的全部内容，甚至包含对学生提问和导向性问题的设定。

（3）在线针对性助学内容的提供

作为对教学视频的有效补充，基于课程学习平台，一方面，关联设置一些如概念性问题、简单推导及易混淆问题的正误判定等不同类型的题目，是有助于学生判研学习效果的。另一方面，基于教学经验的积累，对经验性的敏感教学点（如往届学生集体性或有特点的误区、难点等）设定的学习材料是有必要的。

（4）全方位的学习支持体系的构建

师生主体在日常登录课程学习平台的时段及终端条件差异影响，学习平台上功能完善的实时交互功能的使用不能满足全方位的需要。第一，教师团队面向班级或学习小组单独搭建主流的网络实时通讯平台（如QQ群和微信群）是必要的；第二，师生电话或面对面答疑的时间和频次应保障；第三，学习小组内部必要的交流和成果展示分工等时间和频次需充分考虑；第四，基于特定教学内容的生产或实验现场观摩安排是必要的。以上，甚至更多的形式有效保障了学生学习支持体系的构建。

（5）提供拓展性资源

课程翻转的学习模式，势必会有效调动学生自主学习探究的欲望。尤其对部分优秀的学生，在独立探究或协作学习阶段，往往会触及到更深、更广的知识内容。通过向学生提供国内外院校、研究机构、企业的公开课、研究成果及相关技术信息，可以开拓学生知识范围，提升学生的行业视野，甚至培育科研和技术应用基础，实现分层次培养。

3 课程应用成效及改进

3.1 课程应用成效分析

课程的教学实践自2016年起至今，以学生最终考核成绩做参考（随机取样学生数均为40），同年同级横向比较如图1所示，试点班级按年度纵向比较如图2示，从比较结果来看，翻转课堂教学模式对该课程的学习成效提升促进作用明显。

图1 学生成绩同年同级横向比较

图2 试点班级按年度纵向比较

3.2 教学改革应注意的问题

（1）发挥教师的学习调度与督导作用

在线上，网络学习平台使用最大的优势之一是数据统计和分析的及时性，教师对各教学单元所提供教学资源可作明确的任务要求、时间节点控制以及质量评价。基于平台的数据统计和反馈，及时发现学生学习过程中出现的问题，及时调整和导向是过程管理和服务至关重要的一环。

在线下，面向集体或小范围的学习交互与成果展示过程中，问题发生的随机性较大，如问题表述或分析的不全面，出现重大理解偏差或者结论困难及异常等问题。教师团队现场问题的纠错和导向机制建立需基于经验充分准备。

（2）注重过程性与形成性考核

根据课程性质的不同，考核方式不同，机械制造装备设计设置为考试课程，课程最终成绩由形成性考核（过程考核40%）和终结性考核（闭卷考试60%）两部分组成。其中，针对学习过程的考核和判定对学生学习的促进作用占据主导。

在课程教学的实践中，课程的过程性考核面向两方面，六个部分：

在线下综合方面的考核包括出勤（20%）、作业（10%）、发言者交流讨论过程的综合表现（20%）。在线学习方面的考核包括视频观看的完整性和及时性（20%）、学习与讨论总结资料（20%）、在线作业与小问题完成（10%）。

（3）保障动态成绩管理的时效性

形成性考核各项组成的成绩管理严格按照教学进度进行控制与导向。如线下综合包含的各项成绩每周评定并记录一次，即时上传系统，最后取各自加权平均值；如在线学习各项按标的的时间节点控制，系统自动提醒、评定和记录。

4 结论

第一，通过对翻转课堂教学模式在应用技术大学专业课程教育教学方面的实践进行研究综述分析，表明该模式在工程教育课程教学改革领域研究及应用广泛。

第二，以翻转课堂教学模式在“机械制造装备设计课程”的实践应用为例，发现在课程应用体系构建和课程应用成效及改进方面，翻转课堂教学模式对提高学生最终学习成效具有一定的作用和意义。