精密機(jī)械課程教學(xué)改革與人才培養(yǎng)探索

許賢澤　徐逢秋　魯興

[摘 要]隨著教育科技的不斷改革，高校必須加強(qiáng)對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。文章以儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科為主題，針對精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)現(xiàn)有的弊端，將慕課+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式引入精密機(jī)械課程教學(xué)中，探索一種基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的教學(xué)方式，以激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新能力;并將傳統(tǒng)課堂教學(xué)與國家精品在線MOOC教學(xué)有機(jī)結(jié)合，建立多樣的知識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]教育科技;綜合素質(zhì);慕課+翻轉(zhuǎn)課堂;創(chuàng)新能力

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2021）11-0150-03

當(dāng)前，全球正面臨著新一輪的科技革命、產(chǎn)業(yè)變革，如何培養(yǎng)推動(dòng)和引領(lǐng)未來技術(shù)、和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的高素質(zhì)人才是高校教學(xué)面臨的首要問題。精密機(jī)械課程作為工科專業(yè)中一門綜合性強(qiáng)且應(yīng)用面廣的技術(shù)基礎(chǔ)課，是許多工科生走進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)前必學(xué)的課程。該學(xué)科涉及面廣，與材料學(xué)、數(shù)學(xué)、力學(xué)等多門學(xué)科有直接或間接的聯(lián)系，有助于培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的復(fù)合型人才[1]。但目前的精密機(jī)械課堂教學(xué)模式較為單一，大多局限于書本知識傳授，學(xué)生缺乏主動(dòng)創(chuàng)新能力，墨守成規(guī)[2]。因此，探索一種培養(yǎng)高素質(zhì)人才的教學(xué)模式成為當(dāng)前教學(xué)工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。電子信息學(xué)院測控技術(shù)與儀器系依托精密機(jī)械設(shè)計(jì)慕課+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究計(jì)劃，嘗試改變當(dāng)前的課程教學(xué)模式，通過開設(shè)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和整合目前部分已有的實(shí)踐性教學(xué)課程，在學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)上提高他們的自學(xué)能力和思辨能力，同時(shí)也提升儀器儀表類學(xué)科的教學(xué)質(zhì)量，使本專業(yè)的學(xué)生能更快地適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)相關(guān)崗位的就業(yè)需求。

一、精密機(jī)械學(xué)科現(xiàn)存教學(xué)模式弊端分析

現(xiàn)代的精密機(jī)械系統(tǒng)，往往是以機(jī)械學(xué)為主體，輔以材料學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)等學(xué)科知識，可以說是集機(jī)、電、光、算為一體，體現(xiàn)了現(xiàn)代新型技術(shù)科學(xué)之間的交叉融合。要培養(yǎng)好的精密機(jī)械專業(yè)人才，大學(xué)相關(guān)學(xué)科課程體系的設(shè)置就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)主要依靠書本上的知識點(diǎn)進(jìn)行授課，很難培養(yǎng)出真正的高素質(zhì)人才。它主要存在以下弊端。

首先，精密機(jī)械學(xué)科作為工科生需要掌握的基礎(chǔ)技術(shù)門類之一，它涉及的知識面廣、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)、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等多門課程進(jìn)行學(xué)習(xí)。雖然大多數(shù)高校開設(shè)的課程基本涵蓋了上述所有課程，但這些課程的課堂和實(shí)踐教學(xué)相對獨(dú)立或者略顯零散，并沒有有機(jī)地結(jié)合在一起，為精密機(jī)械學(xué)科服務(wù)，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中難以理解精密機(jī)械課本某些的理論知識，更難以想象它們在實(shí)際工程中的具體用途，這在一定程度上也會(huì)削弱學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

其次，精密機(jī)械學(xué)科的發(fā)展與人類文明緊密相連，大致有古機(jī)械發(fā)展階段和近現(xiàn)代機(jī)械發(fā)展階段。古時(shí)有車輪、齒輪等，這些精巧的機(jī)械大幅度提高了人類的生產(chǎn)力。近現(xiàn)代以來，隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、電子電路技術(shù)等學(xué)科知識的融入，精密機(jī)械學(xué)科體系變得越來越龐大、復(fù)雜，機(jī)械設(shè)備也越來越先進(jìn)，例如可以達(dá)到微米級精度的半導(dǎo)體光刻機(jī)、可以送人上天的航天器。學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)該動(dòng)態(tài)適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展與需要。傳統(tǒng)的課本更新速度慢，難以將新的知識點(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。如何跟蹤科學(xué)的發(fā)展的前沿，舍棄陳舊，接納新鮮內(nèi)容，也是精密機(jī)械學(xué)科基礎(chǔ)課程教學(xué)中需要思考的問題。

最后，合格的工程師需要具備自學(xué)能力、表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)中，教師依照課本的思路將知識教授給學(xué)生，由于課堂教學(xué)時(shí)間有限，學(xué)生很難有機(jī)會(huì)獨(dú)立思考知識點(diǎn)，更沒有機(jī)會(huì)進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作與鍛煉自己的表達(dá)能力。這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生難以直接勝任工程師的崗位，更難以成為推動(dòng)和引領(lǐng)未來技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的高素質(zhì)人才。

二、慕課+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于精密機(jī)械學(xué)科教學(xué)的可行性分析

隨著國家進(jìn)一步深化全國教學(xué)改革工作，一些新的教育理念逐漸被引入高校課程教學(xué)中。我們追求一種新的師生關(guān)系，教師不再是知識的獨(dú)裁者，而是知識的引導(dǎo)和設(shè)計(jì)者，學(xué)生在學(xué)習(xí)中處于主體地位，擁有獨(dú)立思考和探索的能力。目前“互聯(lián)網(wǎng)+”在日常生活中的深入滲透，一種借助于網(wǎng)絡(luò)的線上視頻教學(xué)與線下課堂教學(xué)相結(jié)合的模式逐漸興起[3，4]，即慕課+翻轉(zhuǎn)課堂的新型教學(xué)方式。它滿足了改革需求，有助于培養(yǎng)一批具有獨(dú)立思考問題、分析問題、解決問題的高素質(zhì)人才。慕課（Massive Open Online Courses ，MOOC）實(shí)質(zhì)上是一個(gè)資源共享平臺，里面匯集了來自世界名校的公開課，并且其教學(xué)范圍覆蓋很多學(xué)科領(lǐng)域，例如哲學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)等，滿足了社會(huì)各行各業(yè)的知識需求。“翻轉(zhuǎn)課堂”則是一種顛覆傳統(tǒng)課堂教學(xué)秩序的新型教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在課前應(yīng)進(jìn)行基礎(chǔ)知識的自主學(xué)習(xí)，教師在課堂上主要對重難點(diǎn)知識進(jìn)行講解，讓學(xué)生參與到知識的探索與討論中。這種顛覆課堂的教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)造力。如果將慕課與翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，使教與學(xué)不受時(shí)間、空間的限制，同時(shí)改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)單一的知識灌輸模式，可發(fā)展學(xué)生的思考探索的能力。慕課+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式是基于信息技術(shù)的一種新型的有效的教學(xué)模式，雖然目前國內(nèi)外高校對于翻轉(zhuǎn)課堂的研究較多，但國內(nèi)大多都是針對計(jì)算機(jī)或英語等公共基礎(chǔ)課程，而針對像精密機(jī)械這類實(shí)踐性、專業(yè)知識性都很強(qiáng)的專業(yè)課程的研究較少。因此為推動(dòng)高校教學(xué)改革、培養(yǎng)新時(shí)代工科人才，必須加緊進(jìn)行相關(guān)的研究和探索。

慕課+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式可以應(yīng)用在精密機(jī)械學(xué)科的教學(xué)中。首先，其教學(xué)資源豐富，目前國內(nèi)外涌現(xiàn)出一批精密儀器類課程的經(jīng)典教材及配套視頻，教師也可以結(jié)合教材的理論知識，將多學(xué)科知識進(jìn)行整理和編輯相關(guān)的多媒體課件供學(xué)生課前學(xué)習(xí)和觀看，更有利于學(xué)生了解多學(xué)科的知識，進(jìn)行融會(huì)貫通。這種視頻教學(xué)使學(xué)生對知識有更加生動(dòng)形象的認(rèn)識。其次，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模塊將基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)放在課外，而重點(diǎn)在于學(xué)生的答疑、討論，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力，時(shí)常鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行思考、討論、互評，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思索、與人交流溝通的能力。這種獨(dú)立思考、學(xué)習(xí)的能力正是一名合格的工科人才必備的素質(zhì)。慕課+翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式應(yīng)用于精密機(jī)械教學(xué)，還需要從學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、興趣反應(yīng)、實(shí)際效果等多方面進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)問題，并予以更正，從而不斷探索與改進(jìn)這種新型教學(xué)模式。

三、慕課+翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在精密機(jī)械學(xué)科課程教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

（一）課前教學(xué)模塊的教學(xué)策略

課前教學(xué)的目的是促使學(xué)生掌握精密機(jī)械的基礎(chǔ)知識，同時(shí)能夠追蹤最前沿的儀器儀表的發(fā)展現(xiàn)狀。機(jī)械設(shè)計(jì)中眾多機(jī)械的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，學(xué)生難以僅僅通過課本或視頻中的文字就能較好地理解相關(guān)知識。學(xué)生可以通過慕課平臺觀看名校老師的生動(dòng)講解，或者任職老師通過查閱不同學(xué)科的文獻(xiàn)，總結(jié)互聯(lián)網(wǎng)上關(guān)于精密機(jī)械的經(jīng)典的教學(xué)視頻，將視頻進(jìn)行編輯融合歸納，以《精密機(jī)械設(shè)計(jì)》課本為主線，穿插不同學(xué)科的知識點(diǎn)，加入自己的觀看體會(huì)，視頻結(jié)尾引入目前最前沿的機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)，將整個(gè)視頻編輯成精品課程上傳至慕課平臺或互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)端，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)、隨時(shí)觀看。如果條件允許，可帶領(lǐng)學(xué)生使用三維虛擬仿真軟件或者動(dòng)畫仿真技術(shù)[5]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，對精密機(jī)械儀器等有一個(gè)更直觀、系統(tǒng)的把握。在視頻課程中，可以在關(guān)鍵處設(shè)置思考問題，等待學(xué)生回答完思考問題，視頻才能繼續(xù)播放，這樣有利于監(jiān)督和督促學(xué)生對課前視頻的觀看。

（二）課堂教學(xué)模塊的教學(xué)策略

有了前面慕課等網(wǎng)上教學(xué)的課前準(zhǔn)備，課堂的導(dǎo)入階段，教師不再需要照著課本，一字一句地教授學(xué)生知識。教師根據(jù)課前教學(xué)視頻中整體的知識框圖，能夠有機(jī)地將各個(gè)知識點(diǎn)結(jié)合起來，使學(xué)生從整體上把握整個(gè)知識體系?；蛘咄ㄟ^動(dòng)畫仿真實(shí)例或小型的教學(xué)模具，讓學(xué)生將理論與實(shí)際相結(jié)合，在實(shí)踐中感受知識點(diǎn)的存在，更有利于加快他們對基礎(chǔ)知識的理解和回憶。例如對機(jī)械伺服系統(tǒng)進(jìn)行介紹時(shí)，教師可以帶一個(gè)小型的精密機(jī)械傳動(dòng)裝置，指出它的齒輪、螺桿、螺母、直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌等組成部件，并延伸到它的結(jié)構(gòu)組成、工作原理等知識，最后可以通過PPT展示出該系統(tǒng)在實(shí)際中的應(yīng)用，這樣一個(gè)小型裝置系統(tǒng)便可將多種基礎(chǔ)知識進(jìn)行串聯(lián)講解，提高課堂效率，寓教于樂。

完成了課前的引導(dǎo)環(huán)節(jié)，教師需要設(shè)計(jì)課堂討論環(huán)節(jié)。精密機(jī)械這類工科知識未來必將要應(yīng)用到工程實(shí)踐中，而現(xiàn)實(shí)中一個(gè)龐大的工程項(xiàng)目必然是依靠一個(gè)強(qiáng)大的科研團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成的，例如我國的新飛機(jī)、北斗衛(wèi)星系統(tǒng)等絕對不是由某個(gè)人能獨(dú)立完成的。精密機(jī)械學(xué)科的教師可以依照翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，在設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)時(shí)，充分利用情境、 協(xié)作、討論等要素充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高他們的思維能力。并且在協(xié)作學(xué)習(xí)中，使其學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，集思廣益優(yōu)勢互補(bǔ)，共同提升科研實(shí)力，推動(dòng)項(xiàng)目發(fā)展。這樣的課堂模式有助于培養(yǎng)工程師的必備素養(yǎng)。

課堂討論與探索環(huán)節(jié)應(yīng)由教師選擇一個(gè)重難點(diǎn)問題，采用小組討論 +自由發(fā)言的形式進(jìn)行。首先，教師要設(shè)計(jì)出學(xué)生自由討論的項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生展開自由討論的熱情和興趣;之后開展相關(guān)的討論，例如可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行搭配分組，選出討論組長，讓每組學(xué)生對重難點(diǎn)問題或典型案例進(jìn)行討論，再形成綜合意見。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。教師在引導(dǎo)學(xué)生討論與探索問題時(shí)可陸續(xù)引出類似精密機(jī)械設(shè)計(jì)中的問題，讓學(xué)生學(xué)會(huì)舉一反三，歸納出解決該類問題所需要的知識點(diǎn)。最后，教師提出一些探索性、開放性的問題，由學(xué)生規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容，包含方向選擇、解決途徑等，留給學(xué)生課后進(jìn)行討論學(xué)習(xí)，既能啟發(fā)思維，鍛煉嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，又能培養(yǎng)合作意識。在課堂尾聲，學(xué)生需要對自我學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行評價(jià)和對他人表現(xiàn)進(jìn)行評價(jià)。學(xué)生的自評與互評有助于他們反思、總結(jié)自己的優(yōu)缺點(diǎn)，而教師要學(xué)會(huì)采用評價(jià)的方式對學(xué)生進(jìn)行鼓勵(lì)和肯定，兩者結(jié)合有利于促進(jìn)新型教學(xué)模式在精密機(jī)械學(xué)科中運(yùn)用成效的提升。

（三）課后環(huán)節(jié)的安排

慕課+翻轉(zhuǎn)課堂的課后環(huán)節(jié)不再布置過多的課后習(xí)題，而是根據(jù)學(xué)生課前準(zhǔn)備情況、課堂討論效果來布置課后作業(yè)。學(xué)生可以采用慕課網(wǎng)絡(luò)平臺的課程討論區(qū)及微信群來反映學(xué)習(xí)中遇到的難題，通過百度、小木蟲等方式尋求解答，保證教師可實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。如果條件允許，教師可以在講解的基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)學(xué)生去精密機(jī)械現(xiàn)場進(jìn)行觀摩，鼓勵(lì)學(xué)生參與機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)的科研創(chuàng)新項(xiàng)目，將教師的科研項(xiàng)目或創(chuàng)新項(xiàng)目引入精密機(jī)械課程教學(xué)中，使學(xué)生能夠在科研中主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、分析故障原因、提出自己的想法。與理論課相比，學(xué)生更愿意在實(shí)踐中進(jìn)行學(xué)習(xí)，并在參與的過程中能夠深入地理解所學(xué)的理論知識，而不是紙上談兵，有助于教學(xué)效果的進(jìn)一步提升。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)全過程。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.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.課堂上小組討論以及回答問題的表現(xiàn);3.課后小測試以及期末課程論文的完成情況;4.課后實(shí)踐探索、理論聯(lián)系實(shí)際的能力。這一新的考核體系包含了理論知識運(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，能夠全面反映學(xué)生的綜合素質(zhì)。

四、結(jié)語

基于“互聯(lián)網(wǎng) +”的線上與線下教學(xué)相結(jié)合的模式，有助于教師在課堂上培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力，也提高了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作與開拓進(jìn)取的意識。它是教學(xué)改革的一種有益嘗試，促進(jìn)了教師教學(xué)方法的改革與教學(xué)質(zhì)量的提升。慕課+翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式也可應(yīng)用于其他工科相關(guān)專業(yè)，提高工科學(xué)生的整體素質(zhì)，建立一種新型的師生教學(xué)關(guān)系。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：劉鳳華]