翻轉課堂模式下的模具CAD/CAE/CAM教學研究及應用

孫肖霞 唐友亮

摘 要：針對模具CAD/CAE/CAM課程的教學現(xiàn)狀，研究了翻轉課堂教學模式，從微課選題、設計、制作和應用環(huán)節(jié)闡述了翻轉課堂模式在該課程教學中的實施方法。該教學模式改變了傳統(tǒng)的教學結構形式，體現(xiàn)了建構主義的教育理念，提高了學習效果和效率。

關鍵詞：翻轉課堂；模具CAD/CAE/CAM；教學設計；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）07-0045-03

Abstract： For the present teaching situation of CAD/CAE/CAM for Die & Mould， the teaching mode of flipped classroom was researched. The implementations about the topic selection， design， manufacture and application for the course were described. The traditional teaching structure was changed by the teaching mode of flipped classroom and the educational concept of constructivism was embodied. Finally， the learning effectiveness and efficiency were improved.

Keywords： flipped classroom； CAD/CAE/CAM for Die & Mould； teaching design； teaching reform

隨著近年來信息化技術的迅猛發(fā)展，學生和教師擁有的個人信息終端逐步普及，學生攜帶手機、平板電腦、筆記本電腦等設備到課堂學習已成為普遍現(xiàn)象，教學系統(tǒng)中的教學要素也在發(fā)生著日新月異的變化。微課、翻轉課堂、可汗學院等新教學理念逐步深入人心，越來越多的學校和教師開始關注信息技術環(huán)境下的個性化學習和教學方式的變革，而掌握微課的教學設計和應用也成為了信息化時代教師必備的教學技能。本文以模具CAD/CAE/CAM課程為例，闡述了翻轉課堂模式下的課程教學設計及實施方法。

一、翻轉課堂教學模式

翻轉課堂也稱顛倒課堂，起源于美國科羅拉多州落基山的“林地公園”高中，是一種為了幫助缺席的學生補課而設計的教學方式，受到了學生的廣泛歡迎[1]。概括的說，翻轉課堂是由課程教師提供以視頻為主要形式的學習資源，把知識傳授的過程從課堂翻轉到課下，學生在上課前完成對教學視頻等學習資源的自主學習，而把原來通過課外作業(yè)和練習等來完成的知識內化過程放到課堂上，課堂的大部分時間用于學生的答疑、小組協(xié)作探究及師生間的深入交流等[2]，是一種全新的教學理念和方式，體現(xiàn)了學生學習的主體性及教師的主導性，改變了傳統(tǒng)課堂的教學模式。

二、課程實踐背景

（一）課程特點

模具CAD/CAE/CAM課程是應用型本科院校模具專業(yè)的專業(yè)基礎必修課，教學目的是使學生理解CAD/CAM/CAE技術的基本概念，掌握該技術的原理和方法，并能夠利用相應的軟件分析和解決實際問題，特別注重學生的實踐操作能力。

（二）課程的教學現(xiàn)狀

該課程目前的總學時為72，其中上機學時為40。根據(jù)多年的教學經(jīng)驗和調查研究發(fā)現(xiàn)，大部分學生沒有達到預期的教學目標，主要是因為在教學中存在以下問題：

1. 授課對象原有的基礎知識水平參差不齊，在傳統(tǒng)教學過程中難以做到因材施教，使得學生得不到個性化學習。

2. 在傳統(tǒng)的教學模式下，重要的實踐應用部分是教師先在課堂上講授并操作演示，然后學生再操作練習。因為課時數(shù)的限制，學生操作練習的時間少、師生互動欠佳，導致學生缺乏學習的主動性，解決實際問題的能力也不強。

為了在實際教學中體現(xiàn)建構主義關于學習中的知識觀、學生觀和學習觀，本文將“翻轉課堂”的教學理念應用到模具CAD/CAE/CAM課程教學中，改變教學結構順序，建立相應的教學資源，并設計和管理教學活動，從而提高學生解決問題能力和創(chuàng)新能力。

三、課程教學設計及實施

翻轉課堂模式下的課程設計及實施主要包括選題、設計、制作和應用四個環(huán)節(jié)。

（一）選題

選題是教學設計的前提，選題是否合理直接影響到課程的教學效果。教師應該熟悉課程的整體規(guī)劃、重點、難點和教學目標，還要充分研究學情，以學生為本，從學生的實際出發(fā)，明確學生的困惑點和障礙點，以此來確定微課制作的內容和重點[3]。

模具CAD/CAE/CAM課程既包含基礎理論又包括應用實踐。

1.基礎理論部分。精心選擇教學中的重點、難點內容，原則是包含的知識點要足夠細，學習內容要精練，確保在一段“微課”上能講清講透。例如，在“計算機圖形處理技術”單元的“圖形變換”一節(jié)中，確定了“二維圖形變換”“三維圖形變換”“平移變換”“旋轉變換”“對稱變換”和“級聯(lián)變換”等微課制作標題。

2.實踐應用部分。為了激發(fā)學生的動手興趣，實踐部分采用項目化課程教學[4]，需要緊扣教學目標確定項目任務，然后把完成項目所需要掌握的基本操作方法逐級分層，提取富含知識技能及方法的微單元，進行微課制作。例如，在“模具CAE技術的應用”單元進行“塑料成型的模流分析”項目中，需要首先掌握Moldflow平臺的“模型導入”“網(wǎng)格劃分”“網(wǎng)格診斷及修復”“澆注系統(tǒng)的創(chuàng)建”“冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)建”等一系列基礎操作技能，微課選題時將這些單元再次細分，形成微單元，如“網(wǎng)格診斷及修復”單元可以細分為“縱橫比診斷”“重疊網(wǎng)格診斷”“網(wǎng)格配向診斷”“網(wǎng)格自由邊診斷”“網(wǎng)格連通性診斷”和“網(wǎng)格處理實例”等微單元。

（二）設計

選好標題后，要根據(jù)標題的內容進行微課設計，力爭選擇最佳的內容結構、呈現(xiàn)方式和視覺效果。設計過程中應遵循以下原則：

1.在自主學習過程中，時間過長，容易產生厭倦。微課時長要符合學生保持注意力時間較短的特征，一般控制在10 分鐘以內。

2.進行合理的教學過程結構設計，主要包括：快速引入課題吸引學生；講授內容線索清晰；總結收尾簡要快捷。

3.教學語言要精煉。

4.選擇合理的微教學資源環(huán)境，不同的知識點需要不同類型的微課表現(xiàn)模式。例如，基礎理論部分的知識內容可以選用PPT講解式，其表現(xiàn)形式主要以圖集和文字為主，加入一些旁白和背景音樂，讓學生在一個比較輕松的狀態(tài)下進行學習；實踐應用部分的知識點可以采用示范講解式，主要以教師的操作講解為主，重點錄制操作屏幕，這種形式能將學習者注意力完全集中在教師對軟件的操作、運用上，能清楚地看到各參數(shù)的配置和效果；對于綜合實戰(zhàn)型項目則要采用情景劇式，通過設計一個情景來呈現(xiàn)知識內容，要求設計生動、有趣。總之，微課的設計要以教學內容為依據(jù)選擇靈活多樣的微課結構和方式。

（三）錄制

確定了微課結構和表現(xiàn)方式，接下來就可以借助手機、錄屏軟件及錄像機等進行錄制。錄制時，可以邊操作邊配音；也可以先操作后配音。實踐應用部分的微課，屏幕錄制工具可以選用Camtasia Studio，它是一款非常好用的微課視頻錄制和編輯軟件，具有強大的視頻播放和視頻編輯功能，且簡單易學[5]。錄制好的視頻，可以基于時間軸對視頻片段進行各類剪輯操作，如添加各類標注、媒體庫、畫中畫、字幕特效、轉場效果、旁白、標題剪輯等，形成完整的微課。

錄制微課對教師的綜合素質要求較高，因此，課程組要根據(jù)教師的特點進行合理的分工，同時，要多利用現(xiàn)有的教學資源。這樣可以大大提高教師的備課效率，真正實現(xiàn)優(yōu)質教學資源的共享。

（四）應用

目前，我校已經(jīng)完善了校園網(wǎng)，建設了“超星泛雅”教學資源云平臺，課程組制作的微課隨著教學進度依次發(fā)布在平臺上，方便學生的下載和學習，教師還可以查詢交互記錄信息，進而跟蹤學習行為，進一步挖掘學習特征信息，如學習時間、偏好和效果等。

微課屬于切片化教學資源，應用時應該深入地研究學習者的學習需求、學習風格乃至學習惰性等，圍繞學習過程，設置合理的教學情境并將其嵌入。具體在教學活動的設計中，要考慮如何更好地促進學習者學習，要按學習邏輯，合理安排活動步驟，促進學習者對內容知識的深度加工。如圖1所示，在模具CAD/CAE/CAM課程教學過程中，分別設計了課前導學、課中內化和課后拓展三個階段的微課教學活動。教學過程中，根據(jù)某一主題或項目進行聚合，使學生在學習中形成隱形的、連續(xù)的知識結構。

1.課前導學。授課教師將微課視頻和學習任務單發(fā)放給學生，學生根據(jù)自己的學習習慣合理安排自習時間，通過個人攜帶的移動終端觀看微課視頻并完成測試，實現(xiàn)個性化學習。教師對測試結果進行總結歸納，還可以在網(wǎng)絡平臺上搜集到學生提出的各種問題并答疑解惑。

2.課中內化。主要進行探究式學習，實現(xiàn)知識的吸收內化。以任務或項目為主線，進行師生互動、合作學習，進行進一步的知識應用，發(fā)展學生的高級思維能力等。在互動過程中教師應針對學生的不同學習程度進行指導，實現(xiàn)個別化教學。既能發(fā)揮教師的主導作用，又能充分體現(xiàn)學生的學習主體地位。

3.課后拓展。主要進行知識輔導和拓展。學生可以在課后或假期根據(jù)自身情況有選擇性的觀看微課視頻來解決學習中的疑難問題。當然，因為特殊原因沒來上課的學生，也可以通過觀看微課視頻進行補課；還可以將疑問提交到微課平臺上，教師或者其他學生就會對問題進行作答。對于一些專業(yè)性強、知識容量大、認知難度高的項目，則需要學生在課后反復咀嚼、體會、揣摩、內化。

例如，在“塑料模CAD技術應用”單元，將模具設計所需“初始化項目”“創(chuàng)建分型線”“創(chuàng)建分型面”“創(chuàng)建型芯、型腔”“型腔布局”“加載模架”“加載標準件”等操作方法制作成微課，并將這部分知識點的學習作為課前導學部分；課堂上，教師首先對課前的難點和疑問進行總結、解惑，然后再以多個典型的塑料模設計項目為主線，指導學生對碎片化的知識點進行綜合應用；課后拓展部分主要針對不同結構和特點的模具進行設計，達到知識拓展的目的。

四、結束語

翻轉課堂模式下的模具CAD/CAE/CAM課程教學，結合了項目教學法，改變了傳統(tǒng)的教學結構形式，使教師的主導地位和學生學習的主體地位得到了充分體現(xiàn)。網(wǎng)絡教學平臺及微課資源是保障學生自適應學習以及協(xié)作學習的認知工具，提高了學習效果和效率。通過設計并管理教學活動，使得學生從微課中思考出更深層次的問題，并能進行更深入地理解。

參考文獻

[1]金燕.基于微課的翻轉課堂教學模式實踐研究——以《計算機應用基礎》課程為例[J].職教論壇，2014（23）：55-58.

[2]周家偉.淺談以“學”為本的“微課”教學資源開發(fā)[J].教育教學研究，2013（10）：41-43.

[3]邵為爽，李曉紅.建構主義觀下基于微課的翻轉課堂教學模式設計與實踐[J].科技通報，2016（9）：247-250.

[4]朱榮，李曉飛，李順.基于翻轉課堂的項目教學模式研究與實踐——以“計算機圖文設計”課程為例[J].中國遠程教育，2016（5）：29-35.

[5]韓慶年，柏宏權.超越還原主義：在線教育背景下微課的概念、類型和發(fā)展[J].電化教育研究，2014（7）：98-102.