危衛(wèi)華　連小瑩

摘 要：翻轉課堂作為近年出現的一種新型教學理念，可以為教師和學生定制個性化教學平臺與個性化學習空間。學生通過網絡、視頻、創(chuàng)新實驗等自主學習與課堂內的探討與互動，能夠更深刻的掌握及內化理論知識。機械制造基礎課程是綜合性、多學科交叉、實踐性強的課程，傳統(tǒng)的教學模式已經不能完全滿足目前對高校應用型人才的培養(yǎng)需求。本文以鐵碳合金相變基礎知識為例，研究了基于翻轉課堂方式的教學模板設計，從學習內容分析、學習目標分析、學習者特征分析、課前任務設計、課上任務設計和教學設計反思六個方面進行了深入研究，最終給出了基于鐵碳合金相變基礎知識的翻轉課堂教學設計模板，從而展現出翻轉課堂模式對機械制造基礎乃至工科專業(yè)課程教學的實際可行性和重要性。

關鍵詞：機械制造基礎；鐵碳合金相變基礎知識；翻轉課堂；模板設計

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2017）18-0060-04

機械制造基礎是機械類專業(yè)學生必須掌握的一門重要的綜合性專業(yè)基礎課，是引導學生進入專業(yè)領域，培養(yǎng)學生具有應用創(chuàng)新能力的綜合訓練課程，在機械類專業(yè)教學體系中具有極其重要的地位。機械制造基礎課程主要涉及工程材料（材料科學的基礎知識、材料的力學行為、二元合金及相變基礎知識、材料的改性、金屬材料、非金屬材料以及材料的選用）、鑄造成型、鍛壓成型、焊接成型以及切削加工等五大部分內容。該課程實踐性強，涉及知識面廣，教學內容組織上有很強的針對性和實用性，在教學過程中需要注重對學生解決實際問題能力的培養(yǎng)以及強化學生的工程意識，使學生具備運用鐵碳合金相圖等知識解決工程實際問題的能力，如金屬材料熱處理工藝選擇、工程應用中金屬材料的選用等[1]。本文面向工科本科教育，選取機械制造基礎課程中工程材料章節(jié)的鐵碳合金相變基礎知識這部分內容，從學習內容分析、學習目標分析、學習者特征分析、課前任務設計、課上任務設計和教學設計反思6個方面進行了深入研究，最終給出基于鐵碳合金相變基礎知識的翻轉課堂教學設計模板。

一、翻轉課堂教學法特點

翻轉課堂作為另外一種基于現代信息技術的新型教學模式，是近年來在國內外教學研究的熱點之一。早期的翻轉式教學實踐和研究主要是在美國高校進行，哈佛大學的Eric Mazur物理教授最早于上世紀90年代就開展了“翻轉學習”的實踐研究。翻轉課堂（Flipped Classroom）教學一般是指教師在每次課程上課前將一些學習數字資料提前分發(fā)給學生，讓他們自己預先進行自主學習材料，如電子期刊論文、相關錄音視頻、電子書本等；學生有了這些準備，然后與同學和教師在課堂上開展諸如答疑、解惑、討論等互動形式，來完成課堂教學的一種新型教學模式。這種新型的教學方式，改變了我們傳統(tǒng)意義上的課堂教學模式，是對傳統(tǒng)課堂教學進行的一場大改革。其特點之一，傳統(tǒng)課堂中教師講授課程內容，課下學生自主完成課程作業(yè)，而翻轉課堂教學法則要求學生在課程內容講授之前，自己先自主學習相關內容，然后再集體答疑、討論、探索知識。其特點之二，翻轉課堂教學讓學生的角色發(fā)生改變，不再是傳統(tǒng)教學的被動接受知識，而是先主動積極學習相關知識，然后再結合課堂主動交流互動來掌握知識。其特點之三，翻轉課堂教學中的主要教學資源就是課前發(fā)給學生的如電子PPT、小型錄音視頻、電子教材等電子文件，不再是以往課堂教學時的教案、教材等[2][3][4]。

二、鐵碳合金相變基礎知識教學特點

機械制造基礎課程中工程材料章節(jié)的二元合金及相變基礎知識部分包含合金的晶體結構、二元合金相圖、鐵碳合金相變基礎知識等內容?！拌F碳合金相變基礎知識”這部分又涉及鐵碳合金中的基本相和組織、相圖分析、鐵碳合金在平衡冷卻時的轉變、含碳量對鐵碳合金組織性能的影響、鋼在加熱時的轉變、鋼在非平衡冷卻時的轉變等內容。這些內容比較貼切生產實際，實踐性強，所以內容幾乎都在生產一線有所體現。因此，“鐵碳合金相變基礎知識”這部分內容開展翻轉課堂教學法有下面一些特點。①該課程內容實踐性要求高，注重理論聯(lián)系實際，學生需要參加車間生產實習、認識實習等環(huán)節(jié)教學，適合學生自學；②通過課下學生之間交流與課堂上師生的互動交流，既可鍛煉學生的表達能力，又可對其學習起到督促作用，有助于大多數學生學習成績的提高[5]。

三、翻轉課堂教學模板設計

1.學習內容分析

“二元合金及相變基礎知識”一章在南京林業(yè)大學整個“機械制造基礎”32講中位于第一章的3～5講，是工程材料部分最重要的三大內容（二元合金及相變基礎知識、材料的改性、金屬材料）之一。本講內容為“鐵碳合金相變基礎知識”中的“鐵碳合金中的基本相及相圖分析”，特色是內容層次分明，難易有別。對于簡單的內容，比如鐵碳合金中的幾種基本相的概念，比較簡單，學生完全可以通過課前看參考資料學會；而對于難點鐵碳相圖分析，通過課前資料，一部分學生可能還不能完全掌握，所以課前要給學生留習題，通過習題引導，可以幫助學生掌握鐵碳相圖。同時，教師通過學生對習題的完成情況也可掌握學生課前對學習內容的掌握情況，從而在上課時因地制宜。本堂課重點是鐵碳相圖分析。

2.學習目標分析

①記住鐵碳相圖中涉及的基本相及其性能特點，能夠區(qū)分開這些基本相的存在溫度范圍和含碳量范圍；

②理解鐵碳合金從液態(tài)向固態(tài)凝固過程中，可能出現共晶反應和共析反應的溫度和含碳量條件，區(qū)分好二者具體的反應轉變過程；

③掌握鐵碳合金相圖中涉及到的特征點、特征線的含碳量和所表示的物理含義；

④默寫出簡化版的鐵碳合金相圖，即省略掉包晶反應部分的鐵碳合金相圖；

⑤創(chuàng)新：鐵碳合金相圖在企業(yè)競爭等方面的指導意義。教師可以通過學生對課前習題的完成情況、課堂上的表現及課堂測驗的完成情況判斷學生是否達到了學習目標。

3.學習者特征分析endprint

本課程學習者為大二學生，前面學期他們已經接觸過相關專業(yè)知識的學習。他們喜歡學習該實踐應用型課程，對本節(jié)內容很感興趣。同時，他們喜歡充滿樂趣和挑戰(zhàn)的學習，希望通過本堂課的學習可以指導實踐。

在本堂課之前學生已經學習了固溶體和金屬間化合物的基本概念和性能特點、二元合金相圖中勻晶相圖和共晶相圖的定義及結晶過程、運用杠桿定律進行組分分析計算等，已經具備了掌握鐵碳合金中的基本相及相圖分析的理論基礎。課前學生通過學習課前資料、做習題能夠掌握基本的內容，但對于鐵碳合金相圖中特征點、特征線的理解可能存在困難，特別是對于共析和共晶這兩個反應容易混淆，雖然在學習資料中已經提醒學生從反應發(fā)生的含碳量或者反應發(fā)生的溫度角度，來比較這兩種反應的不同，但還需要通過課堂活動來幫助學生深入掌握。

四、課前任務設計

1.設計思想

課前任務與學習目標緊密聯(lián)系，滿足激發(fā)與維持學生學習動機的ARCS模型。

A（注意）：《鐵碳合金相圖（一）》、《第四節(jié)鐵碳合金相圖》視頻以生產實際當中的加工生產為案例，拉近了學習內容與生產實踐間的距離，生動而有趣味性，從而激發(fā)學生的學習興趣。

R（關聯(lián)）：以鐵碳相圖為基礎，可分析出不同含碳量鐵碳合金、乃至相同含碳量鐵碳合金在不同溫度下的合金組織充分和相組成，從而可建立含碳量和溫度之間的關聯(lián)；利用鐵碳相圖中涉及到的特征點、特征線及所圍成的區(qū)域，來解釋生產實際當中出現的問題，指導工業(yè)生產實踐，從而將新學知識和現實的問題相關聯(lián)。

C（信心）：課前學習資料和任務單有一定的難度，學生可通過自己或團體的努力完成。同時引導學生分析自己成功的原因，讓他們明確成功是自己努力和辛勤的結果。

S（滿足）：老師對學生的學習結果及時反饋，對學生進行激勵和鼓勵；同時通過學生學習成果的課上討論和展示，使學生具有成就感。

2.課前學習資料

①視頻1《鐵碳合金相圖（一）》，鏈接如下：http：//v.ku6.com/show/TsieNzjDQpwh2YhnR6jvzQ...html？loc=tashang chuan&lb=1；

②視頻2《第四節(jié)鐵碳合金相圖》，鏈接如下：http：//www.cmse.cqu.edu.cn/jpkc/gccl/kj/kj044.htm（重慶大學精品課程）；

③趙小東、潘一凡主編，《機械制造基礎》，東南大學出版社，2010年，第11-14頁以及配套PPT及動畫資料；

④練習題3道；

⑤附加應用型試題2道。

3.課前學習任務單

①認真學習“課前學習資料1”，在word文檔中列出鐵素體、奧氏體和滲碳體的基本含義和性能特點，本任務滿分5分；

②認真學習“課前學習資料2”，在word文檔中列出共晶反應和共析反應所發(fā)生的含碳量范圍和溫度條件，比較二者的轉變過程，本任務滿分5分；

③認真學習“課前學習資料3”，通過學習鐵碳合金相圖中特征點、特征線的含碳量大小和表示的物理含義，畫出鐵碳合金相圖，本任務滿分10分；

④完成鐵碳合金基本知識的3道習題，并于課前48小時提交，本任務滿分15分，每題5分，有兩次提交機會；

⑤附加題（選作）：學有余力的同學可完成附加題，并于課前48小時提交，每題5分，本任務可附加10分。

五、課上任務設計

1.課上活動規(guī)劃（見表1）

2.課堂題目

①針對45鋼（含碳量為0.45%），分析其由液態(tài)到固態(tài)的結晶過程，指出在室溫下其相和組織組成物各是什么？解釋工程應用上“趁熱打鐵”問題的理由？

②討論鐵碳合金相圖的記憶方法。

3.課堂可能出現的問題和解決方案

①課堂上各個活動環(huán)節(jié)都限定了時間，實際操作中所用時間可能會有所差異，這需要教師在課堂上根據實際情況進行掌控、調節(jié)，但應保持與計劃時間相差不大。

②在學生的討論環(huán)節(jié)，如果有學生的討論、辯論偏離了主題，或某局部點所用時間過長，教師必須正確引導。

4.學生學習活動評價方式和量規(guī)

評價學生采用形成性評價和終結性評價相結合的方式，課前、課上的評價主要考慮的是學生的努力程度，而不是僅以答案的正確與否為標準。單元測驗成績、期末考試成績以卷面分為準。

學生最終的成績：課前任務完成情況占20%、課堂表現占40%、單元測試成績占20%、期末考試成績占20%。

六、教學設計反思

課前視頻、資料是讓學生在課前自學的內容，同時為了掌握與評價學生的學習成效，課前還給學生留了3道習題。學生課前將答案及問題反饋給老師。

課上學習內容主要是對課前學習內容的回顧、應用和拓展。課堂活動與課前學習是緊密聯(lián)系的，課堂活動要實現對課前學習的答疑解惑與應用提升，同時與課前活動一起促進學生達到學習目標。

本課程學習環(huán)境設計包括：

1.物理學習環(huán)境設計

60m2的朝南教師，噪音小、空氣流通、光線好；25名學生，以5個圓桌分成5個小組，其中有個小組5個人。教師寬敞不擁擠；講臺有電腦、投影設備和放音設備。

2.資源學習環(huán)境設計

教材學生人手一本；課前學習任務單、課堂測驗試卷由教師打印發(fā)放給每個學生；教學視頻一部分由教師進行錄制并上傳網絡平臺，一部分是教師搜集的現有網絡視頻，兩種類型視頻都由教師在課前學習任務單中注明網址。

3.技術學習環(huán)境設計

教學視頻具有良好的界面設計，能夠激發(fā)學生學習興趣；各功能模塊有良好的導航機制，便于學生在學習過程中能根據學習進程進行任意的學習跳躍；同時交流平臺可以支持學生進行討論和協(xié)作學習。endprint

4.情感學習環(huán)境設計

開課前給學生上教學準備會，讓學生認識到本課程的重要性同時與實際生活聯(lián)系非常緊密；課上活動豐富有趣，讓學生對學習充滿興趣；部分任務和測驗有一定的難度，學生可通過自己或團體的努力完成。同時引導學生分析自己成功的原因，讓他們明確成功是自己努力和辛勤的結果，因而培養(yǎng)了他們的信心。老師對學生的學習結果及時反饋，對學生進行激勵和鼓勵；同時通過學生學習成果的課上討論和展示，使學生具有成就感。

七、 結語

（1）翻轉課堂教學方法的出現，為機械制造基礎課程的教學改革提供了廣闊的平臺，也為師生雙方帶來了全新的教學和學習體驗。通過學習內容分析、學習目標分析、學習者特征分析、課前任務設計、課上任務設計和教學設計反思等六個方面開展的深入研究，證實了基于鐵碳合金相變基礎知識的翻轉課堂教學方式是可以實施的。

（2）翻轉課堂教學理念及相應的教學方法，打破了昔日的先教后學的教學方式，使學生變成了學習的主宰者，有望讓每一位學生都能發(fā)揮自身的潛能，激發(fā)學習的積極性、主動性，實現全面發(fā)展。因此，在教學中強調學生的主體地位特別重要。

（3）翻轉課堂教學方法研究，可為工科院校機械類及近機械類專業(yè)課程的教學提供新的教學方式和經驗借鑒，但是要完全實現學生積極參與、個性化教育的翻轉課堂教學方式，還應在學生的專業(yè)課程體系設置、教學制度建立、高校日常教學管理等方面進行匹配的創(chuàng)新改革，并且還要經過實踐的長期檢驗。

參考文獻：

[1]趙小東，潘一凡.機械制造基礎[M].南京：東南大學出版社，2010.

[2]司家勇， 李立君.基于MOOC的機械工程材料課程翻轉課堂教學改革研究[J].時代農機，2015，42（10）： 108-111.

[3]楊麗娟. 職校開展計算機翻轉課堂教學的認識及對策[J]. 科技創(chuàng)新導報， 2016，（5）：116-118.

[4]馮武衛(wèi)， 李振華. 基于翻轉課堂模式的機電傳動與控制課程教學改革研究[J].科技創(chuàng)新導報，2016，（4）： 106-109.

[5]舒慶， 邵俊鵬.工程材料與熱成形技術課程中的翻轉課堂實踐與思考[J].實踐·探索， 2016，（1-2）：108-110.

（編輯：郭桂真）endprint