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摘要：“自动武器动力学”是自动武器专业的基础课程，是一门理论性与实践性极强的课程。由于课程难度较大，该文针对传统教学方式存在的不足，采用翻转课堂教学方式，围绕“线上教学+线下教学+现场学习”的混合教学模式，进行“自动武器动力学”课程设计及教学方法改革的探讨，以期通过教学改革激发学生的学习兴趣，加深学生对专业知识的理解和掌握，培养学生科学思维和创新能力。
关键词:自动武器动力学；翻转课堂；教学改革
“自动武器动力学”是自动武器专业的基础课程，教学目的是使学生掌握经典自动机动力学的基本理论和现代设计方法（如计算多体动力学和有限元方法）进行自动武器运动和动力分析。通过对自动武器各运动构件运动规律的分析与讨论，为分析和设计自动武器提供理论依据与指导，为解决自动武器研制中出现的机构可靠性和射击精度等问题提供理论与技术支撑。“自动武器动力学”课程的理论性与工程实践结合紧密，而传统的教学模式存在课堂气氛沉闷、实践动手能力培养不足、考核不够全面等问题。翻转课堂教学模式采取学生课前预习、完成课程基础理论学习，课上针对具体问题与教师互动的方式，完成教学活动[1]。翻转课堂教学模式既符合“自动武器动力学”课程的特点，又能提高学生的学习兴趣和课堂教学效率。对于“自动武器动力学”翻转课堂教学设计的研究具有重要的理论和实践意义。基于翻转课堂教学理念，本文对“自动武器动力学”课程进行课程设计和教学单元改革。在教学方式上采用“线上学习+线下学习+现场学习”的混合教学模式。本文主要围绕教学设计中的以下内容开展研究：教学内容的组织和设计；课前任务和资源的准备；基于问题导向的分析案例设计；线上自学效果检验和过程性考核设计；等等。
1教学内容的组织和设计
“自动武器动力学”课程的知识体系由浅入深，层层递进。本文将传统的教学内容划分为11个学习专题，包括理论学习专题和实践学习专题。理论学习专题（包括常规自动机运动特性估算等共6个理论专题）主要采用线上线下相结合的教学模式，线上教学采用微课模式，线下的课堂教学环节采用对话式教学，由教师提问，引导学生进行思考，接着通过习题演练（共16个关联习题），帮助学生更好地学习和掌握。在理论专题学习结束之后，根据实际科研问题开展基于现代设计方法的实践专题（包括典型发射机构动力学分析、供弹可靠性分析、抛壳可靠性分析等5个实践专题）的学习，采用以问题为导向的案例分析方式和线上线下相结合的教学模式。线上教学主要提供自动机动作过程、典型故障再现视频和相关文献资料，学生线上开展讨论与故障探究；在线下课堂教学环节，教师讲解分析模型，建立关键环节，学生采用小组协作模式，组成分析小组，针对典型故障问题开展仿真分析研究。有专家[2]指出，合理设计线下教学与线上学习的时间比例是混合式学习的关键。本课程将理论学习作为线上学习的重点，实践学习主要依靠线下学习和现场指导，避免了学习活动和内容的重复，让线上学习、线下学习和现场学习活动相辅相成。往年的学生考核结果显示，理论学习难度较大，学生掌握程度普遍不高。而通过线上教学方式，教师将理论课微课上传至线上，学生可以反复学习。线上教学数据统计显示，2017级学生对于课程知识难点的平均反刍比达210%以上，表明学生对关键知识点的掌握更好。
2教学任务分解
2.1课前线上学习。教师在网络教学平台建设网课、录制微课，通过线上平台消息推送、教学QQ群布置学习任务。教师向学生提供相应的学习资源，设置任务点，督促学生学习视频和教学资料，完成知识点的学习。
2.2线下课堂检测、答疑解惑。理论学习专题：课堂教学环节采用对话式教学，用教师提问、学生回答的方式引导学生思考，循序渐进地解决重难点问题。通过习题演练帮助学生更好地学习和掌握理论知识点。实践学习专题：线下教学环节针对线上学习环节提出的工程问题（如供弹故障、抛壳故障灯），由教师讲解解决问题的基本途径和方法，并给出三维CAD模型和参数，学生分小组开展讨论和建模分析，老师答疑解惑。
2.3线下小组汇报总结。教学结束后，随机抽取学生或学习小组对本教学单元的内容进行汇报总结。学生之间互相提问，教师适当补充，以帮助学生加深记忆和理解。学生或学习小组汇报结束以后，进行学生互评，互评成绩纳入总成绩。
2.4课后通过线上复习强化知识。课后强化复习是知识点内化的过程[7]。教师针对教学重难点和学生在课堂互动中表现出的疑惑，在理论学习专题采用课后作业方式，在实践学习专题采用补充分析实例和扩展学习资料的方式，帮助学生掌握和巩固知识。
2.5综合性考核。传统教学方式以考勤、期末考试和课程大作业为主，忽略了对学习过程的考核，不利于对学生的学习效果进行全面评价。本次课程考核改革取消了期末考试，综合采用签到、练习测试、课后作业、个人或小组汇报、学生互评、课程大作业等多种考核方式。其中签到、练习测试、课后作业、学生互评、课程大作业在线上教学平台进行，个人或小组汇报在线下课堂开展。考核贯穿于整个教学过程，这种过程性考核给学生施加了适当的压力，促使学生紧跟课堂节奏，与教师积极互动。课程大作业针对不同的工程实际问题，让学生进行案例分析并提出解决方法，综合考查学生利用所学知识分析和解决问题的能力。
3基于问题导向的实践专题典型教学单元设计
“自动武器动力学”课程的教学目的是让学生掌握自动武器动力学分析方法，解决实际工程问题。因此，与工程实际紧密结合的实践学习专题的教学单元设计尤为重要。本文以自动武器工作中最为典型的工程问题———供弹可靠性分析为例，进行基于问题导向的实践专题典型教学单元设计。本文以3学时实施方案为例进行设计。在实际教学中，可根据学情和教学安排做适当调整。如对基础较为薄弱的学生，可只开展教师设计完善的仿真分析，不开展自主分析，要求学生掌握基本方法和手段即可；针对基础较好、学有余力的学生，可增加学时数，拓展实验设计和优化等相关内容，提高学生的科研实践能力和综合创新能力。围绕核心目标，采用探究式教学策略设计混合式教学的学习路径，如表1所示。活动1、活动2为线上学习，教师为学生设计了开放的探究式学习任务。学生通过线上视频观看、阅读文献材料、线上互动，初步了解供弹故障的故障现象、故障模式、故障等级，讨论导致故障产生的可能原因。图1为典型的上双弹故障现象。通过活动3聚焦线下的课堂教学，将学生每2～3人分为一小组，开展建模仿真分析，对建模过程和仿真结果进行讨论、同伴学习及深入学习。在活动4，各组用PPT汇报讨论结果，要求学生提交供弹故障的仿真结果动画，并说明枪机速度、推弹高度、托弹簧参数、弹匣报弹口等参数对故障产生的影响。老师对小组汇报进行点评和解析，师生共同深入学习，使学习效果呈现螺旋式上升的趋势。图2为学生建立的模型仿真结果。在活动5，进行学生互学互评，计入总成绩。在活动6，针对学有余力的学生，鼓励他们进一步开展模型的参数化分析，对现有自动机结构方案进行分析，作为附加分计入总成绩。
4结论
对采用传统教学模式的2017级学生和采用翻转课堂模式的2018级学生的成绩进行比较，两者的整体成绩均值分别为80.4和86。采用独立样本t检验，结果发现翻转课堂模式下学生的成绩显著高于传统课堂模式下学生的成绩（sig=0.001﹤0.05）。在问卷调查中，学生表示在翻转课堂模式下，对知识难点的理解更透彻，学习效率更高，更加乐于思考，且能锻炼交流合作和表达沟通能力。任课教师表示，利用线上教学工具不仅可以及时了解学生的学习进度和问题，与学生沟通也更加便捷，线下辅导和答疑针对性更强，大大提高了教学效率。此外，翻转课堂模式在考核学生方面也更加全面，借助线上平台统计工具进行考核，减少了成绩统计的人工成本。
作者:王亚平 曹岩枫 温垚珂 单位:南京理工大学机械工程学院