席睿 許蘭貴 吳林峰 韓林山

摘 ?要：本文針對“現(xiàn)代設計理論及方法”中優(yōu)化設計理論的內容構成和教學特點，分析了引入翻轉課堂教學模式的原因和主要思路，系統(tǒng)地闡述了基于微課技術的翻轉課堂教學設計方案及實施過程。實踐證明，準確把握微課特點，充分發(fā)揮翻轉課堂教學模式的優(yōu)勢，有助于提升傳統(tǒng)工科課程的教學效果，增強學生的學習效率。

關鍵詞：翻轉課堂;微課;教學設計;教育信息化

中圖分類號：G434;G642.4 ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）13-0149-03

Research on the Application of Flipped Classroom Teaching Based on Micro-course

——Take the Teaching of “Modern Design Theory and Methodology” as an Example

XI Rui，XU Langui，WU Linfeng，HAN Linshan

（North China University of Water Resources and Electric Power，School of Mechanical Engineering，Zhengzhou ?450045，China）

Abstract：According to the structure and teaching characteristics of optimum design theory class in “Modern Design Theory and Methodology”，the study demonstrates the necessity and method to introduce flipped classroom teaching mode，and systematically analyses how to design and process flipped classroom teaching on the basis of micro-course technology. Practice has proved that accurately grasping the characteristics of micro-courses and giving full play to the advantages of flipped classroom teaching mode can help to improve the teaching effect of traditional engineering courses and enhance studentslearning efficiency.

Keywords：flipped classroom;micro-course;teaching design;education informatization

0 ?引 ?言

機械設計及其自動化專業(yè)中的“現(xiàn)代設計理論及方法”課程是該專業(yè)學生的一門核心課程，旨在培養(yǎng)學生利用一些新興的設計理念和方法進行工程設計，使所設計的產(chǎn)品具有先進性、可靠性、經(jīng)濟性和及時性。由于該課程屬于多元交叉學科，具有較強的理論性、綜合性、實踐性特點，在教學過程中，教師經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)如下教學問題：傳統(tǒng)教學課堂比較適合向學生進行理論講授和簡單的案例介紹，大部分學生能夠理解老師講過的案例，也掌握了基礎理論知識，但在指導學生進行畢業(yè)設計時，學生遇到工程設計問題時通常無法自己從整體入手將課堂所學在頭腦中整合以自如應用于工程實踐，理論應用實踐能力不足。

1 ?教學中的主要問題及原因剖析

這種問題產(chǎn)生的原因主要是學生在傳統(tǒng)的授課方式下更習慣被動地接受老師的知識“灌輸型”教學，主動思考能力鍛煉不足，從而在解決實際工程問題時，雖然明白各種理論的原理，也學過各種其他相關課程，但是不會靈活運用。因此審視以往教學內容安排，以課程中的主要部分—優(yōu)化設計的教學內容為例，對工程優(yōu)化設計可分四大部分：

（1）對工程問題進行正確數(shù)學模型提煉。該部分是解決優(yōu)化設計的關鍵，非?？简瀸W生機械設計、材料力學等先行科目的掌握程度和工程經(jīng)驗，但是由于課時原因這部分只能通過簡單的幾個實例用2個學時進行介紹，且屬于灌輸型講解，學生難以深入理解并有效掌握。

（2）選擇合適的優(yōu)化算法。課堂上針對不同數(shù)學模型的特征詳細進行了多種優(yōu)化算法的原理講解和數(shù)學算例計算，這部分內容占課時大部分，學生對原理理解較好。但是這樣上課內容非?？菰铮瑢W生的頭腦中記住的是一個個孤立的算法，而工程實際中需要對多種算法進行靈活運用，這其綜合運用方面，學生難以得到有效鍛煉。

（3）編程調試求最優(yōu)解。對常用算法安排單獨課時，并利用C語言求解，這對學生掌握優(yōu)化設計實現(xiàn)工具非常重要。但是在工程領域有很多商用優(yōu)化軟件更適用于處理復雜的機械優(yōu)化問題，在本科教學階段缺少課時對學生做必要的引入介紹。

（4）優(yōu)化結果的分析評價。該部分依賴優(yōu)化經(jīng)驗，在傳統(tǒng)課堂中難以有效指導。

在以上四點的能力培養(yǎng)中，對應優(yōu)化算法的學習可在課堂上進行綜述，梳理各算法關系，而對于各算法的原理可利用互聯(lián)網(wǎng)教學，以錄制微課的方式讓學生在課下進行理論學習，在課堂中增加對利用優(yōu)化設計理論進行實際工程優(yōu)化問題的講解，以解決上述（1）（3）（4）部分教學內容不足的問題。同時為學生布置工程實際優(yōu)化任務令其在課下完成，回到課堂進行解決方案的講解和師生共同評價探討，以翻轉課堂的方式提高學生對實際工程問題的綜合處理能力。

2 ?基于微課的翻轉課堂教學模式的主要思路

2.1 ?引入翻轉課堂教學模式

翻轉課堂是指學生在課前利用教師準備的與教學目標相匹配的材料（如音頻、視頻及達標聯(lián)系教材等），在音頻或視頻的指導下自主完成課程知識學習，課堂上主要通過“教師-學生”或“學生-學生”的互動活動進行所學知識的消化吸收，從而形成以學生自主學習為中心，教師充當教學的指導者和學習材料的提供者的模式，以促進學生專業(yè)應用能力的個性化培養(yǎng)[1]。

在本科目的教學中，教師可以采用翻轉課堂的方式提高學生對實際工程問題的綜合處理能力，課堂上先完成必要的教學如應用概述，優(yōu)化實例完成步驟介紹，優(yōu)化算法的綜述，而具體的各類算法原理和軟件實操小案例以微課的方式令學生在課下完成。之后為學生布置工程實際優(yōu)化任務，讓學生回到課堂進行優(yōu)化解決方案的講解（提取數(shù)學模型的思路、優(yōu)化算法的選擇和編程過程），師生共同評價探討，以翻轉課堂的方式提高學生對實際工程問題的綜合處理能力。

為學生布置優(yōu)化案例任務不僅將學生的學習模式由被動接收轉為主動學習，而且微課的采用將傳統(tǒng)模式中教師花費大量時間在課上講授的算法原理移到課余時間由學生自主完成，課上留下了充足的時間用于展開基于實際應用問題的互動，一方面有助于學生對所學內容的深入理解，另一方面為學生提供了解決工程實際優(yōu)化問題的機會。

2.2 ?借助微課擴充學生的學習時間

“微課”是一種對傳統(tǒng)課程知識點進行有效提煉后形成的短小精悍、指向明確的網(wǎng)絡課程。微課通常時程很短，僅針對傳統(tǒng)課堂中的一兩個知識點進行教學。這些知識點往往是傳統(tǒng)課堂中的重點、難點和學生常見疑點。在5分鐘-10分鐘的時間內，微課教師需要圍繞有限的主題，從背景、概念、方法、效果等方面進行重點突出、短促有力的講解。這要求教師的選題應當具備很強的針對性和代表性，教學內容必須提綱挈領，以滿足微課資源容量較小、便于傳播、指向性強等特點，使學生通過微課能夠迅速抓住課程的重要知識背景和主要知識點。然而，正因為微課的這些特點，使其不能完全替代傳統(tǒng)課程的完整性和貫通性，容易造成課程碎片化傾向，必須通過與傳統(tǒng)課程和實踐課程的結合，保證學生課程培訓的完整度。對于優(yōu)化設計理論部分的知識講授而言，內容多且具有一定的體系性，非常適合將各類具體算法原理制作成微課令學生課下進行學習，而在課堂上只討論不同算法的應用。

基于微課的課程教學模式，將傳統(tǒng)教學與翻轉課堂的特點相結合，課堂上以學生討論互動為主，教師全程起主導和解惑作用。因為微課使得課前、課后的時間和空間得以延展。教與學的互動性從有形空間拓展到無形空間[2]。

3 ?基于微課教學設計及應用

3.1 ?微課內容設計

在微課內容的選擇上應選擇獨立性較強且內容適合在5分鐘-10分鐘內講完的知識點，以優(yōu)化算法的講述內容為例[3]：

（1）每一種算法的介紹都應該首先說明其歸屬的算法體系及其工程應用背景;

（2）需指明其適合哪種類型的數(shù)學模型;

（3）對算法原理進行概述;

（4）對求解過程進行講解;

（5）算法特點總結;

（6）數(shù)學例題應用或者工程應用效果評價。

在資源的準備上應注意每種算法的安排應由簡入繁、有概述有詳述，有引例有總結。這就需要教師精心分解好各部分內容，準備好PPT動畫和講稿等資源，并將其制作成為校園網(wǎng)絡平臺上的資源。

3.2 ?微課信息設計

微課信息設計主要包括選題來源、教學目標、教學重難點、教學對象、教學用途、時間[4]。以優(yōu)化設計理論中黃金分割法的微課視頻為例，微課信息設計具體如表1所示。

3.3 ?學習任務單設計

學習任務單主要是為輔助完成教學目標而設計的，即學生通過觀看教學視頻能夠了解、熟悉并掌握的知識點，為翻轉 課堂的有效實施奠定堅實的基礎[5]。任務單設計如表2所示。

4 ?基于微課的翻轉課堂教學實施過程

對于“現(xiàn)代設計理論及方法”課程中優(yōu)化算法部分的教學采用傳統(tǒng)教學與翻轉課堂相結合的教學方式。

4.1 ?教學過程安排

優(yōu)化設計部分的學習，首先應基于傳統(tǒng)課堂授課對優(yōu)化設計的理念進行概述，使學生明確優(yōu)化設計的概念、優(yōu)化設計的知識體系、優(yōu)化設計的步驟，并結合若干實例明確一個工程問題的完整優(yōu)化過程。之后將各種優(yōu)化算法加以概述，使學生大概明晰算法的分類和在整個優(yōu)化過程中的地位。

對于算法的掌握則通過微課進行，教師給予學生微課資源的簡介和學習順序，并布置階段性任務令學生課下完成，并通過QQ、微信或網(wǎng)絡平臺答疑掌握學生的學習情況，之后再回到課堂進行課程小結和共同探討。

對較為復雜的工程問題可在學生對優(yōu)化算法和上機編程環(huán)節(jié)學習之后進行，教師可事先準備一定難度的工程優(yōu)化實例作為引例，此部分著重與優(yōu)化軟件工具結合以使學生了解工程問題的數(shù)學模型的具體建立過程和在軟件中的設置。之后學生將課下自行完成一個工程問題從優(yōu)化方案的提出—數(shù)學模型的逐步建立—合適的算法選擇—求解—優(yōu)化結果的評價。隨后的課堂將進行翻轉，由學生來講解自己的優(yōu)化項目，使其完整掌握對工程問題進行優(yōu)化的能力。

4.2 ?過程考核方法

根據(jù)“現(xiàn)代設計理論及方法”課程的學時數(shù)，對微課程視頻列表對應的教學內容進行重組，如優(yōu)化部分總共涉及五大類算法，對不同類的算法設置分別計分得出算法微課學習總分，工程優(yōu)化任務單獨計分。

這兩部分總計100分的過程考核成績，結合考試課最終的卷面考核一起折合成總分，將原先的最終考試壓力平攤在日常的學習中，學生也能在任務完成的過程中體驗到成就感。

5 ?教學感言

在建設“新工科”背景下，教師的教學內容不應再局限于傳統(tǒng)課堂基于課本的教學，而是應該立足工程應用實際，加強培養(yǎng)學生理論結合實踐的能力。同時應緊跟時代，積極采用“翻轉課堂”等新興的教學理念，不斷適應信息化大潮所造就的“微課”這種新型教學方式的教學改革，對傳統(tǒng)工科教學進行“升級改造”。

（1）在教學中引入“翻轉課堂”和微課教學可以充分拓寬學生學習的廣度和深度，提高學生學習的自主性，并通過討論和學習報告使老師可以有效掌握學生的學習情況，并及時將指導內容傳達給學生。

（2）學生的學習不再依賴于課堂教學，通過微課視頻，學生可以根據(jù)自己的學習情況，有針對性地控制微課播放進度，必要時可反復觀看，強化了學習效果，節(jié)省了課堂時間。

（3）基于微課的“翻轉課堂”教學模式打破了傳統(tǒng)工科教學枯燥、學生容易疲勞的現(xiàn)狀，激發(fā)了學生主動學習的興趣，活躍了課堂氣氛。

參考文獻：

[1] 倪紅軍，周巧扣，李霞，等.基于翻轉課堂模式的Android應用開發(fā)課程建設 [J].計算機教育，2015（20）：88-91.

[2] 李雪峰，劉海濤.微課促進翻轉課堂的課程教學改革實踐研究 [J].中國教育信息化，2019（6）：48-51.

[3] 吳云，王淑芳.基于翻轉課堂的《汽車電氣設備》微課教學設計研究 [J].汽車實用技術，2019（3）：212-213.

[4] 劉春玲.基于翻轉課堂的中學化學微課的教學設計研究 [D].四川：西華師范大學，2015.

[5] 昂娟，俞欣，水淼.基于翻轉課堂的微課設計策略探析 [J].重慶科技學院學報，2014（12）：161-166.

作者簡介：席睿（1985-），女，漢族，河南衛(wèi)輝人，博士研究生，講師，主要研究方向：精密機械設計及優(yōu)化方面的教學和科研。