基于智慧教室的非機(jī)院校機(jī)械課程教學(xué)模式探究

沈仕巡 余朝靜 楊勝林 徐同偉 任廣

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.09.048

摘? 要：隨著智慧教室相關(guān)技術(shù)日新月異的發(fā)展，智慧教室將逐步成為現(xiàn)代課堂教學(xué)的主要場所。為提高非機(jī)械類工科院校機(jī)械課程的教學(xué)質(zhì)量，針對機(jī)械類課程理論繁雜且抽象、內(nèi)容缺乏關(guān)聯(lián)性、知識(shí)點(diǎn)分散缺乏系統(tǒng)性等痛點(diǎn)，文章提出基于智慧教室的跨平臺(tái)、案例化、全流程學(xué)習(xí)模式。該模式有助于非機(jī)械類工科院校學(xué)生從整體觀念上去理解教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，能培養(yǎng)學(xué)生從機(jī)械產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)的視角去理解和運(yùn)用機(jī)械類課程知識(shí)。

關(guān)鍵詞：智慧教室;機(jī)械課程;跨平臺(tái);案例化;全流程學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：TP391;G434? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）09-0188-04

Research on Teaching Mode of Mechanical Courses in Non Mechanical Colleges Based on Smart Classroom

——Take Moutai Institute as an Example

SHEN Shixun1，YU Chaojing1，YANG Shenglin1，XU Tongwei2，REN Guang1

（1.Department of Brewing Engineering Automation，Moutai Institute，Renhuai? 564507，China;

2.Library Information Center，Moutai Institute，Renhuai? 564507，China）

Abstract：With the rapid development of smart classroom related technologies，smart classroom will gradually become the main place of modern classroom teaching. In order to improve the teaching quality of mechanical courses in non mechanical engineering colleges，aiming at the pain points of mechanical courses，such as complicated and abstract theory，lack of relevance in content，scattered knowledge points and lack of systematicness，this paper puts forward a cross platform，case-based and whole process learning mode based on smart classroom. This mode is helpful for students in non mechanical engineering colleges to understand the teaching content and design the scheme from the overall concept，and can cultivate students to understand and apply the mechanical course knowledges from the perspective of comprehensive design of mechanical products.

Keywords：smart classroom;mechanical course;cross platform;case-based;whole process learning

0? 引? 言

非機(jī)械類工科院校（非機(jī)工科院校）機(jī)械課程主要包括“機(jī)械制圖”“機(jī)械原理”“機(jī)械設(shè)計(jì)”“設(shè)備設(shè)計(jì)”等，是非機(jī)工科院校學(xué)生必修的基礎(chǔ)課程，機(jī)械類課程承擔(dān)著培養(yǎng)非機(jī)工科院校學(xué)生機(jī)械實(shí)踐、機(jī)械創(chuàng)新以及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。由于機(jī)械類課程普遍存在理論繁雜抽象、知識(shí)點(diǎn)分散，各課程在內(nèi)容上缺乏關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)性等特點(diǎn)，無論是教師的教還是學(xué)生的學(xué)都存在一定的困難，教師的教授很難成系統(tǒng)，學(xué)生學(xué)習(xí)后也很難形成長期記憶。由于大多非機(jī)工科院校缺乏系統(tǒng)性的課程安排，加之不完善的實(shí)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)，導(dǎo)致非機(jī)工科院校學(xué)生在機(jī)械課程的學(xué)習(xí)中，難以從機(jī)械系統(tǒng)的整體維度上去理解和進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、更難以從機(jī)械綜合設(shè)計(jì)的視角去掌握和運(yùn)用機(jī)械類課程知識(shí)^[1]。

智慧教室將信息技術(shù)融入課堂教育教學(xué)活動(dòng)，是一種充滿想象力和無限可能的未來教室。在智慧教室課堂模式下，可以激發(fā)學(xué)生的自主思考能力，提高學(xué)生的參與感和成就感，全方位提升學(xué)生的素質(zhì)和能力。隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，智慧教室這一概念也有著不同的定義。甚至對于不同的使用場景、不同使用者，智慧教室的含義也有著很大的差異。

黃榮懷等^[2]首次提出了智慧教室的“SMART”概念模型，該模型包括內(nèi)容呈現(xiàn)（Showing）、場地及設(shè)備管理（Manageable）、學(xué)習(xí)資源獲取便利性（Accessible）、課堂即時(shí)互動(dòng)（Real-time Interactive）和情境感知（Testing）等五個(gè)維度;聶風(fēng)華等^[3]從智慧教室系統(tǒng)組成的角度構(gòu)建了智慧教室“I-SMART”模型，“I-SMART”模型包含基礎(chǔ)設(shè)施（Infrastructure）、網(wǎng)絡(luò)感知（networkSensor）、可視管理（visualManagement）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmentedreality）、實(shí)時(shí)記錄（real-time Recording）、泛在技術(shù)（ubiquitousTechnology）六大智慧教室系統(tǒng)組成部分;張亞珍等^[4]認(rèn)為智慧教室是為了促進(jìn)和滿足學(xué)生的開放式學(xué)習(xí)、個(gè)性化學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)而借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和普適計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建起來的智慧學(xué)習(xí)空間，該智慧學(xué)習(xí)空間能實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境自然交互，便于交流、協(xié)作和共享;王玉龍等^[5]認(rèn)為智慧教室是基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興信息技術(shù)，旨在提供個(gè)性化的師生服務(wù)，構(gòu)建的一個(gè)師生互動(dòng)的平臺(tái)，是互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)與課堂教學(xué)的深度融合;劉冠群等^[6]認(rèn)為智慧教室是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集智慧教學(xué)、人員考勤、資產(chǎn)管理、環(huán)境智慧調(diào)節(jié)、視頻監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制于一體的新型現(xiàn)代化智慧教室系統(tǒng)。

許多高校都根據(jù)自身發(fā)展需要，量身定制了適合自身情況的智慧教室，但到目前為止，國內(nèi)智慧教室的建設(shè)和使用仍處于比較初級(jí)的階段，以至于對智慧教室教學(xué)效果評(píng)價(jià)體系還未建立。翟小銘等^[7]從智慧教室使用頻率、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)成績提升三方面做了定量分析;毛齊明等^[8]從智慧教室的整體使用情況、智慧教室使用的人口學(xué)差異、教師使用智慧教室的行為分析三方面，深入研究了高校智慧教室的應(yīng)用現(xiàn)狀。結(jié)果表明：智慧教室受到高校師生們的普遍歡迎和認(rèn)可，而且對教學(xué)質(zhì)量的提高有積極作用。

為此，本文提出基于智慧教室環(huán)境下的跨平臺(tái)、案例化、全流程學(xué)習(xí)模式。針對不同的知識(shí)點(diǎn)或章節(jié)，教師進(jìn)行必要的講授之后，讓學(xué)生在相應(yīng)平臺(tái)上進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)回顧及應(yīng)用實(shí)踐，在案例化的“環(huán)境”下，學(xué)生更能發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)中的問題。將機(jī)械類知識(shí)的學(xué)習(xí)案例化，進(jìn)行全流程學(xué)習(xí)，更能培養(yǎng)非機(jī)械類工科院校學(xué)生從整體觀念上去理解和進(jìn)行方案設(shè)計(jì)的能力，讓學(xué)生從機(jī)械產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)的視角去理解機(jī)械類課程知識(shí)的真正用處，真正做到學(xué)以致用，理論聯(lián)系實(shí)際。

1? 茅臺(tái)學(xué)院智慧教室的發(fā)展與建設(shè)

為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，茅臺(tái)學(xué)院主動(dòng)加快了智慧教室建設(shè)的步伐，目前為止，茅臺(tái)學(xué)院智慧教室建設(shè)包含基礎(chǔ)教學(xué)系統(tǒng)、智慧化教學(xué)系統(tǒng)以及仿真機(jī)房三大部分。其中，基礎(chǔ)教學(xué)系統(tǒng)主要包含計(jì)算機(jī)、投影儀、音響系統(tǒng)等設(shè)施，可滿足常規(guī)教學(xué)使用;智慧化教學(xué)系統(tǒng)主要由智能考勤系統(tǒng)、翻轉(zhuǎn)課堂平臺(tái)、錄播系統(tǒng)、網(wǎng)課系統(tǒng)組成，在滿足日常教學(xué)智慧化需求的同時(shí)，為促進(jìn)名師、好課資源共享提供了技術(shù)支撐;為滿足實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)需求，在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)機(jī)房的基礎(chǔ)上添加虛擬仿真軟硬件設(shè)備，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的沉浸式體驗(yàn)。茅臺(tái)學(xué)院現(xiàn)建成10余間中心機(jī)房，供常規(guī)教學(xué)和仿真教學(xué)使用;并且，現(xiàn)已建成10余間可重構(gòu)智慧研討教室，用作開放型、探討型課程的開展場所，增強(qiáng)了研討類教學(xué)的互動(dòng)交流;未來還將建設(shè)虛擬仿真（VR）實(shí)驗(yàn)室。

茅臺(tái)學(xué)院智能考勤系統(tǒng)主要由人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)和后臺(tái)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)組成，如圖1（a）所示，可根據(jù)宿舍區(qū)和教學(xué)區(qū)的人臉識(shí)別門禁系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)，對學(xué)生考勤進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)了解學(xué)生考勤情況?？芍貥?gòu)智慧研討教室主要由可重構(gòu)桌椅、可移動(dòng)智慧屏、多功能電子黑板等組成，如圖1（b）所示，可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要分組討論、展示和匯報(bào)。

網(wǎng)課系統(tǒng)主要有雨課堂（圖2（a））、超星學(xué)習(xí)通（圖2（b））、清新課堂等平臺(tái)，利用這些網(wǎng)課平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)線上教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂和網(wǎng)上教學(xué)資源共享等功能，在實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容不斷更新的同時(shí)，增加學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的參與感和成就感，讓教學(xué)真正做到與時(shí)俱進(jìn)。值得一提的是集教學(xué)錄播、觀摩、研討為一體的金課錄播教室，茅臺(tái)學(xué)院經(jīng)常利用金課錄播教室進(jìn)行教學(xué)觀摩、教學(xué)比賽、示范課程錄播等教學(xué)實(shí)踐。

雖然外部環(huán)境的改變并不能直接導(dǎo)致培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，但智慧教室的應(yīng)用，給師生的教與學(xué)提供了一個(gè)便利性、智能化、體驗(yàn)感強(qiáng)的環(huán)境。結(jié)合科學(xué)的方式，引導(dǎo)和激勵(lì)師生利用智慧教室進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，針對不同的學(xué)科、教師和學(xué)生，加快進(jìn)行個(gè)性化開發(fā)，加速智慧教學(xué)深化改革的進(jìn)程，以此來加深與智慧教室的融合程度，開辟智慧教學(xué)的新格局^[9-11]。

2? 非機(jī)工科院校智慧教室下機(jī)械類課程教學(xué)模式探究

隨著智慧教室相關(guān)技術(shù)的日益完善，必然會(huì)推動(dòng)課堂教學(xué)模式的改變，非機(jī)工科院校機(jī)械類課程也不例外，下面結(jié)合非機(jī)工科院校機(jī)械類課程特點(diǎn)，從智慧教室的視角，提出非機(jī)工科院?？缙脚_(tái)、案例化、全流程機(jī)械類課程教學(xué)模式。

2.1? 非機(jī)工科院校機(jī)械類課程特點(diǎn)

非機(jī)工科院校學(xué)生機(jī)械類必修課程主要有：機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)等。該類課程承擔(dān)著培養(yǎng)非機(jī)工科院校學(xué)生機(jī)械系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。由于機(jī)械類課程理論繁雜抽象、內(nèi)容缺乏關(guān)聯(lián)性、知識(shí)點(diǎn)分散、缺乏系統(tǒng)性，學(xué)生對機(jī)械類知識(shí)難以理解、難以形成長期記憶，很多知識(shí)落入學(xué)過就忘、考完即忘完的不良循環(huán)中。雖然非機(jī)工科院校對機(jī)械類課程要求沒有機(jī)械類院校高，但培養(yǎng)非機(jī)工科院校學(xué)生從機(jī)械系統(tǒng)的整體觀念上去理解和進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、從機(jī)械產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)的視角去理解和運(yùn)用機(jī)械類課程知識(shí)的能力卻是十分必要的。

2.2? 跨平臺(tái)、案例化、全流程機(jī)械類課程教學(xué)模式

為培養(yǎng)非機(jī)工科院校學(xué)生機(jī)械系統(tǒng)的整體觀念和從機(jī)械產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)的視角去理解和運(yùn)用機(jī)械類課程知識(shí)的能力，本文提出了一種跨平臺(tái)、案例化、全流程機(jī)械類課程教學(xué)模式。

2.2.1? 跨平臺(tái)

機(jī)械方案設(shè)計(jì)工作中，主要包含結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、校核、優(yōu)化等內(nèi)容，涉及大量的機(jī)械知識(shí)，試驗(yàn)和仿真等手段是十分必要和有效的。目前為止，還沒有一個(gè)平臺(tái)能夠很好地兼容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、校核、優(yōu)化等能力，跨平臺(tái)學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)也就變得順理成章，值得注意的是，這里的跨平臺(tái)包含了試驗(yàn)平臺(tái)與試驗(yàn)平臺(tái)、試驗(yàn)平臺(tái)與仿真平臺(tái)以及仿真平臺(tái)與仿真平臺(tái)之間的跨越協(xié)作。

茅臺(tái)學(xué)院具有較完善的實(shí)驗(yàn)和仿真平臺(tái)，對于機(jī)械類課程而言，有從建模、仿真到后處理等一系列完善的仿真平臺(tái)，機(jī)械課程計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已全面鋪開，CAD二維平面設(shè)計(jì)（圖3（a））、三維立體設(shè)計(jì)（圖3（b））、靜力學(xué)仿真、動(dòng)力學(xué)仿真等廣泛的運(yùn)用在教學(xué)實(shí)踐和科研中。

2.2.2? 案例化

案例化教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)很多，在此不做過多敘述。機(jī)械類課程案例化教學(xué)的最大優(yōu)點(diǎn)是教學(xué)的內(nèi)容具體、有現(xiàn)實(shí)意義。絕大多數(shù)機(jī)械類課本上的案例或習(xí)題與現(xiàn)實(shí)生活都存在一定的距離，很大程度上導(dǎo)致了學(xué)生形成了學(xué)而無用，不如不學(xué)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

茅臺(tái)學(xué)院結(jié)合自身實(shí)際，每年從學(xué)生參加的機(jī)械設(shè)計(jì)大賽、機(jī)器人大師賽（RoboMaster）等賽事和日常生活中提煉出一系列的機(jī)械類設(shè)計(jì)案例，作為案例化教學(xué)的素材，讓學(xué)生在實(shí)實(shí)在在的案例中主動(dòng)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生參加相關(guān)比賽的熱情，借此提高機(jī)械類基礎(chǔ)知識(shí)的應(yīng)用能力。

2.2.3? 全流程

作為工業(yè)產(chǎn)品的一種，機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)流程主要包含設(shè)計(jì)、加工、檢驗(yàn)和維護(hù)等階段，每個(gè)階段有各自的側(cè)重點(diǎn)，但整體上形成一個(gè)有機(jī)的統(tǒng)一體。許多同學(xué)在某個(gè)階段的機(jī)械設(shè)計(jì)中，總是存在不合理的情況，比如：在設(shè)計(jì)階段做得很好，但沒考慮加工階段，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的產(chǎn)品加工很難，甚至出現(xiàn)加工不出產(chǎn)品的情況;在材料和加工精度方面缺乏經(jīng)濟(jì)性考慮，導(dǎo)致產(chǎn)品沒有市場競爭力等等。

茅臺(tái)學(xué)院借助產(chǎn)教融合的契機(jī)，與周邊相關(guān)企業(yè)建立了廣泛的聯(lián)系，簽訂了一系列實(shí)踐實(shí)訓(xùn)協(xié)議，學(xué)生在實(shí)習(xí)實(shí)踐過程中，了解和掌握相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化的全流程，對學(xué)生從整體上了解機(jī)械設(shè)計(jì)具有很大的幫助。

由此可見，讓學(xué)生了解機(jī)械產(chǎn)品完整的生產(chǎn)流程，對培養(yǎng)學(xué)生從機(jī)械系統(tǒng)的整體觀念上去理解和進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、從機(jī)械產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)的視角去理解和運(yùn)用機(jī)械類課程知識(shí)有著至關(guān)重要的作用。特別地，本文中的全流程學(xué)習(xí)更多的是指學(xué)習(xí)和了解機(jī)械產(chǎn)品完全的生產(chǎn)流程，因?yàn)樽寣W(xué)生參與機(jī)械產(chǎn)品全部生產(chǎn)流程可操作性不是很強(qiáng)。因此，對于缺乏實(shí)踐場所的非機(jī)類工科院校機(jī)械類課程某些實(shí)踐環(huán)節(jié)可以通過VR技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

3? 結(jié)? 論

茅臺(tái)學(xué)院智慧教室環(huán)境下機(jī)械課程教學(xué)實(shí)踐充分說明了智慧教室對教學(xué)具有顯著的促進(jìn)作用;非機(jī)工科院校機(jī)械類課程跨平臺(tái)、案例化、全流程的教學(xué)模式有助于學(xué)生從整體觀念上去理解和進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，對培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)能力具有明顯的促進(jìn)作用，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械類課程理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，做到學(xué)以致用。

信息、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的日益成熟加快了智慧教室發(fā)展的進(jìn)程，智慧教室將逐步成為現(xiàn)代課堂教學(xué)的主要場所，如何充分利用智慧教室將變成課堂教學(xué)模式改革的主要方向。而基于智慧教室的環(huán)境下，跨平臺(tái)、案例化、全流程的教學(xué)模式，為非機(jī)類工科院校機(jī)械類課程教學(xué)效果和質(zhì)量的提高提供了一種可行性方案。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉瓊，朱雅光，惠記莊，等.“互聯(lián)網(wǎng)+”機(jī)械原理課程教學(xué)模式改革的研究 [J].教育教學(xué)論壇，2018，4（19）：102-104.

[2] 黃榮懷，胡永斌，楊俊鋒，等.智慧教室的概念及特征 [J].開放教育研究，2012，18（2）：22-27.

[3] 聶風(fēng)華，鐘曉流，宋述強(qiáng).智慧教室：概念特征、系統(tǒng)模型與建設(shè)案例 [J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，23（7）：5-8.

[4] 張亞珍，張寶輝，韓云霞.國內(nèi)外智慧教室研究評(píng)論及展望 [J].開放教育研究，2014，20（1）：81-91.

[5] 王玉龍，蔣家傅.以需求為導(dǎo)向的智慧教室系統(tǒng)構(gòu)建 [J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2014，24（6）：99-105.

[6] 劉冠群，鐘紹輝.基于智慧教室的教學(xué)模式設(shè)計(jì)研究 [J].無線互聯(lián)科技，2017（17）：84-85.

[7] 翟小銘，孫偉，郭玉英，等.智慧教室：應(yīng)用現(xiàn)狀及其影響研究—基于高中物理學(xué)科學(xué)習(xí)的跟蹤研究 [J].中國電化教育，2016（9）：121-127.

[8] 毛齊明，蔣立兵，侯敬奇.高校教師應(yīng)用智慧教室的有效性調(diào)查研究——以H大學(xué)為例 [J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018，28（10）：49-55.

[9] 高小麗，廉恒宇，李穎，等.基于智慧教室與智慧教師的教學(xué)模式智慧新發(fā)展 [J].教育現(xiàn)代化，2019，6（24）：143-145+ 153.

[10] 石寅霞，喬愛玲.基于智慧教室的高校課堂教學(xué)實(shí)踐研究 [J].中國信息技術(shù)教育，2018（17）：105-108.

[11] 李恒，喬旭.高等院校智慧教室建設(shè)與實(shí)踐——以中國海洋大學(xué)為例 [J].科技風(fēng)，2021（12）：11-12.

作者簡介：沈仕巡（1992—），男，漢族，貴州仁懷人，講師，碩士研究生，研究方向：化工機(jī)械、節(jié)能減排。

收稿日期：2021-04-02

基金項(xiàng)目：茅臺(tái)學(xué)院校級(jí)教育教學(xué)改革與研究項(xiàng)目（myj2019007）