翻轉(zhuǎn)課堂背景下《航空維修技術(shù)與管理》課程實驗教學(xué)改革與實踐

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院航空工程學(xué)院 魏振偉

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院計算機學(xué)院 李 向

翻轉(zhuǎn)課堂背景下《航空維修技術(shù)與管理》課程實驗教學(xué)改革與實踐

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院航空工程學(xué)院 魏振偉

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院計算機學(xué)院 李 向

針對《航空維修技術(shù)與管理》實驗課程理論性和實踐性較強的特點，在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)背景下，重新構(gòu)建實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)計實驗教學(xué)步驟，對教學(xué)方法和手段進行改革和探索，取得了良好的教學(xué)效果。不僅使學(xué)生認識航空器故障診斷的方法和步驟，深化了專業(yè)技術(shù)，而且使學(xué)生獨立解決實際問題的能力和學(xué)習(xí)積極性得到提高，縮短了課堂教學(xué)與生產(chǎn)實際的距離。

翻轉(zhuǎn)課堂；實驗教學(xué)；航空維修

近年來，翻轉(zhuǎn)課堂理論和實踐在教育教學(xué)中得到廣泛推廣[1-3]。本文探討了一種將線上的理論學(xué)習(xí)、操作演示、成績評定，實驗實施和線下無縫聯(lián)結(jié)的《航空維修技術(shù)與管理》課程實驗教學(xué)模式，該模式能夠給予學(xué)生更多的主動權(quán)和自主權(quán)，激發(fā)學(xué)生的探索精神和學(xué)習(xí)熱情[4]，為培養(yǎng)適應(yīng)專業(yè)需求的航空維修人才提供一種新的教學(xué)實踐思路和實施辦法。

1 航空維修技術(shù)與管理實驗課程的教學(xué)現(xiàn)狀

航空維修技術(shù)與管理是針對本科飛行器動力工程專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)課程，它以航空發(fā)動機原理、航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)、發(fā)動機控制系統(tǒng)、飛機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)、機械振動基礎(chǔ)[5]、自動控制原理和航空維修工程等多門學(xué)科為基礎(chǔ)，結(jié)合了航空器檢測與診斷技術(shù)與全面質(zhì)量管理等內(nèi)容，是一門理論綜合性強，又特別注重實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的課程。

該課程傳統(tǒng)的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)是按照下面的方法設(shè)計和實施的：在學(xué)習(xí)了相應(yīng)的理論知識之后，由老師在實驗室現(xiàn)場講解實驗操作和注意事項，宣布實驗紀律、評分標準等事項，最后學(xué)生提交實驗報告，由老師來評定實驗成績。[5]這種教學(xué)模式存在的問題主要有三個：一是資源利用率低。學(xué)生僅在實驗課上按照老師的要求進行實驗操作，實驗儀器平時處于閑置狀態(tài)，利用率低。二是教師工作量大。在進行理論講解和操作演示時，由于種種原因，學(xué)生對理論知識和實際操作理解不透、把握不準、掌握不牢，在實際實驗過程中，教師還需要持續(xù)不斷的指導(dǎo)每個學(xué)生進行實驗操作。三是實驗評分手段單一。實驗成績的給出通常是按照實驗過程的表現(xiàn)和實驗報告的優(yōu)劣綜合給出。[6,7]在實施過程中往往存在實驗報告千篇一律，實驗過程草草了事的現(xiàn)象，教師在評分時也陷入困境。

在實際的教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生存在對理論理解不透徹，缺乏實踐經(jīng)驗，造成實驗環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)上存在較大的難度。[8]表現(xiàn)在：傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式帶來的后果就是“學(xué)”“術(shù)”分離現(xiàn)象嚴重，學(xué)生缺乏實際動手、分析及設(shè)計創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；成績評定方法單一，而對實踐過程和能力培養(yǎng)缺乏關(guān)注，特別是工科人才所需的設(shè)計能力、表達能力、調(diào)查能力等培養(yǎng)效果。[9]因此改進實驗教學(xué)的模式和手段，調(diào)動學(xué)生的積極性，是實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中迫切需要解決的問題。

2 實踐教學(xué)翻轉(zhuǎn)改革的具體內(nèi)容

針對以上問題，利用翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)模式進行教學(xué)改革，其實施的具體流程為：

（1）教學(xué)內(nèi)容及手段的改革

教師在分析實驗內(nèi)容和學(xué)生特點的基礎(chǔ)上，確定教學(xué)目標，將所設(shè)置的實驗項目包含的知識細化為相對較小、較完整且互相關(guān)聯(lián)的小知識單元，撰寫相應(yīng)的腳本并錄制視頻，然后借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺將視頻資源共享給學(xué)生。

下面以航空發(fā)動機磨損狀態(tài)監(jiān)測與診斷實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計為例詳細說明。

圖1 構(gòu)建智能故障診斷系統(tǒng)的基本步驟

首先在視頻中簡要介紹構(gòu)建智能故障診斷系統(tǒng)的基本步驟，如圖1所示。然后介紹轉(zhuǎn)子實驗臺，例如在航空發(fā)動機磨損狀態(tài)監(jiān)測與診斷實驗環(huán)節(jié)中，將分析式鐵譜儀的組成、工作原理、定性和定量分析方法、磨粒的分類、磨粒特征提取、磨粒圖像特征智能識別的方法等一系列的知識點錄制成5-10分鐘的短視頻。最后分別將分析式鐵譜儀的具體操作步驟和注意事項也錄制成短視頻，結(jié)合授課的進度，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上逐步共享給學(xué)生。

教學(xué)制作實驗教學(xué)視頻時，可以采用多種方法手段。例如，可以在實驗室工作臺旁邊增加搭建簡易錄制環(huán)境，增設(shè)筆記本攝像頭及外接錄音筆，采用專業(yè)錄屏軟件Camtasia Studio 6.0錄制視頻。在錄制過程中注意運用屏幕畫筆工具對重難點進行提示，而后借助云端一體化等多種平臺或Web2.0工具將微視頻資源共享給學(xué)習(xí)者。

（2）實驗實施階段的改革

按照教學(xué)計劃，學(xué)生必須在一定時間內(nèi)完成對實驗所需知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以隨時隨地利用各種移動終端設(shè)備學(xué)習(xí)線上的知識，在學(xué)習(xí)過程中也可通過多種社交工具同老師和同學(xué)進行線上的討論，解決學(xué)習(xí)中的難題，例如：QQ群組、微信公眾號等，特別是由我校在課程建設(shè)中與超星公司合作開發(fā)了在線課程學(xué)習(xí)平臺供選課學(xué)生開展及時的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)交流。

按照教學(xué)計劃在線上學(xué)習(xí)結(jié)束后，教師針對每名同學(xué)的學(xué)習(xí)情況布置相應(yīng)的實驗任務(wù)，實驗室對學(xué)生開放，學(xué)生可以利用自己的空閑時間，在實驗室管理人員的指導(dǎo)下進行實驗，在實驗操作過程中如果遇到問題，可以再次有針對性的學(xué)習(xí)相關(guān)的視頻資源，也可通過各種社交工具請老師答疑或和同學(xué)進行討論。測得相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)后，學(xué)生對數(shù)據(jù)進行分析，提取相應(yīng)的故障特征，利用教師分派的模式識別方法進行故障診斷，最后得出自己的結(jié)論。

（3）成績評定方法的改革

學(xué)生將自己的實驗數(shù)據(jù)，實驗報告等相關(guān)的資料上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，最終學(xué)習(xí)成績的評定包括以下三個方面：1）學(xué)生自評；2）學(xué)生之間進行互評；3）在線下課堂上每名同學(xué)現(xiàn)場匯報自己的實驗方案和實驗結(jié)果現(xiàn)場評價；4）授課教師及實驗指導(dǎo)教師根據(jù)綜合表現(xiàn)給出相應(yīng)的實驗成績。

表1 實驗成績綜合評分表

實驗教學(xué)的最終成績由照學(xué)生互評成績和教師給出的成績按一定加權(quán)給出，具體方法如表1所示，最終成績共分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級。這樣的教學(xué)效果評價方式增加了學(xué)生與學(xué)生之間的互相學(xué)習(xí)，使得教師能夠從學(xué)生學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果的多個維度評測實驗效果，評價結(jié)果更為客觀公正。

3 實驗改革的成效

在我校2014級飛行器動力工程卓越班實施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)實驗后，對全部25名學(xué)生進行網(wǎng)絡(luò)無記名問卷調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示這種基于翻轉(zhuǎn)課堂的實驗教學(xué)模式在三個方面具有良好的成效：

（1）培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團結(jié)協(xié)作精神。每個學(xué)生的實驗內(nèi)容都各不相同，每個實驗都要獨立完成，沒有固定的實驗指導(dǎo)書，要求學(xué)生必須將理論知識和實踐良好的結(jié)合起來解決實際問題。同時同學(xué)們在實驗過程中遇到的問題較多，遇到困難后互相討論和交流協(xié)作有助于實驗的順利進行。問卷調(diào)查顯示72%的同學(xué)認為翻轉(zhuǎn)課堂對提高自學(xué)能力比較有利，認為非常有利的占28%，認為非常不利的為零。

（2）提高了理論聯(lián)系實際的能力。通過擬定實驗方案、親自動手實驗到后期的數(shù)據(jù)處理、故障模式識別，得出實驗結(jié)論，培養(yǎng)了學(xué)生解決實際問題的能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識和適應(yīng)社會需求和競爭的能力。問卷調(diào)查顯示48%的同學(xué)認為翻轉(zhuǎn)課堂對提高理論聯(lián)系實際能力比較有利，認為非常有利的占52%，認為非常不利的為零。

（3）提高了實驗設(shè)備的利用率，加快了教學(xué)進度，增加了教學(xué)的信息量，知識的深度和廣度。從教師的角度來看，教學(xué)模式的改變減少了在實驗教學(xué)中的重復(fù)勞動，教師的主要精力放在了實驗任務(wù)的制定和分配，實驗過程中疑難問題的解答上，從多遍的操作演示，理論講解中解放出來，把有限的精力用在學(xué)生動手能力的提升上。

4 結(jié)束語

實踐表明，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革受到大學(xué)生的歡迎和肯定，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性大大提高。翻轉(zhuǎn)課堂顛覆了傳統(tǒng)課堂的灌輸式教學(xué)，翻轉(zhuǎn)課堂將知識的傳授提前到課前完成，學(xué)生由被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，由課堂學(xué)習(xí)變課外學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)時間、地點、內(nèi)容、方式、方法等有更大的自由空間。學(xué)生可以利用生活中碎片化的時間利用各種移動終端進行學(xué)習(xí)，實驗實施過程中能有更多的時間完成實驗，實現(xiàn)理論與實踐的結(jié)合，提高知識的內(nèi)化水平，學(xué)生掌握知識的深度和廣度大幅增加，教學(xué)質(zhì)量大大提高，有利于促進大學(xué)生的全面發(fā)展。

同時，翻轉(zhuǎn)課堂使教師集“編、導(dǎo)、演”于一身，給教師帶來了新的挑戰(zhàn)。為滿足翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)需要，教師必須具備更強的教學(xué)設(shè)計能力、媒體制作能力和信息技術(shù)能力，對專業(yè)知識的掌握必須具有更大的深度和廣度，這些都對教師提出新的要求并對教師的專業(yè)發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。

[1]柴妍紅.高校工科課程實施翻轉(zhuǎn)課堂的影響因素分析[D].浙江大學(xué),2016.

[2](美)薩爾曼·可汗著.翻轉(zhuǎn)課堂的可汗學(xué)院:互聯(lián)時代的教育革命[M].劉婧譯.浙江人民出版社,2017.

[3](美)喬納森·伯格曼,亞倫·薩姆,等.翻轉(zhuǎn)課堂與慕課教學(xué):一場正在到來的教育變革[M].宋偉譯.中國青年出版社,2016.

[4]張金磊,王穎,張寶輝.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究[J].遠程教育雜志,2012(4):46-51.

[5]張清,陳君.無損檢測課程教學(xué)改革與探索[J].科技視界,2016(5): 55-55.

[6]董小平,楊麗穎,龐艷榮,等.理工類標準化概論課程教學(xué)改革初探[J].陰山學(xué)刊:自然科學(xué)版,2016,30(4).

[7]蔣學(xué)軍,稅永紅.實驗教學(xué)改革和學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2006(2):79-81.

[8]李改茹,常軍民.關(guān)于實驗教學(xué)改革的幾點思考[J].新疆醫(yī)科大學(xué)學(xué)報,2006,29(3):277--278.

[9]鐘曉流,宋述強,焦麗珍.信息化環(huán)境中基于翻轉(zhuǎn)課堂理念的教學(xué)設(shè)計研究[J].開放教育研究,2013(1):58-64.

魏振偉（1981—），男，河南洛陽人，碩士研究生，畢業(yè)于空軍工程大學(xué)，鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院航空工程學(xué)院工程師，主要研究方向：航空器故障診斷與維修。

李向（1982—），女，河南洛陽人，鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院計算機學(xué)院副教授，主要研究方向：計算機應(yīng)用。