田輝 王棟 王玲 張秀麗 蘭明明

摘要：針對目前CAD類課程教學(xué)存在的問題，嘗試在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電類本科生中利用微課結(jié)合網(wǎng)絡(luò)平臺開展教學(xué)，以“SolidWorks三維設(shè)計”課程為例，從微課資源建設(shè)、課堂實(shí)施、教學(xué)效果等三個方面展開研究并應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中。實(shí)踐證明：基于微課教學(xué)模式的教學(xué)方案，切實(shí)增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐開發(fā)能力，大大提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新協(xié)作意識，也為其他學(xué)科課程教學(xué)改革提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：CAD;微課;教學(xué)模式;教學(xué)改革

目前，隨著智能手機(jī)、電腦的廣泛應(yīng)用，“互聯(lián)網(wǎng)+移動學(xué)習(xí)”的方式正在被越來越多的人們接受，而微課正是適應(yīng)了這種需要，學(xué)生在課余、課間及閑暇等碎片時間段，可以快速通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行短時間的免費(fèi)學(xué)習(xí)，也可以把學(xué)習(xí)過程中遇到的問題及要求在線反饋給老師，通過在線交流互動提高學(xué)習(xí)效果。

一、CAD類課程教學(xué)現(xiàn)狀

CAD類課程一般是工科類專業(yè)的專業(yè)選修課，傳統(tǒng)的二維CAD要求機(jī)械設(shè)計人員必須有較強(qiáng)的二維空間的想象、表達(dá)能力，常采用Auto CAD、CAXA等繪圖軟件進(jìn)行二維工程圖繪制。而三維CAD技術(shù)是數(shù)字化、虛擬化、智能化設(shè)計平臺的基礎(chǔ)，采用三維模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，能虛擬仿真實(shí)際產(chǎn)品的構(gòu)形及生產(chǎn)加工過程，且采用參數(shù)化驅(qū)動零部件尺寸，設(shè)計的產(chǎn)品易于修改、方便管理。這也是目前高校課程采用最多的方式。河南農(nóng)業(yè)大學(xué)“Solid Works三維設(shè)計”課程在2010年較早開設(shè)，結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)中存在著如下問題。

一是教學(xué)內(nèi)容以命令講述為主，缺乏產(chǎn)品整體設(shè)計思想的培養(yǎng)。改革之前，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)的CAD課程教學(xué)模式是在理論課堂上教師先通過多媒體課件講解知識點(diǎn)，然后打開軟件進(jìn)行各類命令的操作演示，最后講解幾個簡單的實(shí)例來進(jìn)行軟件的具體操作，這也是大部分軟件類課程之前一直沿用的教學(xué)方法。教師往往注重軟件命令的使用而忽視軟件是為了產(chǎn)品設(shè)計而設(shè)計。

二是教學(xué)模式單一，缺乏互動和創(chuàng)新。目前，CAD類課程的教學(xué)模式是教師先講授、演示命令，然后學(xué)生操作。由于命令復(fù)雜，許多學(xué)生容易忘記，其學(xué)習(xí)興趣度下降。教師是整個過程的主角，學(xué)生只被動地接受知識，沒有被充分調(diào)動起主動性，教學(xué)效果并不理想，課后學(xué)生和老師之間又缺乏有效的溝通途徑，無法使學(xué)生學(xué)以致用，無法觸發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動力。

三是忽略應(yīng)用，缺乏專業(yè)融合。目前的教學(xué)方法是教師僅關(guān)注自己課程知識點(diǎn)的講授，不關(guān)注課程在整個專業(yè)體系中的作用及本課程前后知識的串聯(lián)與結(jié)合。這造成很多學(xué)生學(xué)會軟件以后，不用或者不知道用在什么地方，忽略了課程的實(shí)踐應(yīng)用，缺乏專業(yè)知識的系統(tǒng)融合。

二、CAD類課程微課資源建設(shè)

確定以河南農(nóng)業(yè)大學(xué)開設(shè)的CAD類課程“Solid Works三維設(shè)計”為微課課程案例，檢驗(yàn)CAD類微課的應(yīng)用效果，研究的過程中對教學(xué)過程進(jìn)行系統(tǒng)的觀察、記錄和分析，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，適時調(diào)整研究進(jìn)程，完善研究方案，并為以后其他課程微課的設(shè)計和實(shí)施提供參考。

結(jié)合河南農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)際課程情況，微課前期的分析著力點(diǎn)在課程教學(xué)現(xiàn)狀方面;微課知識體系的分析主要是課程內(nèi)容核心知識點(diǎn)的確定;視頻分析主要是素材選擇、腳本編寫、錄制方式選擇以及QQ、微信、超星學(xué)習(xí)通的網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建;微資源分析主要是微課的類別及導(dǎo)入;微課學(xué)習(xí)活動分析主要有微課教學(xué)模式的課堂實(shí)施以及保障措施;最后是對微課學(xué)習(xí)效果的評價總結(jié)和推廣。

（一）教學(xué)內(nèi)容核心知識點(diǎn)劃分

該課程是河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電類專業(yè)大三選修課程，占2個學(xué)分，共32學(xué)時，分為16學(xué)時的課堂理論教學(xué)和16學(xué)時的上機(jī)實(shí)操訓(xùn)練。本課程學(xué)時少任務(wù)多，在保證課程知識體系完整的基礎(chǔ)上，更著重“知識的系統(tǒng)性”，結(jié)合工程制圖、機(jī)械設(shè)計、先進(jìn)機(jī)械制造技術(shù)等課程所學(xué)理論，要使學(xué)生做到設(shè)計制造仿真而非簡單的畫圖;應(yīng)按照機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的需求，組織講解最常用的命令，注重實(shí)踐應(yīng)用;運(yùn)用真實(shí)機(jī)械零部件的設(shè)計過程，把設(shè)計、繪圖、生產(chǎn)加工等各個環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，使學(xué)生建立一個基于三維技術(shù)的機(jī)械設(shè)計制造知識體系。對教學(xué)內(nèi)容加以取舍，去粗取精，同時，吸收行業(yè)的最新研究成果來科學(xué)合理地構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容，以期學(xué)生學(xué)有所用，學(xué)以致用。

齒輪減速器是廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)的機(jī)械裝置，它包含多種零件，其主要結(jié)構(gòu)類型包括軸類、輪盤類、箱體類、標(biāo)準(zhǔn)件和常用件等。這也是河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生在機(jī)械課程設(shè)計中選擇的部件。在教學(xué)內(nèi)容的案例精選上，圍繞齒輪減速器實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計為整個教學(xué)和課程建設(shè)的主線。教學(xué)內(nèi)容會分為八個模塊，采用思維導(dǎo)圖的形式建立課程核心知識地圖。

（二）微課視頻制作

1、微課視頻教學(xué)的設(shè)計原則。微課視頻內(nèi)容的設(shè)計要符合實(shí)際教學(xué)規(guī)律和學(xué)生的需要，要符合多媒體設(shè)計的原則以及教學(xué)設(shè)計的理論與方法，且設(shè)計微課時應(yīng)關(guān)注以下幾個問題。

（1）制作微課的出發(fā)點(diǎn)要明確：微課視頻制作要從教學(xué)問題、目標(biāo)及實(shí)際教學(xué)應(yīng)用出發(fā)來構(gòu)建學(xué)習(xí)資源，應(yīng)綜合考慮使用的對象、目的及時機(jī)等。在使用微課教學(xué)時，要有明確的教學(xué)目的，可通過教師口授傳達(dá)，也可在微課開頭或者中間添加屏幕文字說明，以使學(xué)生明確課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)習(xí)者對相關(guān)知識點(diǎn)的關(guān)注。

（2）選題要貼切：微課的選題一定要貼切，選題范圍可以是教學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)或易混淆的知識點(diǎn)。特別是在CAD類課程中，微課中的相關(guān)知識點(diǎn)一定要關(guān)聯(lián)、有順序，不能混亂無章。微課內(nèi)容可以是視頻講解，也可以是視頻文字共存的方式，設(shè)計者根據(jù)需要合理選用。

（3）教學(xué)引導(dǎo)合理得當(dāng)：視頻課程在開始之前要簡潔明了地引出主題，快速抓住學(xué)習(xí)者的注意力，通過小案例或開門見山式導(dǎo)入，一般時間控制在10秒左右，中間內(nèi)容要豐富、剪裁得當(dāng)，既要保證完成教學(xué)目標(biāo)，又不能拖沓冗長。視頻最后要及時對知識點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，并有針對性地提出新的問題。

（4）巧妙合理地使用媒體設(shè)備：無論微課在教學(xué)課堂上的使用方式，還是微課呈現(xiàn)出的畫面，都要精心設(shè)計，合理恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用媒體設(shè)備，避免畫面呆板無趣。

2、微課視頻制作。不同的內(nèi)容選擇不同的錄制方式。CAD類課程的微課制作主要是通過教師的示范、演示來展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，一般需要直觀、動態(tài)地呈現(xiàn)軟件操作過程，常采用錄屏軟件錄制微課視頻。這樣的錄制方式能夠清晰展示出每個知識點(diǎn)的操作步驟及操作重難點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)操作方面，一般采用攝像技術(shù)拍攝微視頻，要拍攝教師的肢體動作和對各種實(shí)驗(yàn)工具的操作（手部動作），清晰直觀地展現(xiàn)動作和操作。理論教學(xué)部分可以去錄播室進(jìn)行錄制，畫面質(zhì)量比較高，缺點(diǎn)是后期制作視頻時不方便修改。

以實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計為主線，系統(tǒng)性地錄制知識點(diǎn)微課視頻。如，3D打印模塊中先是錄制零件的設(shè)計過程，生成STL可打印格式，可以錄制微課“零件設(shè)計階段”視頻。導(dǎo)入3D打印的切片軟件中進(jìn)行切片操作，生成G代碼導(dǎo)入SD卡這段，可以錄制微課“零件切片”視頻。然后是3D打印機(jī)的使用操作，可以錄制微課“3D打印機(jī)的使用操作”視頻。最后，把打印后的零件裝配成一個實(shí)物模型的制作，可以錄制微課“實(shí)物模型的制作”視頻。每個視頻不超過10分鐘。

本課程按照知識認(rèn)知規(guī)律，把知識點(diǎn)分為基礎(chǔ)練習(xí)模塊、提高升級模塊、綜合設(shè)計、創(chuàng)新實(shí)踐模塊、學(xué)習(xí)拓展資源等五個模塊，每個模塊有25個左右的典型練習(xí)案例，共錄制120個實(shí)訓(xùn)案例的微操作視頻，以供學(xué)生在線自主學(xué)習(xí)。

三、微課的實(shí)施與效果

（一）微課課堂教學(xué)模式實(shí)施

根據(jù)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合“Solid Works三維設(shè)計”課程的教學(xué)特點(diǎn)，以微課和超星學(xué)習(xí)通教學(xué)平臺、QQ平臺等信息技術(shù)為依托，設(shè)計微課翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。教學(xué)模式明確地把教學(xué)過程劃分為課前準(zhǔn)備、課堂教學(xué)和課后鞏固三個階段，明確了三個階段的教學(xué)活動和師生任務(wù)分工。

根據(jù)科學(xué)記憶方法“3時間+3場景”的訓(xùn)練方式，在基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，學(xué)生對知識的掌握循序漸進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了3次知識的內(nèi)化。如表1所示，學(xué)生課前通過超星學(xué)習(xí)通、QQ群等網(wǎng)絡(luò)平臺自主學(xué)習(xí)微課視頻，不再僅僅依賴教師課堂上講授知識，通過自主學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)第1次知識的內(nèi)化。課堂上，教師更多是根據(jù)課前學(xué)生的問題反饋去引導(dǎo)學(xué)生自主探究以及對學(xué)生進(jìn)行個性化輔導(dǎo)，一步步引領(lǐng)學(xué)生真正掌握所學(xué)，這將促使學(xué)生對知識進(jìn)行第2次內(nèi)化。課后，學(xué)生通過獨(dú)立完成老師布置的拓展實(shí)踐任務(wù)實(shí)現(xiàn)對知識的第3次內(nèi)化。

（二）教學(xué)效果

為了評價學(xué)生是否滿意微課翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計模式，從提高實(shí)踐技能、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、討論交流、有助于課程學(xué)習(xí)和作業(yè)難度等五個方面，對2016級3個班的104名學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，從“問卷網(wǎng)”上編輯調(diào)查表并發(fā)布到學(xué)生QQ群中，具體結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，學(xué)生普遍認(rèn)為教學(xué)視頻有助于課程學(xué)習(xí)、微課教學(xué)有助于提高實(shí)踐技能、作業(yè)難度適中、能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、討論交流比較有效。

在對機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)2015級4個班的CAD課程實(shí)施了微課教學(xué)試點(diǎn)。與2014級4個班未實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的期末考試成績相比，2015級學(xué)生全部一次性通過考試，優(yōu)秀率提高了10個百分點(diǎn)，并且借助本課程的裝配體課程設(shè)計，其中的部分優(yōu)秀作品直接參加全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計競賽并獲獎。部分同學(xué)把自己的競賽作品寫成論文并發(fā)表，部分同學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計作品申請了國家實(shí)用新型專利。

四、結(jié)論

針對“Solid Works三維設(shè)計”的課程教學(xué)融入微課教學(xué)模式，不僅有助于學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握，通過互動交流、討論及問題解答，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)了3次知識的內(nèi)化、充分鍛煉了其知識實(shí)踐應(yīng)用能力，實(shí)踐證明：基于微課教學(xué)模式的教學(xué)方案，切實(shí)增強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐動手能力，大大提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新協(xié)作意識，也為其他學(xué)科的教學(xué)改革提供參考依據(jù)。

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