許賢澤 徐逢秋 魯興

[摘 要]為了提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)高素質(zhì)的工科人才，針對精密機(jī)械設(shè)計(jì)工科基礎(chǔ)課傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式產(chǎn)生的諸多弊端，武漢大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)結(jié)合現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)與多媒體技術(shù)，將傳統(tǒng)課堂教學(xué)與國家精品在線MOOC教學(xué)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建多樣的知識(shí)獲取途徑和多元師生交流方式的混合式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力，提高儀器類工科專業(yè)的教學(xué)水平。

[關(guān)鍵詞]在線MOOC教學(xué);混合式教學(xué);創(chuàng)新能力

[中圖分類號(hào)] G642.421 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2020）06-0060-03

精密機(jī)械設(shè)計(jì)是儀器類專業(yè)的一門綜合性強(qiáng)且應(yīng)用面廣的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講授精密機(jī)械和儀器中常用的機(jī)構(gòu)和零部件的工作原理、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、設(shè)計(jì)方法等多方面知識(shí)[1]。該學(xué)科涉及面廣，與物理、數(shù)學(xué)、材料力學(xué)、電子技術(shù)等多門學(xué)科有直接或間接的聯(lián)系，可以促進(jìn)學(xué)科間的交叉融合。近年來，隨著科技和工業(yè)的高速發(fā)展，精密機(jī)械制造在越來越多的領(lǐng)域有重要的應(yīng)用，如航天航空零件的制造、半導(dǎo)體加工領(lǐng)域等[2]。我國發(fā)布了《中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》和《中國制造2025》等文件，國務(wù)院明確制訂了發(fā)展精密制造相關(guān)技術(shù)的工作目標(biāo)。為了順應(yīng)國家的發(fā)展需要，精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程也需要構(gòu)建一種新的教學(xué)模式，改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)的沉悶局面，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高其思維能力和創(chuàng)新能力，促使本學(xué)科的學(xué)生投入國家精密機(jī)械制造的發(fā)展潮流中，為國家的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

一、MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

“慕課（MOOC）”是“大規(guī)模開放式在線課程（Massive Open Online Course）”的簡稱，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)資源共享平臺(tái)。它在中國受到了極大的關(guān)注。不僅國外的慕課平臺(tái)涌進(jìn)國內(nèi)，國內(nèi)也組建了多種慕課平臺(tái)，并積極推向全球，國內(nèi)一些高校都結(jié)合本校優(yōu)勢學(xué)科，推出了多樣化的面向全球?qū)W生開放的慕課課程。慕課教學(xué)范圍覆蓋很多學(xué)科領(lǐng)域，例如經(jīng)濟(jì)學(xué)、哲學(xué)、法學(xué)等其他人文學(xué)科領(lǐng)域，也包含了物理學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣工程等理工科領(lǐng)域[3-4]，滿足了社會(huì)各行各業(yè)的知識(shí)需求。武漢大學(xué)精密機(jī)械設(shè)計(jì)MOOC課程在2017年被評為國家精品在線開放課程，開課六期，選課人數(shù)超兩萬人。慕課（MOOC）的應(yīng)用使教與學(xué)不受時(shí)間、空間、地域的限制，學(xué)生知識(shí)獲取方式發(fā)生了根本性變化，只要想進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)，隨時(shí)隨地都能學(xué)習(xí)到一流名師的網(wǎng)上教學(xué)課程，這種教學(xué)模式的出現(xiàn)適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的需求，頗受學(xué)生、教師的喜愛。

翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom）也可譯為“顛倒課堂”，即重新調(diào)整課堂內(nèi)外的教學(xué)時(shí)間和教學(xué)內(nèi)容。相比于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，學(xué)生將基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)時(shí)間轉(zhuǎn)移到課外，從視頻、博客、論壇等多種途徑獲取知識(shí)，并且知識(shí)的獲取不再受時(shí)空的限制，具有較大的靈活性[5]。學(xué)生結(jié)合課前視頻、論壇的學(xué)習(xí)，將自己存在疑惑、難以理解的部分記錄下來，在課堂上與同學(xué)或老師溝通、交流，進(jìn)行自評和互評，從而獲得對知識(shí)更深層次的理解。這種教學(xué)模式很大程度上節(jié)約了課程時(shí)間，提高了學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量。翻轉(zhuǎn)課堂是對基于印刷術(shù)的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的徹底顛覆，使學(xué)習(xí)方式更加多樣化，學(xué)習(xí)途徑更加多元化，也改變了教師角色，讓學(xué)生成為課堂上的主體，讓學(xué)生的角色更加突出，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和思維創(chuàng)造力。翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施有助于我國教育結(jié)構(gòu)進(jìn)行新一輪的改革，對促進(jìn)中國教育的發(fā)展有著重要的意義。

MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂將兩者的優(yōu)勢結(jié)合起來，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)，將傳統(tǒng)課堂教學(xué)與在線MOOC課教學(xué)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建既能提供友好逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富形象的教學(xué)資源，又能取得多樣的知識(shí)獲取途徑和多元的師生交流方式的混合式教學(xué)模式，可充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體地位，使學(xué)習(xí)方式更加多樣化，學(xué)習(xí)體驗(yàn)更加形象化。該教學(xué)模式是基于信息技術(shù)的一種新型的有效的深受師生歡迎的教學(xué)模式。雖然目前國內(nèi)外高校對于MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂的研究很多，但國內(nèi)大多都是針對計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)課程和文獻(xiàn)檢索等實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，而針對像精密機(jī)械設(shè)計(jì)這類實(shí)踐性、課堂展示性都很強(qiáng)的專業(yè)課程的研究較少。因此，為適應(yīng)儀器類專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，有必要對其進(jìn)行研究和實(shí)踐。

二、精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

（一）精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)

精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程涉及的知識(shí)面廣、體系龐大，要想熟練掌握該門課程的所有內(nèi)容，還需要對材料力學(xué)、傳感器技術(shù)、工程制圖、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)等多門課程進(jìn)行學(xué)習(xí)[6]。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主要依靠書本上的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行授課，這樣難以將分布在不同學(xué)科、書本上的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行融合講解。學(xué)生如果僅僅學(xué)習(xí)某一課本上的知識(shí)點(diǎn)，必將導(dǎo)致知識(shí)面狹隘，難以真正理解精密機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)涵。

隨著世界高尖端制造技術(shù)的發(fā)展，新的設(shè)計(jì)觀念、設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段不斷涌現(xiàn)，給這一課程的教學(xué)也帶來巨大的壓力。傳統(tǒng)的課本更新速度慢，難以將新的知識(shí)點(diǎn)傳授給學(xué)生，不適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)快節(jié)奏的發(fā)展需求。如何迎合時(shí)代發(fā)展的需要，舍棄陳舊，吸取精華，接納新鮮內(nèi)容，也是精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)中面臨的重大問題。

MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式較好地解決了以上存在的問題，教師可以事先通過查閱不同學(xué)科的文獻(xiàn)，觀看網(wǎng)絡(luò)上經(jīng)典的教學(xué)視頻，將知識(shí)進(jìn)行融合歸納，以精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程為主線，穿插不同學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)追蹤最前沿的精密機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)，將歸納整理的成果編輯成精品課程上傳至慕課平臺(tái)上，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)、在線觀看。

（二）精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程的實(shí)踐性

精密機(jī)械設(shè)計(jì)中的很多機(jī)構(gòu)和經(jīng)典零部件難以在課堂上僅僅通過文字或圖片描述清楚，并且紙上談兵不適合該課程的教學(xué)要求，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑之一。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、動(dòng)畫仿真技術(shù)等的發(fā)展，將動(dòng)畫仿真技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)是近年來越來越受關(guān)注的方法[7]。采用動(dòng)畫仿真教學(xué)可以很直觀、形象地展現(xiàn)系統(tǒng)的原理及應(yīng)用情況，將抽象、乏味的理論教學(xué)轉(zhuǎn)換為直觀、有趣的實(shí)踐教學(xué)，可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的感官認(rèn)識(shí)，取得很好的教學(xué)效果。并且，教師可以將學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)中的經(jīng)典片段進(jìn)行錄像，編輯上傳至慕課平臺(tái)，有助于學(xué)生進(jìn)行溫習(xí)和學(xué)習(xí)，強(qiáng)化了學(xué)生實(shí)踐操作能力。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)將大量基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)時(shí)間轉(zhuǎn)移到了課外，課堂上老師可以抽出更多的時(shí)間設(shè)計(jì)合理的教學(xué)磨具或?qū)嶒?yàn)，使全部學(xué)生都能夠參與進(jìn)來，加強(qiáng)動(dòng)腦、動(dòng)手能力，并讓他們活學(xué)活用、融會(huì)貫通，不僅加深了學(xué)生對知識(shí)的深入了解，更加充分發(fā)揮了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用，提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

三、精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果

（一）以多彩豐富的MOOC教學(xué)資源吸引學(xué)生開展課前學(xué)習(xí)

精密機(jī)械設(shè)計(jì)中眾多零部件和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、內(nèi)容比較抽象，課本上的文字晦澀、不形象、難以理解，并且灌輸式教學(xué)方式也不利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考精神和創(chuàng)新能力，無法培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)“新工科”人才。在本次對精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式的改革中，網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)是其中重要的一環(huán)。隨著信息技術(shù)迅猛發(fā)展，大規(guī)模在線開放課程慕課（MOOC）應(yīng)運(yùn)而生，一批又一批精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程的經(jīng)典視頻、網(wǎng)絡(luò)試題庫、網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)等都為該課程新型的教學(xué)模式提供了豐富的教學(xué)資源。但網(wǎng)絡(luò)課程不夠全面，而且繁雜，授課教師需要在課前觀看網(wǎng)絡(luò)上大量經(jīng)典教學(xué)視頻，并根據(jù)自己學(xué)校的培養(yǎng)情況進(jìn)一步完善補(bǔ)充已有的教學(xué)課件及視頻庫，建立與課程內(nèi)容相關(guān)的擴(kuò)展、補(bǔ)充的學(xué)習(xí)資源，內(nèi)容要合理、分模塊、較全面地反映該知識(shí)點(diǎn)。例如以“典型案例-理論知識(shí)點(diǎn)-網(wǎng)絡(luò)思考題-模擬仿真操作”四個(gè)模塊的形式規(guī)劃和設(shè)計(jì)相應(yīng)的課前教育部分。下面以精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程中傳動(dòng)系統(tǒng)的教學(xué)為例介紹課前教育工作。

首先通過形象生動(dòng)的視頻讓學(xué)生了解螺旋傳動(dòng)、凸輪傳動(dòng)、杠桿傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等多種傳動(dòng)方式在日常生活中的應(yīng)用，典型案例讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)到傳動(dòng)系統(tǒng)在人類的工業(yè)生產(chǎn)中是非常普遍的現(xiàn)象。隨后通過對這些傳動(dòng)系統(tǒng)的共性和差異性進(jìn)行歸納總結(jié)，進(jìn)而引出該內(nèi)容的基本理論知識(shí)點(diǎn)，即各種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、應(yīng)用場景、優(yōu)劣情況等。在視頻播放時(shí)展示一些圖片和數(shù)據(jù)的變化，讓學(xué)生思考怎樣的傳動(dòng)系統(tǒng)更適合某種場合，以及它的設(shè)計(jì)步驟是什么。最后帶領(lǐng)學(xué)生在三維虛擬仿真軟件中開展虛擬仿真設(shè)計(jì)工作，通過在電腦上獨(dú)立完成設(shè)計(jì)和仿真，對傳動(dòng)系統(tǒng)有一個(gè)整體的把握。

在課前學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和學(xué)習(xí)習(xí)慣選擇不同的教學(xué)視頻或者學(xué)習(xí)交流平臺(tái)掌握此課程的基礎(chǔ)知識(shí)，進(jìn)而為課堂教學(xué)提供更多時(shí)間去探討深層次的問題。教師還需要在學(xué)生觀看視頻后，通過問卷調(diào)查和訪談的形式收集學(xué)生評價(jià)和意見反饋，及時(shí)聽取學(xué)生的反饋意見，不斷修改教學(xué)視頻，提高教學(xué)視頻的質(zhì)量。

（二）采取靈活多樣的課堂教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的精密機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中，課本是學(xué)生獲取知識(shí)的主要渠道，課堂上的大部分時(shí)間都花費(fèi)在解讀課本上了，但課本上的知識(shí)畢竟是有限的，而且機(jī)械設(shè)計(jì)的很多復(fù)雜構(gòu)造僅僅靠書本的描述還是不能讓學(xué)生真正了解，同時(shí)知識(shí)的局限性和文字的枯燥性很容易降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，阻礙他們思維能力和綜合素質(zhì)的提高，而視頻演示、論壇交流等多種方式有助于讓學(xué)生真正掌握課本中的內(nèi)容。有了前面慕課等網(wǎng)上教學(xué)的課前準(zhǔn)備，新型的課堂教學(xué)模式不再是教師照著書本，一字一句教授給學(xué)生知識(shí)。教師需要根據(jù)課前教學(xué)視頻做一個(gè)整體的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖，使學(xué)生從整體上把握整個(gè)知識(shí)體系，引導(dǎo)學(xué)生從更高層次看待課程內(nèi)容?；A(chǔ)知識(shí)的講解不再是課堂的主旋律，師生將更多的精力放在重難點(diǎn)知識(shí)的掌握上。教師組織學(xué)生進(jìn)行團(tuán)隊(duì)討論，讓學(xué)生之間進(jìn)行思想碰撞。例如可以將學(xué)生隨機(jī)分組，選出組長，先讓每組同學(xué)對重難點(diǎn)知識(shí)或典型案例進(jìn)行討論，再形成綜合意見。然后讓每組以PPT形式互相匯報(bào)學(xué)習(xí)情況，在小組間進(jìn)行討論。整個(gè)過程中教師可以參與到討論中，引領(lǐng)和幫助學(xué)生理解問題。學(xué)生在團(tuán)隊(duì)間的自評與互評有助于他們對問題進(jìn)行反思總結(jié)。精密機(jī)械設(shè)計(jì)這門工科課程未來必將應(yīng)用到工程實(shí)踐中，而一個(gè)大的工程絕對不是由某個(gè)人就能獨(dú)立完成，必將需要團(tuán)隊(duì)的合作，小組討論這一教學(xué)模塊正好培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。

精密機(jī)械設(shè)計(jì)這種工科性質(zhì)的課程更加注重學(xué)生的實(shí)踐能力。課堂上教師可攜帶相應(yīng)的教學(xué)磨具，讓學(xué)生通過組裝和拆卸，完成一些創(chuàng)意性的實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。在課后，教師可以在講解的基礎(chǔ)上，引領(lǐng)學(xué)生去機(jī)械加工現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)，鼓勵(lì)和幫助學(xué)生參與相關(guān)的科研創(chuàng)新項(xiàng)目。

課堂教學(xué)模塊的重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力，時(shí)常鼓勵(lì)學(xué)生思考、猜測、認(rèn)可或者存疑，使學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思想和與人交流表達(dá)的能力。MOOC+翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)，應(yīng)從學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、興趣反應(yīng)、學(xué)習(xí)效果等多方面進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)問題與不足，并予以改進(jìn)，從而不斷探索更加適合學(xué)生的創(chuàng)新教學(xué)模式。

（三）成績考核方式的轉(zhuǎn)變

在傳統(tǒng)教學(xué)評價(jià)中，學(xué)生的上課表現(xiàn)、期末考試成績等是主要的考核標(biāo)準(zhǔn)。但MOOC背景下的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)有很大區(qū)別。它采用線上與線下相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，更加注重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和參與實(shí)踐的能力，教師僅僅充當(dāng)伙伴的角色，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的互動(dòng)及情感交流需求。過去那種應(yīng)試教育模式為主的考核方式需要被打破，創(chuàng)建更加綜合全面的評價(jià)體系，即對學(xué)生的考核應(yīng)貫穿于該課程的整個(gè)線上和線下學(xué)習(xí)過程。線上學(xué)習(xí)評教主要通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)成果等相關(guān)信息，評估學(xué)生的課前準(zhǔn)備情況。線下學(xué)習(xí)評教通過對學(xué)生課堂發(fā)言、團(tuán)隊(duì)互助以及參與實(shí)踐的情況等進(jìn)行評估。例如精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程總成績可以由四部分組成：（1）學(xué)生對線上教師指定視頻的觀看情況以及對相關(guān)仿真軟件的運(yùn)用情況。（2）學(xué)生課堂上小組討論以及回答問題的表現(xiàn)。（3）學(xué)生課后小測試以及期末課程論文的完成情況。（4）學(xué)生課后實(shí)踐探索、理論聯(lián)系實(shí)際的能力。新考核體系包含了理論知識(shí)運(yùn)用能力、獨(dú)立思考能力和團(tuán)隊(duì)合作能力等多方面內(nèi)容的考查，能夠全面反映學(xué)生的綜合素質(zhì)。

四、結(jié)語

對精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程采用MOOC+翻轉(zhuǎn)課堂模式教學(xué)，改變了傳統(tǒng)的“以教師為中心”的教學(xué)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了一種新型的“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體相結(jié)合”的教學(xué)結(jié)構(gòu)，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生對專業(yè)課程學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)熱情。這極大地提高了學(xué)生的工程設(shè)計(jì)思想、實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，也提高了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作與開拓進(jìn)取的意識(shí)。精密機(jī)械設(shè)計(jì)精品課程的發(fā)展促進(jìn)了相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)改革，從而提高了儀器類專業(yè)的教學(xué)水平，建立了“科學(xué)引領(lǐng)工程、工程引入課堂”的人才培養(yǎng)新模式。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：鐘 嵐]