孙建芳,黄 平,刘小康,徐 晓,胡广华

(华南理工大学 机械与汽车工程学院，广州 510640)

0 引 言

《教育信息化十年发展规划(2011—2020年)》指出，高等教育信息化是促进高等教育改革创新和提高质量的有效途径，是教育信息化发展的创新前沿[1]。移动学习和翻转课堂作为新型的信息技术教学途径[2-8]，教师把知识传递的过程放在教室外，让学生选择最适合自己的方式接受新知识，而把知识内化的过程放在教室内，通过学习流程的改变，拓展学习的时间和空间，调动学生的积极性和参与性，从而达到更好的教学效果。

机械设计基础课程作为机械类和近机械类专业的一门重要技术基础课程，是培养学生综合设计能力、创新能力的重要环节。机械设计基础课程具有门类多、关系多、要求多、公式多、图表多等特点，学习者必须具有较强的自主学习能力，才能较好地掌握常用机构和通用零部件的工作原理、运动特点、结构特点以及设计计算的原理和方法。这将为机械设计基础的教学提出新的需求，移动学习和翻转课堂为机械设计基础教学改革提供了一个新的思路。本文结合机械设计基础的课程特点，配合我校机械设计基础国家级精品共享课程建设，提出了基于移动学习平台和翻转课堂教学模式的实施方案，并在机械设计基础课程教学实践中引入翻转课堂教学模式，极大地提高了教学质量。

1 存在问题

目前，机械设计基础课程教学中普遍存在以下几方面的问题：

(1)缺少预习环节。在机械设计基础课程教学中，尤其是近机械类专业的学生缺乏工程力学和互换性与技术测量等先修课程的学习，如果没有预习环节，学生对先修知识、已经授课内容的掌握程度和即将学习内容的个性化需求，在学生和授课老师之间是一个断层，这必将导致教学效果大大降低。

(2)教学模式单一，缺乏对学生自主学习和独立解决问题能力的培养。机械设计基础课程教学内容主要包括平面连杆机构的分析与设计、传动机构的设计、轴系零件的设计等多个模块，传统的“讲授教材加学生作业”的教学模式，教学手段单一，学生学习思维处于相对被动接收的状态，并无法满足学生个性化的学习需要，导致课堂教学质量下降；另外学生主观能动性得不到发挥，导致学生无法用理论知识解决机械设计实际问题。

(3)考核方式单一。“机械设计基础”课程的考核形式目前主要考虑到课率、平时作业、期中考试和期末考试等因素，但平时作业的抄袭现象比较严重，且学生平时不复习期末临阵擦枪、突击应付考试的现象严重，教师在平时教学中无法及时、准确评估学生对所授知识的掌握情况，大多数情况下以期末成绩占大比重进行最终成绩评定，形成了“重结果，轻过程”的评价体系，并导致学生缺乏用批判的眼光去发现问题、认识问题和解决问题的能力。

当前我国高校教育在大学生自主学习能力培养上略显不足，大学生自主学习意识薄弱，缺乏正确的学习策略选择能力和自我监控与评估技能[9]。另外，学生使用的各类精品课程、精品资源共享课、资源库等网络资源利用率不高，且传统基于网页、纸质的学习资源已经无法满足学生或工程技术人员对机械设计基础课程的移动学习和自主学习的需要，因此，进行基于移动学习平台的“机械设计基础”课程翻转课堂教学模式的研究，对有效地促进学习者个性全面发展、培养大学生自主学习能力和创新思维能力很有必要。

2 基于移动学习平台和翻转课堂教学模式的实施方案

为了保证学生自主学习的有效进行，基于移动学习平台和翻转课堂教学模式的具体实施方案如图1所示。“课前知识传递——课堂知识内化——课后知识巩固与拓展”的各个学习环节基于移动学习平台和教室完成，将教师从主导知识传授转化为引导和参与课程学习的角色，并为学生提供学习策略制定、学习情境创设、学习策略选择与调整、学习监控与自我评价等自主学习环境。

图1 基于移动学习平台和翻转课堂教学模式的具体实施方案

(1)课前知识传递。课前知识传递主要包括教师资源建设与学生自主预习两个过程。课前教师在分析教学目标的基础上，针对学生特点和层次，进行资源建设，具体包括设计学习任务单、制作微课、制作PPT、布置小组任务、设计自测练习和设计答疑讨论等。其中微课视频学习资源的重要组成部分，好的微课资源可以提高学生的学习兴趣，引领学生按照教师的思路学习相关课程内容，通常微视频制作时间力求短小精悍，每个视频不超过10 min，数据容量不宜过大。

自主预习是指学生自主地制定学习策略，通过问题和任务有的放矢地选择学习资源进行课前自主学习。学生在课前预习中分析自己的学习过程，反思预习内容，找到薄弱环节，明确下一步的学习目标，便于课间发现、探索、交流和分享。教师及时了解、掌握并解决学生课前预习中遇到的问题，以便在课堂上能有针对性地进行答疑解惑。

(2)课堂知识内化。翻转课堂中学生发挥主体作用，通过课堂活动达到知识内化最大化。教师对收集到的学生在课前预习遇到的疑难问题，有针对性地进行讲解，提出一些有探究价值的问题供学生进行讨论，或布置具体的实践活动任务，将学生4～ 6人分成一组进行小组协作讨论，培养学生自主探究或相互协作、相互学习精神。然后，教师在课堂上进行个性化辅导、答疑、监督巡视讨论过程，并进行小组成果展示，异组间进行互动答疑。最后，教师针对学生在实践活动或自主探究中的共性难点问题进行解答、总结。

(3)课后知识巩固与拓展。通过课堂教学参与度实时记录学生学习状态数据，以课后测试、平时作业和期末考试等考核方式，对学习做出全面而及时的学习评价和反馈，方便学生及时掌握自己的课程信息、适时调整学习策略。另外，针对每组知识点设计的创新拓展类实践任务，使学生已掌握的知识迁移到新的情境中，对真实情境中的问题做出决策并解决，促进已学知识的进一步固化、拓展与升华。

3 基于云教学翻转课堂的教学实践

依托蓝墨云班课平台[10]，采用翻转课堂教学模式，有效完成机械设计基础教学中课前知识传递、课堂知识内化和课后知识巩固与拓展3个环节。

在课外知识传递环节中教师按“学习任务单”分批次地推送教学资源，学生根据“学习任务单”自主制定学习策略，并按计划进行课前预习，教师可以根据预习统计结果及时提醒未预习的学生。这里以“轴”作为翻转课堂的实例，“轴”的自主学习任务单如表1所示，教学资源推送如图2所示。某些近机械类专业的学生缺乏工程力学先修知识，在学习轴的强度设计中存在一定困难，通过推送梁的弯曲、圆轴的扭转和圆轴受弯曲与扭转组合变形3个教学资源，学生如果完成课前预习就可以有效解决先修知识不足的问题，并可以达到较好的学习效果。

表1 “轴”自主学习任务单

课堂教学是教学的“中枢”，必须重视课堂活动的组织和及时互动反馈。以“任务”驱动学生发现问题[11]，在机械设计基础翻转课堂教学中教师在课堂上对任务中的疑难点进行答疑讨论，最终解决重难点共性问题，并实现知识内化最大化。利用移动学习平台和课内教学，对于“轴”自主学习任务单中的“任务4”，学生通过对经典实例(见图3)的讨论，归纳总结出轴和轴上零件设计要点(见表2)，该设计要点可以有效地指导学生在塑料机械、橡胶机械、食品机械和造纸机械等真实情境中的轴系设计，促进学生对所学知识的拓展与升华，这将有助于培养学生的实践能力。

另外，在机械设计基础教学中，以“化整为零”[12]的任务驱动方式使学生依次完成带式输送机的单级圆柱齿轮减速器设计中电动机选择、传动比分配、带传动设计、齿轮传动设计和轴的结构设计等任务，这样既可以减少学生在后续机械设计基础课程设计中的工作量，又可以培养学生将所学知识运用到新的情境解决实际问题的能力。这里将机械设计基础的理论教学教材和课程设计教材合二为一，便于将课程设计的内容贯穿到理论教学中[13]。

图2 教学资源推送

图3 轴和轴上零件有错设计简图

最后，教师通过移动学习平台根据学生经验值、教学周报、资源报告、活动报告和学情分析等数据，进行分析、总结和反思，反观整个教学活动，解决学生遗留问题，督促关注经验值低的学生，并且进一步优化教学方案与教学资源。

针对2015级材料化学、能源化学工程和轻工化学3个不同的近机械类专业，进行了机械设计基础的翻转课堂云班课教学实践，轻松实现了课堂签到、课前预习监控和学习成效检测，通过小组协作讨论和自主探究，极大地激发了学生的学习热情，提高了教学质量，同时也拓展了教师的信息化素养。

4 结 语

基于移动云平台的翻转课堂教学，从翻转理念出发，开辟“互联网+”时代的教学新途径，强化学生发现问题、合作交流、探索解决问题的能力。将移动学习平台和翻转课堂教学模式应用于机械设计基础教学实践，实现了学生自主学习能力和整体教学效果的提升。此外，翻转课堂教学模式也对教学资源制作及课堂活动组织提出较高的要求，需要进一步针对性地改进。