以功能为导向的翻转课堂教学方法探索

—以滚筒采煤机的截割部为例

尹中会    张安宁    苏畅 

（安徽理工大学机械工程学院，安徽淮南，232001）

[摘  要］专业课程在机械类本科教学中扮演着非常重要的角色，是学生获取专业知识的主要途径。为满足工程教育专业认证对本科生培养目标的要求，让学生更好地掌握机械设备的结构组成和工作原理以及最前沿的先进技术，文中提出采用翻转课堂的教学模式，以机械设备的功能为导向的教学思维方法，逐次展开介绍为了实现功能的技术方法、设备的工作原理、结构组成和参数设计的方式来诠释书本上针对某种机械设备介绍的理论知识，教学结果显示这种方法大大地提升该门课程的教学效果。

[关键词]功能导向；专业课程；截割滚筒；翻转课堂；教学设计；

[基金项目]2018年安徽省教学研究项目：“基于翻转课堂的本科工程专业课程的教学方法探索”，编号：2018jyxm0176；2、安徽理工大学校级教学改革研究项目(2018xjjyxm030)

[作者简介]尹中会，女，汉族，安徽舒城人，工学博士，安徽理工大学机械工程学院副教授，研究方向：机械设计及理论。

引言

毕业班学生上专业课时，课堂的学习氛围不是很理想，看考研书籍资料、做复习题、昏昏欲睡、看手机等情况频频出现，大部分学生的心思都不在课堂所讲的内容上，通常是老师在上面讲得热火朝天，有的学生连头都不抬一下。

如何将学生的注意力转移到课堂教学中是一个急需解决的问题。文章提出对机械设备类专业课程采取以设备功能为导向的翻转课堂的教学方法设计，改变以往以课本章节顺序，重组课堂教学活动流程^[1]，变教师讲授为主为教师用问题的方式引导学生思考讨论为主的课堂教学模式，让学生成为课堂的主角，积极主动的学习知识，从而提高教学效果^[2]。

一、教学方法改革的必要性

以往的课堂教学模式基本上是以老师讲授为主，对于应用性很强的工程专业课，理论深奥、图纸抽象，虽然老师讲的津津有味，但是很多学生还是觉得很乏味，抽象难懂，从而失去听课的热情，因此课堂上就会出现大量的学生看其他书籍的情况，特别是对于准备考研的学生，复习考研占据了大量的课堂时间，并且对老师所讲授的内容视而不见。如何让学生的注意力回归课堂成为了一个迫切需要解决的问题。

老师需要变通授课方式，尝试采用翻转课堂的模式，课前针对所要讲授的内容设计相关的问题，让学生带着问题去阅读、思考，然后以学生自愿或老师点名的形式让学生回答问题，这样不怎么听课的学生就会紧张起来，在学生回答问题的过程中适当地加以引导，回答不完整没关系，主要是鼓励学生积极参与课堂，分析思考问题并对于主动起来回答问题的学生加平时分，提高平时分数在最后总评成绩中的比例，让学生充分利用课堂45分钟，在和学生讨论问题时运用设计者的思维，从使用者的角度引导学生去分析使用过程中可能出现的问题，进而找到解决问题的方法。

这样不仅可以提高课堂效率，而且更能提高学生思考、解决问题的能力，机械类专业毕业生的主要工作就是要分析解决机械设备设计加工、运行及维护过程中遇到的实际工程问题，这是工程教育专业认证对工科毕业生的基本要求^[3-4]，也是机械专业的培养目标。

二、课前准备（以滚筒采煤机的截割机构为例）

翻转课堂的第一个教学阶段就是课前自学，在这个阶段，老师提供相应的自学材料，包括课件、三维动画仿真模型、录像、参考书籍等并提供重点内容的思考题。学生利用课外时间学习这些资料，思考问题。以滚筒采煤机截割部为例，课件包括截割部的功能，工作原理和结构组成的文字介绍配合实物图片；仿真模型包括结构仿真和运动仿真，显示采煤机整机的结构组成，采煤机的行走、截割臂的升降和截割滚筒的旋转截割运动等等，同时利用爆炸图来显示整机及截割臂的各个零部件之间的装配关系；录像选自煤矿井下综采工作面，呈现的是采煤机的工作过程、工作环境和三机配套的采煤生产过程。上课之前将这些资料呈现给学生，每部分内容附有相应的思考题，让学生先自学，记录下自学过程中的难点疑惑的部分，为后面的课堂做好铺垫。

三、课堂教学设计

1、 以设备功能为导向介绍工作原理

任何一种机械设备的出现都是工程需要的必然产物，学习了解一种机械设备首先得从其功能入手，功能是核心，即设备有什么用？能完成什么样的功能？在正式上课之前，先让学生思考这些与课堂相关的问题，然后再加以讲解。以采煤机的截割滚筒为例，其功能主要包括两大方面：其一是将煤从煤壁上破落下来，其次是将破落下来的煤顺利地装到运输设备上。

明确了设备的功能，接下来就是如何实现这些功能？即实现功能的技术方法，通过相应的设备、结构来完成功能，这是设备的工作原理，对于采煤机滚筒来说，破煤是依靠滚筒上的截齿作用于煤壁的结果，截齿对煤壁实施压、拉、剪的作用力超过煤岩的极限应力值时煤岩就会脱落，脱落下来的煤流沿着滚筒上的螺旋槽流入采煤机身下方刮板输送技上。在此利用采煤机的现场录像和动画演示，展示滚筒的旋转运动及截齿从煤壁上破煤，煤流顺着螺旋槽溜到刮板机上的装煤过程。因此以截割臂的功能为切入点可以清晰地了解截割臂的工作原理。

2、以功能为导向介绍其结构组成

为完成落煤和装煤的功能，需要什么样的工作机构？这就是设备的工作结构组成，如上所述的破煤功能需要截齿，装煤需要的机构是螺旋槽。由螺旋叶片构成螺旋槽，截齿安装在齿座上，齿座焊接在螺旋叶片上，螺旋叶片焊接在筒鼓上，筒鼓还担负着将驱动力传递到滚筒上的任务，让滚筒旋转带动截齿进行截割，另外在截割煤岩的过程中会产生灰尘，为了更好地降尘，在两个截齿的中间安装喷雾除尘的喷嘴，这样截割滚筒的结构组成就清楚了，主要有：截齿、截齿座、螺旋叶片、筒鼓、喷嘴，在此插入滚筒的实物图片，对每个机构进行认识学习。驱动滚筒旋转的动力机构电机和减速器安装在支撑滚筒的截割臂里面，在此插入截割部传动系统的三维动画模型，截割臂和截割滚筒，截割臂的外壳移去后展示出电机、减速器，点开减速器后爆炸图展示减速器的传动路线，揭开箱体后会看到减速器里面的齿轮传动系统—电机输出轴连接减速器的直齿轮组传动到二级行星齿轮，减速器输出轴连接截割滚筒，由此展示出采煤机的截割臂和截割滚筒结构组成非常清晰明。通过讲解学生对采煤机截割机构功能、工作原理、结构组成就会有一个非常清晰直观的认识。

3、以功能为导向的结构参数设计

截割部的参数有哪些？这些参数如何设计选取才能满足工作要求？滚筒采煤机截割部参数包括结构参数和工作参数，结构参数即为表示截割部尺寸的参数：大小、形状、位置，大到设备或部件的外形、安装、配合和定位等尺寸，小到零件的形位尺寸；工作参数即为截割部工作时的运行参数，包括截割滚筒旋转方向和截割速度，此部分内容属于参数设计范畴，设计选择的依据还是设备的功能要求，由于这部分涉及的内容太多太复杂，只能以图纸的形式才能解释清楚，因此在课堂上结构只以滚筒的外形尺寸（直径、宽度）为例，工作参数以转向和转速为例讲解。具体的参数设计需要设计者遵循设计原则和实际需要进行选取和设计。

讲解内容的过程中插入事先准备好的问题提问，激发学生对所学内容的思考和关注，例如在讲解螺旋叶片的时候提出的问题是：螺旋滚筒展开后，螺旋叶片构成的螺旋线为什么是相交的，截割滚筒转向和转速的选取应遵循的原则是什么等等，让学生带着问题去阅读螺旋滚筒的内容。

4、 以功能为导向的设备运行维护

    如何保证采煤机的安全可靠性，从而确保其功能的实现？采煤机的截割部的功率占整个采煤机的功率的80%~90%，维护好采煤机的截割部对采煤机的使用和延长采煤机的服务年限有着重要的意义。对采煤机截割臂的正确维护保养时实现其国内的基本保障，维护的主要内容有：1）易损件的及时更换，包括截齿、滚筒及调高油缸等；2）传动装置的保养维护，保证减速器的润滑以减少磨损，降低减速器的温度；3）截割部工作性能的检查，包括截割过程中的震动、噪声、滚筒运转状况及调高状态；工作环境应保持清洁卫生，设备使用后应擦拭干净，缆线应捋顺。

四、考核评价体系的建立

建立合理的课程考核评价体系是检验课程教学效果的重要手段，对于应用型较强的机械类专业课程，单一的考试评价体系显然是不合理的。对课程运用翻转课堂的教学模式应建立与其相适应的评价体系，为此教研组研究决定采用定性评价和定量评价相结合的评价体系。

定性评价是教师根据学生的课堂听课表现、课堂出勤情况、课堂回答问题情况、大作业的完成情况和实验结果进行综合评价。定量评价是在课程结束后通过考试的形式完成本课程的考核，考试内容以课程大纲为主线，包括对基本概念、基本原理和结构的考核以及通过案例分析等方式，表现为考试卷的分数以及后期对试卷所做的针对培养目标的达成度数据分析结果。通过对近两个学期考核结果的分析得出采用以问题为导向的翻转课堂教学模式，学生分析问题、解决问题的能力得到大幅度提高，在以后的教学活动中将继续改进采用该方法，连续跟踪教学效果。

参考文献：

[1]罗代忠，刁善会．工程型课程翻转课堂教学模式研究[J]．中国教育信息化，2015（18）：16-19

[2] 迟 静，吴 杰．工程教育专业认证背景下的翻转课堂本土化探讨[J]．科技创新，55-56

[3] 王轶辰，雷海申.融合任务与案例的翻转课堂教学模式在本科工程教育中的应用探索[J]，教育教学论坛2017，4（14）：169-174

[4]范勇，明华军，赵春菊．翻转课堂教学模式探索—以水利工程施工为例[J]．教育现代化，2016,11（36）：139-141

The Teaching Methods Exploration of the Flipped Classroom Base on Function

- taking the Mineral Shearer drum for example

Yin Zhong-hui  Zhang An-ning  Su Chang

(Mechanical engineering school of Anhui University of Science﹠Technology, Huai Nan Anhui,232001)

Abstract: Specialized courses play important roles in the teaching of undergraduates of machine kind, which is the main way for students to obtain professional knowledge. In order to satisfy the requirements of engineering education accreditation for the undergraduate education and to help students to master the structure composition and working principle and the most advanced technologies today. The paper put forward a teaching mode named Flipping Classroom,based on the function orientation of the equipment to introduce the technical method of realizing function, working principle and the structure composition and Parameter Design of the device. Result showed that the teaching effect has been greatly improved .

Keywords: function orientation; specialized courses; Shearer drum; Flipped Classroom; teaching design

文稿来源：教育教学论坛编辑部 网址：www.jyjxlt.com