基于知識脈絡圖的“互聯(lián)網+”機械原理課程輔助教學系統(tǒng)的研究

劉瓊　劉思濛　朱雅光　惠記莊

摘要：為提高機械原理課程的教學質量，本文分析了在教學過程中存在的教與學的問題，針對機械原理課程理論和實踐教學內容非常多且抽象的特點，本文提出將源于思維導圖的知識點脈絡圖融入機械原理教學模式中，運用思維導圖來梳理課程中的知識和概念，構建知識點脈絡圖，借助“互聯(lián)網+”技術來實現基于思維導圖的機械原理課件的底層軟件架構，形成思維可視化的機械原理課程教學模式，探索機械原理知識深入認知的底層思維與教學方法。

關鍵詞：機械原理；教學方法；教學研究

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）40-0199-03

當今教育環(huán)境正在經歷一場“學習的革命”，傳統(tǒng)的教育觀念和教學模式束縛了人們對知識的學習能力和創(chuàng)新能力，我們需要提出一種在真正意義上尊重人的主體性、激發(fā)人的創(chuàng)造性、相信并注意開發(fā)人的潛力、便于人與人交際與合作的嶄新的教育觀念和學習模式[1]。人們對有效學習的觀念已經發(fā)生了根本性的變化，教學研究的重點已從如何教轉向如何學，從結果轉向過程，從機械練習轉向知識的理解和運用[2]。學生不再被看成是接受知識的容器，而是知識的建構者和生成者[3]。

機械原理課程是工科院校機械類專業(yè)必修的基礎課程，其在機械基礎系列課程中占有舉足輕重的作用[4]。但是盡管圍繞機械原理課程的教學研究已經開展了十多年，課程的理論及實踐教學內容非常多且抽象，因而為了簡化教學內容而側重于機構結構組成、機構運動學和靜力學分析、典型機構設計和運動特性分析上，然而，由于教學內容缺乏關聯(lián)性、知識點分散且缺乏系統(tǒng)性，學生對抽象且邏輯性強的知識難以理解，更難以形成長期記憶，很多知識則落入學完—考完—忘完的不良循環(huán)中；學生無法從機械系統(tǒng)的整體觀念上順利完成系統(tǒng)的運動方案設計，無法從機械產品綜合設計的角度理解本課程所講述知識的真正用處[5]。

因此，以機械原理課程為例，借助當今已有的但尚未被充分利用的技術手段“互聯(lián)網+”技術，幫助學生主動獲取知識，喚醒學生的創(chuàng)造意識。本文教育理念想摒棄的是課堂上單調乏味的教育方式，即讓學生死記硬背、生硬地套用公式，這種方式的意義無非就是讓學生在考試中取得高分，而不會讓他們記住所學的知識。希望幫助學生了解每堂課之間的相互關聯(lián)，知識的難度和深度會隨著課程的進行而層層遞進，更希望培養(yǎng)學生敏銳的洞察力，這樣即便他們每次只掌握一個知識點或概念，也能在未來將這些簡單的信息進行融合、擴展，進而真正地掌握一門學科。

為此，本文提出將源于思維導圖的知識點脈絡圖融入機械原理教學模式之中，形成思維可視化的機械原理課程教學模式，實踐知識點脈絡圖到機械原理課件的設計與開發(fā)中，探索機械原理知識深入認知的底層思維與教學方法。

一、新教學模式的提出——“互聯(lián)網+”精熟教學法

當前的教學模式是在學生數量不增加的基礎上，多招聘老師、修建更多的教學樓、采用更多的教科書、引進更多的電腦設備，盡可能的實現小班教學。認為用于課堂學習的時間是個常量，而學生對概念的理解程度是個變量。如今，對于班級規(guī)模變小這一觀點，沒有人持反對態(tài)度，我也希望班級中的人數盡可能少，這樣學生就可以更多地與老師交流。然而不幸的是，小班授課也無法解決學生跟不上教學進度的問題。

問題的關鍵在于，不管班里的學生有20名、30名甚至是60名，每個學生對一個知識點的掌握能力都是有差別的，一對一的小班教學也不一定是理想的教學方式，原因在于，老師為了讓學生跟上國家要求的教學進度不得不按照教學大綱繼續(xù)授課，因而忽略了學生對于知識點的掌握情況。在標準化課堂教學的模式中，沒有留給學生充分的理解知識的時間。不管班級規(guī)模的大小，老師都會根據規(guī)定的時間進行新課程的學習，問題的癥結就在于此。如果學生有充分的時間理解，那么所有學生都能完全掌握所學知識。因此，當前的教學模式抹殺學生對學習的樂趣、主動性和創(chuàng)造性。

通過分析當前教學模式的問題，得到兩個最為重要的認知：其一，課程的進度應按照每個學生的不同需求來制定，而不是人為規(guī)定一個統(tǒng)一的進度；其二，學生如果想要掌握更高難度的知識，就必須深入理解最為基本的知識和概念。那么，如何來實現這兩個認知目標？于是，本文提出一種新的教學模式，即“互聯(lián)網+”精熟教學法。

1923年教育家沃什伯恩在美國溫內特卡鎮(zhèn)學校里采用了一種教學模式——溫內特卡計劃。這一計劃的核心就是精熟教學法。然而，在那個時代，精熟教學法并沒有得到發(fā)展。限制該教育理念發(fā)展的原因，其一是經濟因素，比如，印刷和分發(fā)教學參考書、試卷以及個人閱讀材料的成本太高；其二是對教師隊伍的要求高且培養(yǎng)成本更高；其三是新的教育理念并沒有得到學校管理人員和政府的支持，在他們看來，教育改革的道路充滿荊棘坎坷，改革的過程讓人心生畏懼。傳統(tǒng)的教育模式本來就行得通，既然我們還可以繼續(xù)采用講課的方式傳授知識，還可以使用傳統(tǒng)的教科書，成本低又有效，為什么要作出改變呢？于是，盡管精熟教學法一再證明了它對學生有益處，并獲得了各種報告和數據的支持，但仍難逃銷聲匿跡的命運。

當今時代，云計算、物聯(lián)網和大數據技術的發(fā)展正改變著社會的生態(tài)，也改變著教育生態(tài)。未來教育在“互聯(lián)網+”的環(huán)境中將會發(fā)生巨大的變化，借助“互聯(lián)網+”技術運用精熟教學法的優(yōu)勢，共同來應對“互聯(lián)網+”對教育帶來的沖擊，必將成為教育界密切關注和研究的重要課題。

二、教學方法改革

在此，我想強調每個人在學習過程中的差異，這是支撐了我在本文中提到的所有方法的核心問題。依據傳統(tǒng)教育理念，用于課堂學習的時間是個常量，而學生對概念的理解程度是個變量。本文的教育理念與傳統(tǒng)教育理念正好相反：在教育中，常量應該是學生對知識和概念的深度理解，而變量才是學生為理解問題所花費的時間[6]。

那么，如何實現未來教育中應該保持的常量——深度理解？基于此教育理念，我們提出了“線上+線下”的混合式教學方法。

（一）“線下”教學

根據我校機械原理課程建設的特點，結合理論教學內容與工程實踐內容之間的相輔相成的關系，我校機械原理課程分為兩大教學模塊：理論教學模塊及實踐教學模塊，培養(yǎng)三種能力：分析能力、綜合能力和創(chuàng)新能力的教學體系，突出對學生綜合設計能力、創(chuàng)新思維及創(chuàng)新設計能力的培養(yǎng)，如圖1所示。該教學體系作為“線下”教學體系架構。

在標準化的課堂教學模式中，老師對于每個學生在學習上的欠缺部分很難全面的考察到，即使老師可以做到，也沒辦法對每個學生進行幫助和有針對的復習。課堂時間緊張，大部分都用于老師的授課。此外，老師要根據課表的進度，而必須安排進入下一個單元的學習，課堂教學內容也只能繼續(xù)向前推進。因此，現有的教學體系看似完美但仍然是存在“缺口”。

（二）“線上”教學

在傳統(tǒng)的課堂教育模式下，部分學生在學習過程中較為被動，認為只要坐在教室里吸取知識，等到考試將其反饋出來就可以了。而學生并非天生就是被動的，但他們所接受的教育模式卻要求他們必須在學習中被動地接受知識。這讓他們?yōu)榇俗兊酶禹槒?，從而不會主動地思考他們所做的事情，也很難全身心的投入。學生作這樣的妥協(xié)或許有助于老師在人數眾多的傳統(tǒng)課堂中維持秩序，但對學生來說，這并不是最佳的學習方式。

主動學習，即自己主動去規(guī)劃學習，要使學生能夠明白自己哪里沒有學會、怎么學和什么時候學，而這時，“互聯(lián)網+”就可以發(fā)揮作用了?；ヂ?lián)網教育模式的靈活性能夠讓學生根據自己的節(jié)奏來學習，因此成為了最有效率的學習方式。

“線上”教學，不僅可以幫助學生復習指定的課程，還可以讓學生對不同知識點之間的聯(lián)系更為深入且持久的理解。在互聯(lián)網中，我們不會受到課堂教學的控制，也不會因為時間的限制而結束課程，更不會受課程大綱的制約。在這種學習方式下會幫助學生更為深入地理解知識，讓他們體會到學習所帶來的樂趣，激發(fā)出他們的求知欲。培養(yǎng)求知欲理應是教育的終極目標，如果在這一點上失敗，那么這著實是我們現行教育體制的巨大悲劇[8]。所以，讓“線下”與“線上”教學體系融合起來，讓“互聯(lián)網+”技術去填補課堂教學體系的缺口，將成為本文的研究目標。

三、知識點脈絡圖在機械原理教學中的應用

知識點脈絡圖是把機械原理課程中的知識和概念運用思維導圖的原理所繪出的知識點脈絡圖，思維導圖是一種將放射性思考具體化的方法[9]。放射性思考是人類大腦的自然思考方式，每一種進入大腦的資料，都可以成為一個思考中心，并由此中心向外發(fā)散出成千上萬的關節(jié)點，呈現出放射性立體結構[1]。而這些關節(jié)的連結可以視為一個人的個人數據庫。人類從一出生即開始累積這些龐大且復雜的數據庫，大腦驚人的儲存能力使人們累積了大量的資料，經由思維導圖的放射性思考方法，除了加速資料的累積量外，更多的是將數據依據彼此間的關聯(lián)性分層分類管理，使資料的儲存、管理及應用因更有系統(tǒng)化而提高大腦運作的效率[10]。

因此，運用思維導圖來梳理《機械原理》課程中的知識和概念，形成呈3D形態(tài)分布的知識點脈絡圖，再借助“互聯(lián)網+”技術來實現基于思維導圖的機械原理課件的底層軟件架構，從而把教師的作用變?yōu)檩o助：輔助學生學習、輔助學習組織合作與交流、輔助教學環(huán)節(jié)的順利開展。因此，從這個意義上，基于思維導圖的教學模式能夠優(yōu)化學習過程，通過思維導圖的繪制和教學能夠更好地提高學生的思維能力。于是，以思維導圖作為底層開發(fā)思路，將學習思路可視化在教學系統(tǒng)的界面上，如圖2所示為長安大學機械原理輔助教學App系統(tǒng)界面。

四、結論

《機械原理》課程在機械類專業(yè)學生培養(yǎng)中占有舉足輕重的地位，本文從注重培養(yǎng)激發(fā)學生的主動學習精神，合理構建教學方法和教學模式，以機械原理課程為例，運用思維導圖來梳理機械原理課程中的知識和概念，構建機械原理課程體系的知識點脈絡圖，借助“互聯(lián)網+”技術來實現基于思維導圖的機械原理課件的底層軟件架構，設計并實現了《機械原理》輔助教學App系統(tǒng)，探討了機械原理課程教與學的一些體會，以供相關教學工作者參考。

參考文獻：

[1]趙治巨，于麗霞，李旭陽，等.翻轉課堂在本科教學中的應用[J].課程教育研究，2017，（47）：57-58.

[2]王海艷.基于元認知理論的中學生學習方法研究[D].云南大學，2015：81-82.

[3]李劍鋒.思維導圖在自動控制原理教學中的應用[J].中國教育技術裝備，2013，（32）：55-56.

[4]王聰慧，熊健.機械原理課程教學內容改革的探索與實踐[J].長春大學學報，2013，23（6）：76-77.

[5]肖月華.思維導圖在財經法規(guī)教學中的應用[J].科技資訊，2007，（2）：88-90.

[6]吳奇.地理教學中運用思維導圖促進地理學習的研究[D].廣州大學，2012：82-84.

[7]程可拉.我國外語教學改革的思考.基于21世紀人類學習革命的背景[J].中國教育學刊，2006，（2）：55-58.

[8]魏軍英，李學藝.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械原理課程教學改革探索[J].大學教育，2015，58（4）：160-161.

[9]鄭禮平，玉石，王丹.基于“互聯(lián)網+”背景下繼續(xù)教育協(xié)同創(chuàng)新機制的研究[J].高等繼續(xù)教育學報，2016，29（3）：11-16.

[10]完顏炫暉.基于微課的翻轉課堂教學模式在大學英語教學中的應用[J].校園英語旬刊，2017，（18）：46-47.