翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在中職3D 打印實訓(xùn)課程中的應(yīng)用研究

董國鑫 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)

一、引言

我國傳統(tǒng)教學(xué)方式強調(diào)“以知識為本位”，因此中等職業(yè)學(xué)校各專業(yè)實訓(xùn)課程教學(xué)模式大多采用教師講，學(xué)生聽，學(xué)生自由練習(xí)和教師引導(dǎo)復(fù)習(xí)的傳統(tǒng)教學(xué)法。這種教學(xué)模式效果并不理想，究其根源，實訓(xùn)課程教師主要精力用于知識講解和操作步驟演示，忽視了與學(xué)生溝通交流；學(xué)生只能在課程有限時間內(nèi)動手練習(xí)，缺少時間自主思考，造成對實驗原理理解不深。

針對傳統(tǒng)教學(xué)模式在該實訓(xùn)課程中應(yīng)用中存在的不足，本文擬將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于中等職業(yè)學(xué)校3D 打印實訓(xùn)課程，并進行了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法設(shè)計實施。試圖讓學(xué)生擺脫被動接受知識的角色，成為整個教學(xué)過程的主體。

二、翻轉(zhuǎn)課堂概述

翻轉(zhuǎn)課堂，或稱顛倒課堂，是將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)過來，讓學(xué)生在課前完成知識的學(xué)習(xí)，在課堂上完成知識的吸收與掌握的一種新型教學(xué)模式。傳統(tǒng)課堂教學(xué)注重教師教授和學(xué)生吸收內(nèi)化兩個階段。在課上，教師講解知識技能，在課后，學(xué)生通過實踐練習(xí)鞏固新知。在互聯(lián)網(wǎng)時代背景下，將這種傳統(tǒng)教學(xué)形式進行翻轉(zhuǎn)，課前通過信息技術(shù)手段進行知識學(xué)習(xí)，課中教師學(xué)生探討交流，這種教師，學(xué)生共同完成教與學(xué)的過程，被稱作翻轉(zhuǎn)課堂。

翻轉(zhuǎn)課堂將學(xué)生主要學(xué)習(xí)活動放在課前，學(xué)生可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)水平調(diào)節(jié)教學(xué)節(jié)奏或者重復(fù)學(xué)習(xí)課件內(nèi)容進行自主探索，培養(yǎng)其獨立學(xué)習(xí)的能力。同時將學(xué)習(xí)過程中有困惑的知識進行記錄，在課堂上與同學(xué)進行交流溝通，提出自己的困惑和對問題的看法，并與其他人共同研究解決問題，達到加深對知識點的理解與認(rèn)識。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生主體團結(jié)合作的精神，學(xué)生在探討交流過程中可以相互幫助，相互借鑒，從而更加容易獲得信息，發(fā)展思維，擴展視野。

三、翻轉(zhuǎn)課堂在實訓(xùn)課程中的研究設(shè)計

（一）設(shè)計原則

1.因材施教原則

翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生獲取知識的主要渠道是教師制作的視頻課件和各種網(wǎng)絡(luò)資源。教師主要任務(wù)是作為教學(xué)活動組織者，設(shè)計教育教學(xué)活動供學(xué)生參與。同時在課前學(xué)生學(xué)習(xí)，課中探討交流等階段給予個性化指導(dǎo)幫助，確保每位同學(xué)能將知識原理吸收掌握。

2.以學(xué)生為主體的原則

翻轉(zhuǎn)課堂中，教師和學(xué)生的角色和地位發(fā)生變化。教師由教育知識傳授者變?yōu)榻虒W(xué)活動組織者。學(xué)生由教育知識被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)活動主動探究者。在課前，學(xué)生可以自訂學(xué)習(xí)步調(diào)和學(xué)習(xí)計劃，自主查閱資料解決問題。在課中，學(xué)生積極參與教育教學(xué)活動，與同伴教師共同合作完成學(xué)習(xí)任務(wù)。因此翻轉(zhuǎn)課堂以學(xué)生為學(xué)習(xí)活動主體，充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)原則。

3.“授人以漁”原則

學(xué)會求知是培養(yǎng)學(xué)會學(xué)習(xí)的能力，學(xué)習(xí)更多是掌握獲得知識的手段，而不僅僅是獲得分類的系統(tǒng)化知識。翻轉(zhuǎn)課堂的教育教學(xué)活動提倡為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)和探究活動的情景，培養(yǎng)學(xué)生自主分析，獨立解決問題的能力。

（二）設(shè)計可行性分析

1.可行性

實訓(xùn)課程教學(xué)是指在應(yīng)用類，技術(shù)類學(xué)科中，將理論知識和方法運用到實踐中的教學(xué)方法，突出強調(diào)方法的訓(xùn)練對于課程學(xué)習(xí)的重要作用。傳統(tǒng)的實訓(xùn)課程教學(xué)方式存在的多種問題阻礙著學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的發(fā)揮。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式源于掌握學(xué)習(xí)法，要求學(xué)生按自己的節(jié)奏學(xué)習(xí)課程。首先通過先進的信息技術(shù)和計算機技術(shù)，教師可以利用Powerpoint，F(xiàn)lash 等多媒體工具對教學(xué)內(nèi)容進行處理，將與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的素材制作成課件，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)瀏覽教師制作的課件資源。其次，實訓(xùn)課程要求學(xué)生親自參與實踐活動的每一個環(huán)節(jié)來完成對相關(guān)知識點的掌握。翻轉(zhuǎn)課堂可以通過教學(xué)視頻向?qū)W生展示設(shè)備結(jié)構(gòu)，工作過程，工作環(huán)境等，可以讓學(xué)生在實訓(xùn)課程之前了解實訓(xùn)課程內(nèi)容，節(jié)省了教師在課上講解的時間。

2.必要性

實訓(xùn)課程教學(xué)內(nèi)容多，課程容量大，同時具有開放性和綜合性的特點[3]。傳統(tǒng)課程中教師注重實訓(xùn)課程知識點的講解必然會使學(xué)生課堂實踐操作時間不足，而融入了翻轉(zhuǎn)課堂的新型教學(xué)模式可以讓學(xué)生課前閱讀大量與課程相關(guān)資料，節(jié)省出來的課堂時間讓學(xué)生動手參與實訓(xùn)過程，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率；再次，融入了翻轉(zhuǎn)課堂的新型教學(xué)法可以讓學(xué)生不受學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)空間的限制，按照自己的學(xué)習(xí)狀態(tài)安排學(xué)習(xí)進度。因此，要在規(guī)定的課時內(nèi)完成繁雜的實訓(xùn)課程，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法是一個很好的選擇。

四、翻轉(zhuǎn)課堂在實訓(xùn)課程中設(shè)計的內(nèi)容和步驟

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式主要包括課前知識獲取和課堂知識吸收內(nèi)化兩個部分?，F(xiàn)將實訓(xùn)課程六個階段：選定項目，制定計劃，活動探究，作品制作，成果交流，活動評[4]融入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，利用翻轉(zhuǎn)課堂的優(yōu)勢，最終實現(xiàn)總體教學(xué)目標(biāo)。

（一）教師教學(xué)過程設(shè)計

傳統(tǒng)教學(xué)模式中教師完全掌控教學(xué)節(jié)奏，沒有充分考慮學(xué)生個體特征，使得教學(xué)內(nèi)容脫離生產(chǎn)實際。在實訓(xùn)課程中運用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，可以充分發(fā)揮學(xué)生自主性，讓學(xué)生親自動手完成實訓(xùn)任務(wù)。

1.教學(xué)準(zhǔn)備階段

對于實訓(xùn)課程來說，教師需要將自身已有知識與企業(yè)生產(chǎn)過程相聯(lián)系，在對生產(chǎn)實際有了深入了解之后，教師課件準(zhǔn)備的實訓(xùn)課程知識點要契合生產(chǎn)過程，教學(xué)過程也要盡力貼近企業(yè)生產(chǎn)一線的真實情景。通過模擬一線真實的工作情景，使學(xué)生能根據(jù)自身經(jīng)驗尋求獲得解決問題的根本方法。

融入了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，教師不必過多考慮教學(xué)時間和學(xué)生動手實踐時間分配問題，教師可以將實訓(xùn)課程設(shè)計的知識點全部制作成課件。為提高教學(xué)質(zhì)量，是學(xué)習(xí)的知識點生動有趣，教師可以利用信息技術(shù)手段，將簡單知識制作成文稿，重難點知識制作成動畫，教師需要動手實踐操作的內(nèi)容制作成視頻，將需要講解的教學(xué)內(nèi)容通過演示文稿，展示動畫和播放實訓(xùn)視頻等教學(xué)手段教授給學(xué)生。此外，教師還可以通過播放網(wǎng)絡(luò)公開課和生產(chǎn)實際工作場景的視頻，并在適當(dāng)位置加入講解，使教學(xué)內(nèi)容變得容易理解。知識點的講解應(yīng)當(dāng)遵循由淺入深的原則，并同時具有邏輯性，層次性，遞進性，實現(xiàn)學(xué)生課前學(xué)習(xí)效果最大化。

2.課堂組織教學(xué)階段

在課堂學(xué)習(xí)階段，學(xué)生是帶著對實訓(xùn)知識的理解，對動手實踐操作過程的好奇和對疑難問題的困惑來到實訓(xùn)課堂。教師的任務(wù)是配備教學(xué)實踐設(shè)施，讓學(xué)生運用課前知識參與項目實踐。教師按照班級人數(shù)將學(xué)生分成若干組，并給每組制定實踐計劃，確定實踐工作步驟和流程。針對學(xué)生不能解決的問題，教師分析問題產(chǎn)生的原因，引導(dǎo)學(xué)生在小組內(nèi)交流答疑，有針對性的處理問題。教師為每個小組指定一名負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)人匯報實訓(xùn)任務(wù)完成情況，教師根據(jù)匯報情況了解任務(wù)實施過程，如小組成員分工協(xié)作情況，并為之后的實踐課程提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)。最后教師對學(xué)生完成情況進行點評，例如利用小組內(nèi)自評，組間互評以及教師綜合點評等形式，將學(xué)生完成情況與教學(xué)目標(biāo)進行對比考察。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)過程設(shè)計

1.課前準(zhǔn)備階段

學(xué)生根據(jù)實訓(xùn)課程的學(xué)習(xí)任務(wù)，在小組內(nèi)進行分工，通過組員之間交流互動，根據(jù)自己的基礎(chǔ)和興趣有選擇性地學(xué)習(xí)課件資料，學(xué)習(xí)掌握基礎(chǔ)知識。觀看課件時，遇到無法理解的內(nèi)容或沒接觸到的概念，充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)尋找資料。如果還存在無法理解的問題，應(yīng)當(dāng)在課堂上與老師和同學(xué)探討。課前準(zhǔn)備階段是整個翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)發(fā)生的基石，它決定了后續(xù)學(xué)習(xí)能否順利進行。

2.課堂知識內(nèi)化階段

在進行實訓(xùn)課程學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生要隨時記錄實踐操作步驟以及每個操作步驟運用的基本原理，遇見的難題以及解決方法。在實際動手操作過程中，將抽象的理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w工作實踐。在實踐中遇到先前無法預(yù)料的難題時，小組內(nèi)成員共同討論研究，協(xié)商解決難題。實訓(xùn)課程完成之后，每個項目組負(fù)責(zé)人匯報整個工作過程，交流學(xué)習(xí)經(jīng)驗。不同小組互評應(yīng)當(dāng)從知識技能掌握程度，小組成員學(xué)習(xí)表現(xiàn)等方面進行考察。最后應(yīng)當(dāng)對實訓(xùn)課程進行總結(jié)，撰寫學(xué)習(xí)體會，對學(xué)習(xí)過程中的不足之處進行反思與評價。

五、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在3D 實訓(xùn)課程中的應(yīng)用

3D 打印實訓(xùn)課程是一門技術(shù)性，應(yīng)用型很強的實踐性課程，其教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)習(xí)3D 打印技術(shù)了解現(xiàn)代先進與制造工藝，能利用高科技手段進行工程設(shè)計。本次教學(xué)實例采用的設(shè)備是杭州德迪智能科技有限公司生產(chǎn)的MOIRA DF3 型桌面級3D 打印機。它集機械設(shè)計技術(shù)，電子技術(shù)，計算機技術(shù)，控制技術(shù)，傳動技術(shù)于一體，3D 打印機如圖所示。三維CAD 模型設(shè)計軟件選用Solidworks 軟件，3D 打印材料選用工程塑料ABS 和聚乳酸PLA.為提高學(xué)生對3D打印技術(shù)學(xué)習(xí)的興趣，增加學(xué)生動手實踐的機會。我們引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，充分體現(xiàn)了學(xué)生做中學(xué)，教師作中較的教學(xué)原則。

（一）實訓(xùn)對象與目的

實驗對象：天津電子信息學(xué)校三年級學(xué)生，教學(xué)內(nèi)容為3D 打印實訓(xùn)課程；

實驗?zāi)康模簩⒎D(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于3D 打印實訓(xùn)課程，觀察學(xué)生學(xué)習(xí)效果。檢驗翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法能否激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力。

（二）實訓(xùn)過程

1.線下學(xué)習(xí)活動的開展

首先，教師根據(jù)教學(xué)任務(wù)，通過多媒體手段制作音頻視頻教學(xué)課件，對學(xué)生進行實訓(xùn)安全教育，重點講解實訓(xùn)設(shè)備安全操作規(guī)程。

其次，制作3D 打印教學(xué)視頻，講解3D 打印成型原理，介紹3D打印技術(shù)在生活中的應(yīng)用案例。讓學(xué)生熟悉軟件基本操作，3D 打印時材料溫度的設(shè)定，并能解決打印過程中出現(xiàn)的故障。因此，我們可以考慮將整個教學(xué)課件設(shè)計成3 部分。第一部分為理論知識講解部分，主要包括Solidworks 軟件的使用，3D 打印工作原理，3D 打印材料選擇依據(jù)以及3D 打印常見故障的分類。第二部分為動畫演示。利用PHOTOSHOP，F(xiàn)LASH 等軟件模擬3D 打印過程。第三部分為視頻演示部分。教師可以簡單模型的設(shè)計制作為例進行示范講解3D 打印整個工藝過程。如Solidworks 軟件繪制模型圖—MOIRA 軟件進行打印控制—打印參數(shù)設(shè)置—故障分析。通過觀看課件視頻和示范講解，讓學(xué)生對3D 打印有全面整體了解。

圖1 3D 打印機結(jié)構(gòu)圖

圖2 3D 打印成品圖

2.線上學(xué)習(xí)活動的開展

教師確定實訓(xùn)流程，實訓(xùn)操作步驟。首先讓學(xué)生進行三維設(shè)計軟件的使用。由于實訓(xùn)課程學(xué)生均為中職三年級學(xué)生，一般接觸的是二維制圖，不會使用三維制圖軟件。因此在每一臺電腦上安裝了三維繪圖軟件的操作視頻。實訓(xùn)過程中教師隨堂指導(dǎo)，及時解決學(xué)生的問題。

其次讓學(xué)生借助三維設(shè)計軟件自行設(shè)計3D 打印模型，設(shè)計的三維模型要求模型的尺寸X/Y/Z 三個方向為20～30mm。學(xué)生自主設(shè)計3D 模型，有利于學(xué)生快速掌握三維設(shè)計軟件的操作，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

最后讓學(xué)生進行分組打印作品并進行作品展示。本次將實訓(xùn)班級的學(xué)生分成8 個小組，每個小組5～6 個人，每個小組打印作品時間控制在15 分鐘左右。學(xué)生需要將3D 模型輸入到電腦中，通過DF3打印機切分成單層薄片，薄片厚度由材料屬性和打印機規(guī)格決定。在規(guī)定的打印區(qū)域內(nèi)，打印噴頭計算出精確路徑，擠出液態(tài)打印材料，將零件按照由下到上進行成型。同時在后期需要對打印模型進行精確的表面處理，使零件達到規(guī)定的精度要求。完成打印后，學(xué)生需要對作品進行分析，并對不足之處進行改進。各小組組長確定實踐中無法解決的典型問題，在小組間交流互動，并請教老師進行解答。教師針對學(xué)生實踐中遇見的問題，通過面對面以反饋的形式進行互動交流，幫助學(xué)生總結(jié)出現(xiàn)的問題，并對打印失敗或出現(xiàn)問題的原因進行分析。同時根據(jù)各小組匯報的實訓(xùn)情況，教師組織學(xué)生進行自評和小組間互評，并對各小組在此次實訓(xùn)課程中的表現(xiàn)和任務(wù)完成情況進行綜合點評。

3.課后活動

在本次實訓(xùn)課程中，我們對學(xué)生實踐活動采取了行動研究觀察的方式進行記錄，包括課堂觀察法，學(xué)生訪談法，反思評價法等。

課堂觀察：實訓(xùn)課程有8 組學(xué)生參與，人數(shù)較多，教師不可能做到全面兼顧，這在一定程度上影響了師生之間交流。但學(xué)生動手實踐積極性高，主動與教師交流次數(shù)增加。教師提出問題，學(xué)生參與回答人數(shù)40 人，占總?cè)藬?shù)82%。

學(xué)生訪談：隨機收集整理了幾位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。A 同學(xué)由于沒有認(rèn)真學(xué)習(xí)教師課前整理的課件資料，課前知識準(zhǔn)備不充分，在實踐操作階段顯得手忙腳亂。B 同學(xué)在課前學(xué)習(xí)認(rèn)真，在小組內(nèi)積極進行問題反饋并與同學(xué)進行深入交流，所以實驗操作熟練，對實驗原理理解深刻。通過對班級50 名同學(xué)進行問卷調(diào)查，并與傳統(tǒng)教學(xué)方式對比，90%的學(xué)生認(rèn)識到翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法的應(yīng)用無論是對實驗原理理解，還是動手實踐操作能力都有了較大提升。85%以上的學(xué)生普遍表示認(rèn)同翻轉(zhuǎn)課堂在實訓(xùn)課程中的應(yīng)用，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提升學(xué)習(xí)能力。

反思評價：通過對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果進行觀察，我們發(fā)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式雖然在實際效果和學(xué)生主觀評價上得到積極肯定。但是由于實訓(xùn)課程中學(xué)生人數(shù)太多，教師無法兼顧所有學(xué)生，從而無法解答學(xué)生所有問題。同時各實訓(xùn)小組成員的分配，學(xué)生接受和適應(yīng)能力等問題也對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法的使用有較大影響，教師需要在這些方面做進一步調(diào)整。

六、結(jié)束語

實踐證明，將翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式應(yīng)用于以實踐性，操作性為主的實訓(xùn)課程中具有較大優(yōu)勢，它將“教師作為組織者，學(xué)生作為教學(xué)主體”的思想充分體現(xiàn)，明顯提升了學(xué)生的實踐能力和協(xié)作能力。同時課前的自主學(xué)習(xí)使學(xué)生能充分完成知識的內(nèi)化，課堂中學(xué)生有更多的時間進行實踐操作，能激發(fā)學(xué)生對問題的思考，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)與溝通合作能力。因此，翻轉(zhuǎn)課堂也被稱作“影響課堂教學(xué)的重大技術(shù)變革”。