基于網絡化和網格化的機械原理教學模式探索

宋瑞銀 張美琴 劉毅 陳俊華 黃方平 王向垟

摘要：為適應互聯(lián)網技術的迅猛發(fā)展和學生學習方式的變化，本文提出將互聯(lián)網技術和機械原理教學緊密結合，建立網格化教學和測評模式，將教學關鍵環(huán)節(jié)和學生能力培養(yǎng)構建網格節(jié)點，利用網絡進行測評分析和考核，實時掌握學生學習效果和改進教學方式。本方法經過初步探索，已經顯現(xiàn)一定效果。

關鍵詞：機械原理教學 互聯(lián)網 網格化

機械原理作為機械專業(yè)的一門專業(yè)技術基礎課程，起到承前啟后的作用。機械原理課程教與學的效果，對培養(yǎng)學生對機械進一步的興趣和動力起到至關重要的作用。因此，相關的研究和探索也層出不窮。董惠敏等提出將機械原理課堂教學、課程設計、實驗教學與網絡輔助教學相結合，進行了基于網絡的機械原理自主學習模式和網絡輔助教學系統(tǒng)的探索值得關注?？捉ㄒ娴忍岢隽送ㄟ^機械原理理論與實踐教學所要培養(yǎng)的學生的五種基本知識與技能和機械原理教學的五個關鍵環(huán)節(jié)緊密結合，構建一個新的教學體系。朱孫科等提出了從注重培養(yǎng)激發(fā)學生主動學習精神、教學內容的合理構建與教材選擇、注重多媒體教學與傳統(tǒng)教學統(tǒng)一等方面進行了探索研究。筆者也針對應用型本科院校學生機械原理的學習興趣和創(chuàng)新能力培養(yǎng)等進行了探討和實踐。興趣是學習的最大動力。機械原理課程有理論計算、設計分析、實踐操作等多個環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)教學主要以單一的教材和課堂知識傳授為中心，這種課程教學模式所培養(yǎng)出的學生能系統(tǒng)掌握基礎知識，但主要是被動接受相關知識，視野狹窄，思維容易僵化，缺乏批判精神和創(chuàng)新能力，更為關鍵的是容易使學生失去學習的興趣，難以適應社會發(fā)展對高素質創(chuàng)新型人才的要求。

人類社會每次經歷的經濟社會的大突破、大飛躍，最關鍵的并不是物質催化或者技術的革命，而是思維工具的迭代。一種技術從工具屬性到社會生活，再到群體價值觀的變化，往往需要經歷很長的過程。如珍妮紡紗機從一項新技術到改變紡織行業(yè)，并引發(fā)了第一次工業(yè)革命?；ヂ?lián)網也是如此。隨著信息技術的迅猛發(fā)展，互聯(lián)網已經深入我們的學習、工作和生活中，如何將互聯(lián)網有機引入課堂是我們面臨的一個課題?；ヂ?lián)網可以說正發(fā)生在當今社會上的一次革命，顛覆了我們傳統(tǒng)的學習、工作和生活的方式。學生可以不用去教室上課，卻可利用互聯(lián)網，進行自主在線學習和尋找答案。同時，現(xiàn)在大學生以90后為主，他們思維活躍、多數(shù)人不愿按部就班，而機械原理課程相對枯燥難學，這給傳統(tǒng)的教學模式提出了巨大的挑戰(zhàn)。如何結合互聯(lián)網技術，適應時代發(fā)展，改革機械原理課程教學則是本文闡述的重點。筆者經過多年機械原理的教學工作，認為可以從如下幾點入手。

一、擁抱互聯(lián)網技術，積極改革機械原理教學方式

傳統(tǒng)教學模式中，老師講，學生聽，由于傳統(tǒng)觀念，師生互動相對較少。同時，隨著生活節(jié)奏的加快，師生面對面交流的機會并不多。但通過互聯(lián)網技術，則可以彌補教與學的諸多不足。下面為筆者部分思考與建議。

1.利用智能手機等網絡終端促進學生的學習。現(xiàn)在網絡技術和通訊技術的發(fā)展導致了不少低頭族的出現(xiàn)，學生也尤為如此。現(xiàn)在學生不聽課的時候往往是安靜地低頭看手機，網絡聊天。雖然很多大學禁止帶手機進入課堂，但效果并不明顯。充分利用智能手機這個工具，讓其變?yōu)閷W生上課時的學習工具則有助于師生的課堂教學。筆者上課時曾嘗試建立微信群，加入上課的同學，并將部分重要講課錄音放在微信上發(fā)布。引起了學生的熱切關注，他們發(fā)現(xiàn)可以重復聽自己漏掉的知識點。通過不斷的微信發(fā)布，讓學生把關注點集中在課堂教學中。當然，我們還可以利用QQ等工具，在課堂內外與學生互動交流。課堂外，老師可以提前把課堂作業(yè)，答案，典型機構等在網上發(fā)布，讓學生可充分利用手機學習，在群中互動，回答部分學生的問題，也可讓其他存在類似問題的學生通過群信息獲得答案。

2.建立互動型機械原理課程網站。課程網站上圖文并茂，并配上機構動畫和部分重要的知識點講解錄像，可極大豐富學生的自學手段。除課程基本理論教學外，還配上常見問題解答、典型問題分析。為吸引學生的關注度，還可將學生較好的機械創(chuàng)新設計作品放在網上并不斷更新，讓學生有“我也行”的信心和動力。

3.教材中融入互聯(lián)網技術。現(xiàn)在創(chuàng)新型教材層出不窮，已有部分機械原理教材對一些典型的機構或知識要點的講解設置了二維碼，學生通過二維碼掃描，即可觀看相關的機構動作或腰帶講解，這也對教學效果有明顯的促進作用。國內已有類似的機械原理教科書出現(xiàn)，這對傳統(tǒng)教材和教學模式將產生較大影響，尤其對教師的傳統(tǒng)教學方法將產生一定的沖擊和調整。

4.結合互聯(lián)網上的熱點問題，引導學生有效利用互聯(lián)網學習。機械原理課程作為一門傳統(tǒng)課程，知識點多數(shù)在網上可以查到，和機械原理密切相關的機構、機械產品在網上更容易查詢。課程講解中，如涉及軍事科技熱點問題，可引入炮塔、雷達等武器裝備，通過動畫講解連桿機構。在網上看到一款新車，則引導講解內燃機結構、換擋齒輪箱、差速器工作原理，讓學生加深對齒輪機構的感性，并讓同學課后上網查詢齒輪機構的實物照片，齒輪機構在多種機械中應用。然后再講解齒輪機構的參數(shù)、術語和計算等知識。通過這種方式讓學生有感官認識和覺得課程并不空洞，貼近實際，能學以致用，對所學知識理解相對深刻，進而強化學習動力。

二、結合網絡，建立網格化的教學模式

機械原理課程主要有三大機構，即連桿機構、凸輪機構和齒輪機構。三大機構間有聯(lián)系，但又相互獨立。機械原理教學有幾個關鍵環(huán)節(jié)，包括課堂教學、機械原理課程設計、大作業(yè)和創(chuàng)新設計。通過這幾個關鍵環(huán)節(jié)又要培養(yǎng)的學生的幾種基本知識與技能，包括基礎理論知識、工程實踐能力、分析計算能力和創(chuàng)新設計能力。如何評定學生是否達到相應的能力，這里提出結合網絡，構建網格節(jié)點化機械原理教學模式，建立一個開放性、各節(jié)點密切關聯(lián)的新型機械原理教學和測評模式。圖1為一個教學模式網格，將教學關鍵環(huán)節(jié)和學生的幾個能力培養(yǎng)交叉，形成網格節(jié)點。對每個節(jié)點進行分階段教學和考核。下面加以詳述。

圖1 網格化教學模式初步模型的建立

1.建立機械原理課程的基礎理論知識體系和網上自測體系。圍繞機械原理三大機構，建立機械原理教學的基礎知識理論體系。如建立構件、基本桿組、機構、機器的知識體系，以機構的分析與綜合方法為核心，拓寬知識領域，融入前沿知識。增加與時代發(fā)展相適應的新內容；如學?？蒲许椖浚蛘邔W生設計成果等實物機構，通過實例（實物）引入當前機構研究的熱點內容。在機械原理教學網絡中引入三大機構基礎知識自測題庫，包括選擇、判斷、問答、分析等過程，讓學生在課堂上通過智能手機等網絡終端操作進行自我測評，并及時提交。老師利用網絡數(shù)據(jù)分析學生對理論知識點的掌握情況并對教學內容實時做出相應的調整。

2.培養(yǎng)工程實踐能力。不以單純的抽象機構為對象，而是以生產實際中常用機構為對象來說明機構的組成、運動分析和設計過程。如工程訓練中心的車床傳動系統(tǒng)、牛頭刨床傳動機構及生活中常見的體育運動器材等機構，都可以讓學生作為測繪及機構運動簡圖繪制的素材。引導和指導學生參與科研項目和各類機械結構設計競賽，通過網絡視頻和現(xiàn)場觀看等手段讓學生參觀科研設備，引導部分學生參與科研項目。如讓學生參觀擺式波浪能裝置、振蕩浮子式波浪能裝置。筆者所在團隊有意識指導學生參與水下清洗機構的設計，通過實例講解和讓部分同學直接參與設計制作等手段，逐步培養(yǎng)學生工程實踐能力。

3.通過網絡培養(yǎng)分析計算能力。采用傳統(tǒng)的圖解法和解析法并重的方式培養(yǎng)學生的分析計算能力。其一，圖解法簡單直觀，學生易于掌握理解，而解析法精度相對較高，更貼近工程實際應用，有利于培養(yǎng)學生的科學計算能力。如將JYCS-Ⅱ型機構運動方案創(chuàng)新設計實驗臺稍加改進，可以實現(xiàn)遠程控制，讓學生不一定非得到實驗室，直接可以用自己的電腦進行設計測試分析。這一方面減少了老師的勞動強度，同時又提高了實驗軟件的利用率。

圖2 機構運動方案測試分析系統(tǒng)

4.充分利用網絡，培養(yǎng)學生的機構創(chuàng)新設計能力。課堂講授中融入基本的創(chuàng)新理論和創(chuàng)新方法，如型綜合創(chuàng)造技法、機構的組合原理與創(chuàng)新方法、機構的演化變異原理與創(chuàng)新方法、機構運動方案與創(chuàng)新設計方法以及創(chuàng)新機構示例分析等。同時，讓學生充分利用互聯(lián)網，查找網上豐富的奇思妙想機械設計資料，誘導學生展開豐富的想象，并自己動手，采用機構拼裝試驗臺，將創(chuàng)新理論和創(chuàng)新技法融入實驗教學當中，充分利用機構組合設計與仿真實驗平臺，開發(fā)機構創(chuàng)新、運動仿真分析等一系列機電一體化創(chuàng)新設計實驗。同時，將典型的創(chuàng)新案例放置課堂上講解分析，讓學生在動手中不斷培養(yǎng)自己的創(chuàng)新設計能力和創(chuàng)新興趣，最終培養(yǎng)學生全面的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力。

三、建立網絡化的網格節(jié)點型機械原理測評模型

圍繞齒輪機構、連桿機構及凸輪機構等主要教學內容建立網格節(jié)點化課程教學模型，針對每個環(huán)節(jié)，每個節(jié)點設置網上測評系統(tǒng)。在對一個環(huán)節(jié)講解完畢后，利用網絡測試題庫，讓學生進行各個網格節(jié)點的測評，通過網絡進行結果分析，綜合各個關鍵環(huán)節(jié)，形成教學的整體測評分析報告。根據(jù)結果，即可讓老師實時找出教學中哪些環(huán)或能力培養(yǎng)上的缺失或不足。對學生而言，也可以清楚自己在哪些知識節(jié)點還沒掌握，并加強這方面的學習。這樣，通過對教學內容的更新設計和查漏補缺，有效促進機械原理的教學工作。

四、結束語

為適應互聯(lián)網技術的發(fā)展和學生的特點提出了本課題探索，經過近幾年的實踐和努力，筆者所在團隊已經初步建立了網上學習平臺，包含網上課件、網上測評題庫、相關的創(chuàng)新機構網絡鏈接。正在完善《機械原理》教學效果測評機制。初步教學試驗表明，這一方面對學生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新有所提高。另一方面，有助于老師實時掌握學生學習效果并改進自己的教學內容和進度。

參考文獻

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