基于中试和实践基地的机械基础课程“翻转课堂”教学探索

邓红 孟永宏 赵武奇 黄小丽

摘要：机械基础课程是一门对工科学生的动手能力、理解能力和实践协作能力要求较高的专业技术基础课。为了培养师范大学食品工程学生的实践动手能力，发挥个人学习的积极性和潜能，在学校已有中试试验室和实践基地的基础上，将翻转课堂教学模式引入该课程的部分教学过程中，增加学生课堂参与互动和课前课后实践认识时间，了解真实工作场景，转变教师学生角色，以培养学生终身学习的能力，实现新模式下学生学习方式的改变和工科素质能力的提高。

关键词：机械基础；工科；实践；翻转课堂；教学

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）48-0177-03

作为影响当代课堂教学质量和效果的重大技术变革之一，翻转课堂（Flipping Classroom Model，以下简称“FCM”）教学模式在美国的出现和成功施行[1]，得到了世界范围内的热烈响应和广泛实践，成为近年来全球乃至中国教育界关注的热点。

目前，翻转课堂并无严格定义，有学者[2，3]认为“翻转课堂是一项包含课堂内交互群组学习活动和课堂外基于计算机的个性化教学的教育的技术”，而中国国内学者普遍认同的是“翻转课堂就是由教师创建视频，学生在家中或课外观看视频讲解，回到课堂上师生面对面交流和完成作业的一种教学形态[4]。”

虽然翻转课堂教学模式引入中国时间不长，但大量实践研究数据显示，通过这种FCM模式的实施，课堂教学质量和教学效果得到大幅提升，学生的学习兴趣及能力得到加强[5，6]。这种基于“慕课”（Massive Open Online Courses，简称MOOCs）[7，8]、强调“互动与反馈”、倡导建立“在线学习社区”的教育方式和理念，将理论教学和实践锻炼融为一体并相互促进的方法，对于师范大学工科“机械基础”这门实践性强、理论知识点相对集中的专业课程的教学改革极具借鉴意义和应用价值。

此外，随着网络技术与通信技术的不断发展，“微课”也应运而生，为微型化、移动化和碎片化学习提供了一种新的形式和途径[9]，并成为当前我国教育信息化资源建设重点和研究热点；微课在激发学习者的学习兴趣、保持学习过程中的注意力方面有很好的效果，也值得本课程采纳和应用。

“机械基础”是食品工程专业一门重要的理论与实践并重的技术基础课程[10，11]，主要包括工程力学基础、机械零件常用材料与热处理、常用传动机构等内容，通过该门课程的学习可以使学生具备一定的机械基础理论知识和技术应用能力，为学生从事工程、制造等相关工作打下基础。

正是由于本课程的实践性强且理论知识点相对集中，更有必要开展翻转课堂教学模式改革。考虑到全部内容进行翻转课堂教学的备课工作量非常大而教学时间又有限的问题，本研究在已建成精品课程网站的基础上，进一步完善教学视频，建设微课资源，并选取了连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、带传动等部分内容实施翻转课堂教学，利用学院的校内中试试验室和与企业联合建成校外的教学实践基地探索机械基础专业课程的“翻转课堂”教学模式，以实现新模式下学生学习方式的改变和工科素质能力的提高。

一、完善课程教学资源，提高课前学习的效果

由于“翻转课堂”教学模式需要学生在课前通过各种媒体形式（如智能手机、电子书包、平板电脑、电子课本等）进入学校的教学资源平台来在线观看教师创建的视频等资源，以完成机械基础知识点的学习，所以特别需要制作包括教学内容、重点分析、例题解答等短小精悍的微课资源来满足学生可多次重复观看且不受时间和地点的限制的学习要求。微课是以阐释某一知识点为目标，以学习或教学应用为目的的创新知识载体形式，微课是实现翻转教学的理想载体，更是实现优质教学资源整合共享的有效方式[12]。

本课程在已有的讲授每章教学内容视频基础上，将连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、带传动各章按照知识点分成不同小节制作5～10分钟的微课视频[13]，按照“问题引导”、“观看视频”、“问题解决”的课程设计来讲解每节课程内容并分析重点难点，在内容的讲解上力求循序渐进、知识体系清晰完整且通俗易懂；同时配套录制课后练习、例题解答、实际应用等内容的微课视频；也可采用借鉴共享或购买其他一流大学机械相关内容的慕课（MOOCs）资源的方式来丰富“机械基础”课程教学。

以“四杆机构”为例，根据教学目标，利用实际生活和生产中的例子（如缝纫机、起重机的吊臂等）录制机构运动视频，引入平面四杆机构的基本构成，激发学生的兴趣；在此基础上制作平面四杆机构的三种基本类型（曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆）与判别方法的三维模型（学生可操作该模型来完成四杆机构知识点的学习），最后再录制平面四杆机构三种基本类型在生产生活中的应用实例（破碎机、雨刮器等）及滑块机构等的微课视频。学生在课前学习中将不懂或难以理解的内容（比如四杆机构的演化）及时通过网络讨论学习平台反馈给教师或记录下来，为课堂教学的讨论和重难点解析做好准备。课程改革就是通过案例教学、教师点评与分析、微型教学视频等缓解工科专业课程学习比较枯燥的问题，通过引进高水平的慕课资源来强化知识点，以很好的完成目标任务。

当然，制作出对学生吸引力大的专业知识微课视频是本课程改革成功的一个关键问题，需要与我校新传院其他录制、剪切、排版等专业的教师通力协作才能完成。同时要进一步考虑到移动终端的特点，可进行专门的基于APP的移动学习方式的教学视频开发，以便更好地发挥现代信息技术的优势。

二、利用中试试验室认识实习，加强学生对机械设备的感性认识

由于师范院校工科专业学生的实践机会少，所以食品专业学生非常缺乏对常用机械的感性认识；加上本身的识图能力不熟练，所以“机械基础”的学习对大多数学生而言还是比较困难，尽管课程有教学视频相关的三维模型包等资源可供学生下载，但远不及实地学习来得直接生动和印象深刻。

本课程在课前带领学生参观食品工程中试试验室，利用学院建设的苹果浓缩汁传统与创新工艺生产线、酸奶和纯净水生产线、果醋果酒发酵与焙烤食品生产、茶多酚等天然产物提取单元操作、冷冻冷藏库等认识相关章节的主要设备以及运行过程，并在后续参与各种食品产品生产的过程中巩固机械设备理论知识。

以带/链传动为例，课前参观认识苹果加工生产中试线上的原料带式输送机、带式压滤机、冷破碎设备等，现场讲解工作原理，认识不同材质与型号皮带的类型，同时录制设备运行微视频供学生观看、自学，并通过“在线学习社区”将问题反馈给教师，进行课外线上的“互动与反馈”。在课堂的教学中集中回答学生提出的问题，有针对性的对部分知识难点进行透彻讲解，可举例说明，以使学生完全理解；再通过测试等方法巩固知识点。通过这样的课前课中学习，可增加师生的交流和探索，解决学生自学所无法理解的问题，提高课堂效率[14]。

三、提前进入实践基地认识实习，提高学生对机械设备的理解和应用能力

针对学院实践性教学环节时间安排在大四，与实际教学时间存在不一致的问题，本研究引入了课程实习认识环节，利用周末无课时间将学生分组分批由教师带领到学校周边的实践基地——不同的食品机械设备制造工厂或大型食品加工企业（如三角防务机械设备公司、西飞公司、雨润食品、方欣肉制品公司等）进行认识实习，使学生对金属切削加工、热处理、精铸生产线、检测设备、机械传动、常用食品加工机械等有了比较深入的了解，更好的理解课堂讲授的基本理论知识。实习中，学生们采用了看、问、亲自动手等方式，真正领悟到“学无止境”的内涵。同时，课程还邀请西安鼎合机械制造公司技术工程师在课堂举办食品生产设备制造专题讲座，就果品加工、粮油加工等常用机械设备实际问题进行讨论交流，这种面对面的知识碰撞对学生的学习兴趣产生极大的冲击，增强了学生理论联系实践的想法，也拓宽了学习的视野。

这种课后真正到达机械制造业第一线的认识实习，不仅使学生对理论有更透彻的理解，还了解了制造业的发展状况、发展趋势和发展方向，对于21世纪机械制造业的全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造等方面的认识给学生一种英雄大有用武之地的自豪感。这些活动同时也使学生了解到优秀的企业理念和文化的实质含义。

古云：“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。通过调整实践时间和场所，增加课前课后实践认识时间，利用实践性教学环节，将课堂教学与实践认识相结合，一方面会使学生认识到自己所学知识的肤浅和专业知识的匮乏，激发起学生求知欲，另一方面这种教育方式能够更好地运用所学知识，在实际应用中对理论的广度与深度也掌握的更全面[15]。

当然，在机械基础“翻转课堂”的教学中，课堂除了解决课前的疑惑，也非常注重课堂知识的内化与学生问题的分析解答。除了采用动画演示、情景模拟外，更以案例分析的形式检查课前知识学习情况，重视创立一种以“小组合作、任务驱动、自主学习”的形式展开研究与讨论，用实际应用案例布置学习任务，调动全体学生的积极性，让每一名学生都参与到课堂讨论中；并积极引导学生创新性思考和进行深层次的讨论，鼓励每个学生积极发言、展示，将课堂互动引向更高层次，达到知识掌握与应用的有机转换。课后整理主要的问题与分析解答，编辑总结学生课堂成果展示，将其分享到学习平台或微信、QQ群等，使课前、课中、课后学习系统化。利用慕课、微课等建立“在线学习社区”和学生利用QQ等工具进行课外线上的“互动与反馈”，更利于发展学生深层次认知能力，提高学习效率。

同时，改革学生课程成绩考核评价也势在必行。本课程将逐步建立和完善“评价主体多元化、评价内容实践化、评价形式多样化、评价指标定量化”的学生成绩评价体系。本课程的评价主体为四个，即任课教师（权重45%）、实习实训指导教师（权重25%）、学生自评（学生间互评，权重20%）以及企业行业专家（权重10%）。学生课程成绩评价分为终结性评价20%、过程性评价60%和创新能力评价20%三部分。这种新的评价体系注重能力评价，使评价体系由静态评价走向动态评价，有利于教学质量和学生工程能力的提高，更好地体现翻转课堂的效果。

总之，通过翻转课堂的实践，增加了学生课堂的参与互动，大大提高了学生的学习效率，增强了他们的学习兴趣，教师的指导更具有针对性，真正实现了机械基础课程的分层教学和个性化教学。通过中试试验室和校外实践基地的认识实习，理论联系实际，教会学生如何利用书本以外的知识，不仅拓展了知识面，还大大提高了分析问题和解决问题的能力，为毕业环节的生产实习和学生核心能力的培养打下了良好基础。

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