基于网络化和网格化的机械原理教学模式探索
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宋瑞银 张美琴 刘毅 陈俊华 黄方平 王向垟
摘要：为适应互联网技术的迅猛发展和学生学习方式的变化，本文提出将互联网技术和机械原理教学紧密结合，建立网格化教学和测评模式，将教学关键环节和学生能力培养构建网格节点，利用网络进行测评分析和考核，实时掌握学生学习效果和改进教学方式。本方法经过初步探索，已经显现一定效果。
关键词：机械原理教学 互联网 网格化
机械原理作为机械专业的一门专业技术基础课程，起到承前启后的作用。机械原理课程教与学的效果，对培养学生对机械进一步的兴趣和动力起到至关重要的作用。因此，相关的研究和探索也层出不穷。董惠敏等提出将机械原理课堂教学、课程设计、实验教学与网络辅助教学相结合，进行了基于网络的机械原理自主学习模式和网络辅助教学系统的探索值得关注。孔建益等提出了通过机械原理理论与实践教学所要培养的学生的五种基本知识与技能和机械原理教学的五个关键环节紧密结合，构建一个新的教学体系。朱孙科等提出了从注重培养激发学生主动学习精神、教学内容的合理构建与教材选择、注重多媒体教学与传统教学统一等方面进行了探索研究。笔者也针对应用型本科院校学生机械原理的学习兴趣和创新能力培养等进行了探讨和实践。兴趣是学习的最大动力。机械原理课程有理论计算、设计分析、实践操作等多个环节。传统教学主要以单一的教材和课堂知识传授为中心，这种课程教学模式所培养出的学生能系统掌握基础知识，但主要是被动接受相关知识，视野狭窄，思维容易僵化，缺乏批判精神和创新能力，更为关键的是容易使学生失去学习的兴趣，难以适应社会发展对高素质创新型人才的要求。
人类社会每次经历的经济社会的大突破、大飞跃，最关键的并不是物质催化或者技术的革命，而是思维工具的迭代。一种技术从工具属性到社会生活，再到群体价值观的变化，往往需要经历很长的过程。如珍妮纺纱机从一项新技术到改变纺织行业，并引发了第一次工业革命。互联网也是如此。随着信息技术的迅猛发展，互联网已经深入我们的学习、工作和生活中，如何将互联网有机引入课堂是我们面临的一个课题。互联网可以说正发生在当今社会上的一次革命，颠覆了我们传统的学习、工作和生活的方式。学生可以不用去教室上课，却可利用互联网，进行自主在线学习和寻找答案。同时，现在大学生以90后为主，他们思维活跃、多数人不愿按部就班，而机械原理课程相对枯燥难学，这给传统的教学模式提出了巨大的挑战。如何结合互联网技术，适应时代发展，改革机械原理课程教学则是本文阐述的重点。笔者经过多年机械原理的教学工作，认为可以从如下几点入手。
一、拥抱互联网技术，积极改革机械原理教学方式
传统教学模式中，老师讲，学生听，由于传统观念，师生互动相对较少。同时，随着生活节奏的加快，师生面对面交流的机会并不多。但通过互联网技术，则可以弥补教与学的诸多不足。下面为笔者部分思考与建议。
1.利用智能手机等网络终端促进学生的学习。现在网络技术和通讯技术的发展导致了不少低头族的出现，学生也尤为如此。现在学生不听课的时候往往是安静地低头看手机，网络聊天。虽然很多大学禁止带手机进入课堂，但效果并不明显。充分利用智能手机这个工具，让其变为学生上课时的学习工具则有助于师生的课堂教学。笔者上课时曾尝试建立微信群，加入上课的同学，并将部分重要讲课录音放在微信上发布。引起了学生的热切关注，他们发现可以重复听自己漏掉的知识点。通过不断的微信发布，让学生把关注点集中在课堂教学中。当然，我们还可以利用QQ等工具，在课堂内外与学生互动交流。课堂外，老师可以提前把课堂作业，答案，典型机构等在网上发布，让学生可充分利用手机学习，在群中互动，回答部分学生的问题，也可让其他存在类似问题的学生通过群信息获得答案。
2.建立互动型机械原理课程网站。课程网站上图文并茂，并配上机构动画和部分重要的知识点讲解录像，可极大丰富学生的自学手段。除课程基本理论教学外，还配上常见问题解答、典型问题分析。为吸引学生的关注度，还可将学生较好的机械创新设计作品放在网上并不断更新，让学生有＂我也行＂的信心和动力。
3.教材中融入互联网技术。现在创新型教材层出不穷，已有部分机械原理教材对一些典型的机构或知识要点的讲解设置了二维码，学生通过二维码扫描，即可观看相关的机构动作或腰带讲解，这也对教学效果有明显的促进作用。国内已有类似的机械原理教科书出现，这对传统教材和教学模式将产生较大影响，尤其对教师的传统教学方法将产生一定的冲击和调整。
4.结合互联网上的热点问题，引导学生有效利用互联网学习。机械原理课程作为一门传统课程，知识点多数在网上可以查到，和机械原理密切相关的机构、机械产品在网上更容易查询。课程讲解中，如涉及军事科技热点问题，可引入炮塔、雷达等武器装备，通过动画讲解连杆机构。在网上看到一款新车，则引导讲解内燃机结构、换挡齿轮箱、差速器工作原理，让学生加深对齿轮机构的感性，并让同学课后上网查询齿轮机构的实物照片，齿轮机构在多种机械中应用。然后再讲解齿轮机构的参数、术语和计算等知识。通过这种方式让学生有感官认识和觉得课程并不空洞，贴近实际，能学以致用，对所学知识理解相对深刻，进而强化学习动力。
二、结合网络，建立网格化的教学模式
机械原理课程主要有三大机构，即连杆机构、凸轮机构和齿轮机构。三大机构间有联系，但又相互独立。机械原理教学有几个关键环节，包括课堂教学、机械原理课程设计、大作业和创新设计。通过这几个关键环节又要培养的学生的几种基本知识与技能，包括基础理论知识、工程实践能力、分析计算能力和创新设计能力。如何评定学生是否达到相应的能力，这里提出结合网络，构建网格节点化机械原理教学模式，建立一个开放性、各节点密切关联的新型机械原理教学和测评模式。图1为一个教学模式网格，将教学关键环节和学生的几个能力培养交叉，形成网格节点。对每个节点进行分阶段教学和考核。下面加以详述。
图1 网格化教学模式初步模型的建立
1.建立机械原理课程的基础理论知识体系和网上自测体系。围绕机械原理三大机构，建立机械原理教学的基础知识理论体系。如建立构件、基本杆组、机构、机器的知识体系，以机构的分析与综合方法为核心，拓宽知识领域，融入前沿知识。增加与时代发展相适应的新内容；如学校科研项目，或者学生设计成果等实物机构，通过实例（实物）引入当前机构研究的热点内容。在机械原理教学网络中引入三大机构基础知识自测题库，包括选择、判断、问答、分析等过程，让学生在课堂上通过智能手机等网络终端操作进行自我测评，并及时提交。老师利用网络数据分析学生对理论知识点的掌握情况并对教学内容实时做出相应的调整。
2.培养工程实践能力。不以单纯的抽象机构为对象，而是以生产实际中常用机构为对象来说明机构的组成、运动分析和设计过程。如工程训练中心的车床传动系统、牛头刨床传动机构及生活中常见的体育运动器材等机构，都可以让学生作为测绘及机构运动简图绘制的素材。引导和指导学生参与科研项目和各类机械结构设计竞赛，通过网络视频和现场观看等手段让学生参观科研设备，引导部分学生参与科研项目。如让学生参观摆式波浪能装置、振荡浮子式波浪能装置。笔者所在团队有意识指导学生参与水下清洗机构的设计，通过实例讲解和让部分同学直接参与设计制作等手段，逐步培养学生工程实践能力。
3.通过网络培养分析计算能力。采用传统的图解法和解析法并重的方式培养学生的分析计算能力。其一，图解法简单直观，学生易于掌握理解，而解析法精度相对较高，更贴近工程实际应用，有利于培养学生的科学计算能力。如将JYCS-Ⅱ型机构运动方案创新设计实验台稍加改进，可以实现远程控制，让学生不一定非得到实验室，直接可以用自己的电脑进行设计测试分析。这一方面减少了老师的劳动强度，同时又提高了实验软件的利用率。
图2 机构运动方案测试分析系统
4.充分利用网络，培养学生的机构创新设计能力。课堂讲授中融入基本的创新理论和创新方法，如型综合创造技法、机构的组合原理与创新方法、机构的演化变异原理与创新方法、机构运动方案与创新设计方法以及创新机构示例分析等。同时，让学生充分利用互联网，查找网上丰富的奇思妙想机械设计资料，诱导学生展开丰富的想象，并自己动手，采用机构拼装试验台，将创新理论和创新技法融入实验教学当中，充分利用机构组合设计与仿真实验平台，开发机构创新、运动仿真分析等一系列机电一体化创新设计实验。同时，将典型的创新案例放置课堂上讲解分析，让学生在动手中不断培养自己的创新设计能力和创新兴趣，最终培养学生全面的创新思维与创新能力。
三、建立网络化的网格节点型机械原理测评模型
围绕齿轮机构、连杆机构及凸轮机构等主要教学内容建立网格节点化课程教学模型，针对每个环节，每个节点设置网上测评系统。在对一个环节讲解完毕后，利用网络测试题库，让学生进行各个网格节点的测评，通过网络进行结果分析，综合各个关键环节，形成教学的整体测评分析报告。根据结果，即可让老师实时找出教学中哪些环或能力培养上的缺失或不足。对学生而言，也可以清楚自己在哪些知识节点还没掌握，并加强这方面的学习。这样，通过对教学内容的更新设计和查漏补缺，有效促进机械原理的教学工作。
四、结束语
为适应互联网技术的发展和学生的特点提出了本课题探索，经过近几年的实践和努力，笔者所在团队已经初步建立了网上学习平台，包含网上课件、网上测评题库、相关的创新机构网络链接。正在完善《机械原理》教学效果测评机制。初步教学试验表明，这一方面对学生分析问题、解决问题的能力和创新有所提高。另一方面，有助于老师实时掌握学生学习效果并改进自己的教学内容和进度。
参考文献
[1]董惠敏，钱峰，高媛，王德伦.基于网络的机械原理自主学习模式[J].实验技术与管理，2011，28（11）：133-136
[2]孔建益，侯宇，杨金堂，廖汉元，李佳.＂五横五纵＂矩阵型机械原理教学模式的探索与实践[J].武汉科技大学学报（社会科学版），2009，11（2）：101-104
[3]朱孙科，罗天洪，钟厉，赵树恩.机械原理课程教学方法探索与实践[J].科技视界，2014：20-21
[4]宋瑞银，张美琴.机械原理教学中的学习动力与应用能力培养研究[J].教育教学论坛，2013：71-72
[5]葛文杰.以新的教学理念打造机械原理国家精品课程[J].中国大学教学，2005（7）：10-12