翻轉(zhuǎn)課堂模式下三維CAD軟件在機(jī)械制圖教學(xué)改革中的探索

董 赟，何天經(jīng)，李海燕，朱宗孝，吳 卓

(蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 甘肅蘭州730050)

0 引 言

近年來，隨著現(xiàn)代教學(xué)手段的逐步更新和教學(xué)改革的不斷深入，我國(guó)高校教育教學(xué)改革取得了重要成果，尤其是以結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐為特色的理工科院校的教學(xué)質(zhì)量得到了全面提升，傳統(tǒng)的按部就班式教學(xué)方法已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)理念的需要。因此，尋求先進(jìn)的教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新性教學(xué)，已成為高等教育乃至于整個(gè)教育界改革中面臨的重大挑戰(zhàn)。新的教學(xué)理念應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)為導(dǎo)向，從而滿足社會(huì)對(duì)學(xué)生能力的全面要求。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式順應(yīng)新時(shí)代的教學(xué)改革潮流，并結(jié)合先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，逐漸發(fā)展成具有創(chuàng)新性、針對(duì)性以及實(shí)效性的全面教學(xué)模式。其內(nèi)涵是利用翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行“二次開發(fā)”，因材施教。這不僅可以提高教學(xué)效率，還可以有效培養(yǎng)學(xué)生的自主思考與創(chuàng)新能力。我校自 2014年以來，以機(jī)械制圖能力的培養(yǎng)為導(dǎo)向，用翻轉(zhuǎn)課堂和三維CAD軟件相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)改革探索，逐步形成了自己的特色并取得了一些教學(xué)成果。

1 翻轉(zhuǎn)課堂的含義與教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂這一“影響課堂教學(xué)的重大技術(shù)變革”[1]最早于 2007年由美國(guó)教師喬納森·伯爾曼和亞倫·薩姆斯共同提出[2]，在國(guó)外翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但在我國(guó)直到近幾年才進(jìn)行大規(guī)模的推廣。應(yīng)用實(shí)踐表明，翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)于教學(xué)具有積極的影響，可以有效提高教學(xué)效率和質(zhì)量[3]。翻轉(zhuǎn)課堂的本質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與教學(xué)活動(dòng)相結(jié)合，打破傳統(tǒng)教學(xué)中時(shí)間與空間的限制，改變先教后練的教學(xué)方式。翻轉(zhuǎn)課堂主要是將教學(xué)知識(shí)通過視頻或文件包的方式在課前發(fā)送給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)教師給予的資料進(jìn)行自主學(xué)習(xí)研究，然后在正式的教學(xué)課堂中對(duì)自身在課前學(xué)習(xí)過程中遇到的問題向老師求教，進(jìn)而提高教學(xué)課堂的時(shí)間利用效率，有效提高教學(xué)質(zhì)量。

翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)活動(dòng)改變了以往以教師為教學(xué)主體，學(xué)生在課堂中只能被動(dòng)接受的現(xiàn)狀，將教師變?yōu)檎n堂活動(dòng)的組織者與引導(dǎo)者，而學(xué)生成為課堂教學(xué)中的主導(dǎo)者。學(xué)生在課前通過自主觀看、學(xué)習(xí)相關(guān)課件與視頻，將傳統(tǒng)教學(xué)中外化的知識(shí)、教學(xué)活動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)進(jìn)行內(nèi)化。因此，在翻轉(zhuǎn)課堂的使用過程中要將側(cè)重點(diǎn)集中在課堂知識(shí)內(nèi)化上，進(jìn)而提高學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的理解。

2 三維CAD軟件在機(jī)械制圖教學(xué)中的現(xiàn)狀

2.1 方式落后

教學(xué)改革的提出已有一段時(shí)間，許多教師在教學(xué)過程中，積極針對(duì)自身在教學(xué)中存在的問題嘗試進(jìn)行教學(xué)改革，但是由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此在實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)中，仍舊無法完全改變傳統(tǒng)教學(xué)中以教師為主導(dǎo)的教學(xué)方式[4]。在運(yùn)用 CAD軟件進(jìn)行機(jī)械制圖的教學(xué)過程中，傳統(tǒng)的方式都是教師首先演示繪制圖表的注意事項(xiàng)，然后再要求學(xué)生繪制不同的機(jī)械零件及設(shè)備圖表，通過大量的練習(xí)提高學(xué)生的繪圖能力。但是這樣的教學(xué)方式，不利于學(xué)生增進(jìn)對(duì)于圖表繪制的理解，因?yàn)閷W(xué)生僅能死板地按照老師教導(dǎo)的方式繪制圖形，缺乏靈活性和辨別性。

2.2 形式單一

利用三維 CAD軟件進(jìn)行機(jī)械制圖教學(xué)，對(duì)于課堂實(shí)踐操作具有較高的要求，傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)方式的確可以通過模型展示等更加直觀的形式，加深學(xué)生對(duì)機(jī)械圖樣的認(rèn)知。但是在實(shí)際教學(xué)中，許多教師過于重視多媒體教學(xué)方式，無視實(shí)際情況，導(dǎo)致過于依賴多媒體手段。例如，進(jìn)行繪圖演示時(shí)可以運(yùn)用多媒體課件的視頻播放功能，提高教學(xué)的直觀性和多樣性，但是在理論知識(shí)教學(xué)階段，教師應(yīng)該減少對(duì)多媒體的使用，著重鍛煉學(xué)生的知識(shí)總結(jié)能力和課堂實(shí)踐能力，進(jìn)行互動(dòng)性教學(xué)，達(dá)到因材施教的目的。此外，一些教師對(duì)課件的制作技能不夠熟練，在課程演示中無法對(duì)教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行有效突出，導(dǎo)致在教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生無法根據(jù)課件抓住知識(shí)的要點(diǎn)，反而降低了實(shí)際的教學(xué)質(zhì)量[5]。

2.3 缺乏創(chuàng)新性

教學(xué)改革的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，而在教學(xué)活動(dòng)中，教師的創(chuàng)新能力將直接影響學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。許多教師雖然響應(yīng)教學(xué)改革的號(hào)召，但是在具體的實(shí)際教學(xué)設(shè)計(jì)中，要么沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，或直接使用他人的改革措施，而忽視自身教學(xué)的特點(diǎn)以及學(xué)生主體之間的差異性，導(dǎo)致課堂教學(xué)缺乏創(chuàng)新性，無法吸引學(xué)生的注意力，進(jìn)而使學(xué)生喪失學(xué)習(xí)欲望。在教學(xué)中大部分教師沿用“教師示范——學(xué)生照抄”的教學(xué)模式，不利于創(chuàng)新能力的提升[6]。教師可以適當(dāng)開展“制圖競(jìng)賽”的課堂活動(dòng)，給學(xué)生統(tǒng)一的題目，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成效果好的學(xué)生獲得相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3 翻轉(zhuǎn)課堂模式應(yīng)用的可行性分析

目前，盡管翻轉(zhuǎn)課堂在我國(guó)仍處于初步推廣階段，在教學(xué)中關(guān)于翻轉(zhuǎn)課堂的引用還存在諸多問題。根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂在機(jī)械類課程中的教學(xué)結(jié)果可以看出，翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比具有巨大的優(yōu)勢(shì)，能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的能力[7]。

在傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)中，教師多通過對(duì)理論知識(shí)的講解，要求學(xué)生對(duì)所講知識(shí)死記硬背，或是利用計(jì)算機(jī)給學(xué)生進(jìn)行操作演示。這些方法由于受到課堂教學(xué)時(shí)間的限制，在教學(xué)中僅能進(jìn)行一遍或是兩遍，完全忽視了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，不僅無法有效提高教學(xué)質(zhì)量，還影響學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。翻轉(zhuǎn)課堂的運(yùn)用，則有效避免了傳統(tǒng)教學(xué)中教學(xué)時(shí)間不夠用、教學(xué)死板等問題。利用翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行教學(xué)，教師首先將三維CAD軟件繪制的圖樣中的重點(diǎn)和難點(diǎn)通過視頻發(fā)送給學(xué)生，學(xué)生在課前進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，對(duì)于學(xué)習(xí)過程中的疑問與重點(diǎn)進(jìn)行記錄。然后在課堂中將其歸納的問題進(jìn)行展示，通過學(xué)生之間的討論或者教師講解的方式對(duì)疑難問題進(jìn)行解答。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式存在一個(gè)疑問發(fā)現(xiàn)、積累、展示、分析以及解決的階段，從疑問產(chǎn)生到解決的過程中，學(xué)生對(duì)問題不斷進(jìn)行分析，因此在教學(xué)解答時(shí)，很容易產(chǎn)生一點(diǎn)即通的效果，提高學(xué)生對(duì)問題深入認(rèn)知的效率，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

翻轉(zhuǎn)課堂的運(yùn)用對(duì)于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與自我約束能力具有較高的要求，多數(shù)大學(xué)生能夠滿足這兩項(xiàng)要求，并且通過翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)，不斷提高大學(xué)生的自主學(xué)習(xí)與自主思考能力，有助于學(xué)生的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。綜上，運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式并結(jié)合三維 CAD軟件進(jìn)行機(jī)械制圖教學(xué)改革的方案具有較高的可行性。

4 翻轉(zhuǎn)課堂模式下三維CAD軟件在機(jī)械制圖中的教學(xué)應(yīng)用策略

4.1 通過微課進(jìn)行課前學(xué)習(xí)

微課主要是運(yùn)用短視頻的形式，根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)，制定相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，從而將知識(shí)有效的傳遞給學(xué)生的一種教學(xué)方式。微課作為翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)視頻制作的主要方式，在使用翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行教學(xué)的活動(dòng)中，教師要重視對(duì)于微課的使用與設(shè)計(jì)。在微課的制作過程中，首先要明確視頻的時(shí)間限制，將教學(xué)知識(shí)點(diǎn)劃分為重點(diǎn)和難點(diǎn)，進(jìn)行層次性的講解[8]。比如，在利用三維 CAD軟件繪制機(jī)械制圖《直線、平面的投影》等知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中，教師通過制作微課進(jìn)行課前教學(xué)，在微課設(shè)計(jì)中首先對(duì)直線的特點(diǎn)與直線投影的特點(diǎn)進(jìn)行歸納，然后對(duì)平面的特點(diǎn)以及平面投影的規(guī)律進(jìn)行總結(jié)，教師可以利用空間動(dòng)畫技術(shù)直觀展示直線與平面投影的特點(diǎn)，加深學(xué)生的認(rèn)知，使學(xué)生能夠更加形象地培養(yǎng)繪制投影視圖的能力。

4.2 構(gòu)建學(xué)習(xí)流程

在學(xué)習(xí)過程中，通常分為兩個(gè)階段：其一是知識(shí)傳遞，也就是對(duì)內(nèi)容的講解學(xué)習(xí)階段；其二是知識(shí)內(nèi)化，即學(xué)生在教師講解之后對(duì)知識(shí)進(jìn)行的實(shí)踐運(yùn)用階段[9]。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師在課堂中進(jìn)行知識(shí)的講解學(xué)習(xí)，在課后由學(xué)生自己進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化，導(dǎo)致內(nèi)化過程中學(xué)生缺乏指導(dǎo)，知識(shí)的內(nèi)化效果并不理想。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的使用，則是在課前進(jìn)行講解學(xué)習(xí)，在課堂上進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化。學(xué)習(xí)流程的改變，使得學(xué)生在知識(shí)內(nèi)化的過程中，能夠及時(shí)獲取教師和其他同學(xué)的幫助，從而提高知識(shí)內(nèi)化的效率。具體體現(xiàn)為，教師在課前將利用 CAD軟件制作的機(jī)械制圖的視頻講解發(fā)送給學(xué)生，要求學(xué)生在課前進(jìn)行預(yù)習(xí)，然后在課堂教學(xué)中，為學(xué)生布置練習(xí)作業(yè)，使學(xué)生在實(shí)踐中對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行鞏固。采用課前學(xué)習(xí)、課堂練習(xí)的方式，可以幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中及時(shí)解決存在的問題，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，加深學(xué)生對(duì)機(jī)械制圖中繪圖步驟的理解。

4.3 利用“問題清單”降低學(xué)生自主學(xué)習(xí)的難度

問題清單主要指兩方面的問題：一方面是教師利用問題清單，明確學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)等信息，并通過這些要求為學(xué)生提供相應(yīng)的教學(xué)資源包，從而有效引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)；另一方面是指在學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中，針對(duì)自身存在的疑問歸納問題清單，便于在課堂中進(jìn)行提問，問題的列舉不僅可以清晰學(xué)生的學(xué)習(xí)思路，還可以加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解[10]。以在機(jī)械制圖教學(xué)中如何利用三維 CAD軟件建立三維模型為例，首先，教師要求學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)制定清單，并根據(jù)清單要求提供諸如三維模型建立的講解視頻等教學(xué)資源；其次，學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐一完成教師制定的任務(wù)清單，并制作自身在自主學(xué)習(xí)過程中遇到的問題清單，比如三維模型建立的要素等；最后，在課堂教學(xué)中通過同學(xué)討論或請(qǐng)教老師的方式，對(duì)清單中的問題逐一進(jìn)行解決。

5 結(jié) 語

隨著現(xiàn)代教學(xué)手段的更新和教學(xué)改革的不斷深入，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)不適用于現(xiàn)代教學(xué)理念?；诜D(zhuǎn)課堂等先進(jìn)教學(xué)理念和前沿技術(shù)手段，結(jié)合我校機(jī)械制圖教學(xué)改革探索的經(jīng)驗(yàn)表明：在翻轉(zhuǎn)課堂模式下利用三維CAD軟件對(duì)機(jī)械制圖教學(xué)的改進(jìn)是提高教學(xué)質(zhì)量的一種有效途徑。本文對(duì)如何有效結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂和三維CAD軟件的優(yōu)勢(shì)提高機(jī)械制圖課程的教學(xué)效率和質(zhì)量提供了借鑒。