《機(jī)械原理》網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺研究與實(shí)現(xiàn)

【摘要】學(xué)分制改革不僅對教師的教學(xué)方法和教學(xué)模式提出了更高、更靈活的要求，而且對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)也更加注重。本文對比分析了傳統(tǒng)教學(xué)的不足及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢，構(gòu)建了《機(jī)械原理》網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的總體框架，并在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺的基礎(chǔ)上開發(fā)和實(shí)現(xiàn)了《機(jī)械原理》網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用平臺。為教師和學(xué)生提供了一種開放式、自主式的教學(xué)環(huán)境，有效地突破了地域和時域的限制。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械原理 網(wǎng)絡(luò)教學(xué) 網(wǎng)絡(luò)課堂 虛擬實(shí)驗(yàn) 在線測試

【基金項(xiàng)目】內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院課程建設(shè)與教學(xué)改革研究項(xiàng)目（JDKCJS201204）。

【中圖分類號】G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）10-0212-02

一、引言

《機(jī)械原理》是機(jī)械類專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程，是基礎(chǔ)理論課到專業(yè)課之間的橋梁，是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)和素質(zhì)教育的最基本課程[1]。它不僅為學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)課程起到承前啟后的作用，而且為學(xué)生今后從事機(jī)械設(shè)計(jì)、研究和開發(fā)創(chuàng)新奠定必要的基礎(chǔ)。長期以來，《機(jī)械原理》課程始終以傳統(tǒng)的課堂講授為主，教學(xué)模式單一，不能滿足不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。而且課堂教學(xué)以教師為主導(dǎo)，不利于激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情。在學(xué)年制向?qū)W分制改革的大背景下，采用傳統(tǒng)教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，不僅可以拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)途徑，變教師主導(dǎo)為學(xué)生主導(dǎo)，而且還能突破地域和時域的限制，為學(xué)生提供一個全方位、立體化的學(xué)習(xí)環(huán)境。

二、課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)對比

課堂教學(xué)能在較短的時間內(nèi)，有計(jì)劃、有目的的借助各種教學(xué)手段，傳授給學(xué)生較多的有關(guān)各種現(xiàn)象和過程的知識信息，教學(xué)效率相對較高，教學(xué)成本低，教學(xué)內(nèi)容通用性強(qiáng)[2]。但課堂教學(xué)也存在諸多不可避免的缺點(diǎn)。如教師只能通過課堂觀察、作業(yè)和測驗(yàn)來監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)效果；課堂教學(xué)很難給學(xué)生足夠的自主學(xué)習(xí)時間，以致學(xué)生的課堂參與度不夠；上課時間過于集中，對于一些問題的討論不夠充分；教學(xué)內(nèi)容每學(xué)期有所改變，學(xué)生使用教材更新速度跟不上；每節(jié)課下課總有學(xué)生來拷貝講義；上幾屆學(xué)生的優(yōu)秀資源無法保存，不能給正在上課的學(xué)生提供參考；上課學(xué)生太多，課堂教學(xué)秩序難以維持；坐在后排和側(cè)面的學(xué)生看不清黑板，等等。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)以計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)為主要媒介，是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的強(qiáng)有力的補(bǔ)充。教師可以通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的“課程管理”查看學(xué)生的課程學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)情況，在線批改學(xué)生的作業(yè)和測驗(yàn)；利用網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)設(shè)更好的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作研究環(huán)境，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性；利用“答疑討論”，讓學(xué)生在課下繼續(xù)針對某一問題展開思考；電子教材易于更新，同時還可以提供大量的擴(kuò)展資源；學(xué)生可以隨時在“課程講義”內(nèi)下載講義；以前學(xué)生的優(yōu)秀資源可以在網(wǎng)絡(luò)平臺上傳承，為現(xiàn)在的學(xué)生共享；學(xué)生通過虛擬網(wǎng)絡(luò)課堂自主學(xué)習(xí)，互不影響，不受地域和時域的限制[3-6]。

三、《機(jī)械原理》網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺總體框架

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的實(shí)現(xiàn)，主要依托于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。《機(jī)械原理》網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺主要包括六大功能模塊，其總體框架如圖1所示。

（一）網(wǎng)絡(luò)課堂

根據(jù)機(jī)械原理教學(xué)大綱要求，將各章節(jié)知識點(diǎn)、例題分析及課后練習(xí)通過網(wǎng)頁進(jìn)行發(fā)布。網(wǎng)絡(luò)課堂中既包括靜態(tài)的文字和公式，又包括動畫及視頻，有靜有動，讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來既生動形象，又不枯燥乏味。此外，為保證學(xué)生按要求完成足夠的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)學(xué)時，系統(tǒng)會通過專門的計(jì)時器來記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)時間，做到保質(zhì)保量。

（二）在線測試

該模塊既包括各章節(jié)的水平測試，又包括期中、期末綜合測試；既能評估學(xué)生對某一章節(jié)的掌握情況，又能衡量學(xué)生對本課程的綜合理解程度。測試系統(tǒng)又可細(xì)分為自我評估測試和仿真考場測試。學(xué)生在進(jìn)行自我評估測試時，可在規(guī)定的時間內(nèi)完成試題，并根據(jù)系統(tǒng)顯示的正確答案來評估自己的水平；仿真考場測試則只要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成答題，最后的結(jié)果由教師在后臺進(jìn)行評判。

（三）虛擬實(shí)驗(yàn)

該模塊能實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)模型動態(tài)展示、機(jī)構(gòu)簡圖在線繪制和創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的搭接。機(jī)構(gòu)模型通過實(shí)物圖片和機(jī)構(gòu)動畫相結(jié)合進(jìn)行展示，既直觀形象，又能很好的避免實(shí)際操作中對機(jī)構(gòu)模型的損壞。機(jī)構(gòu)簡圖繪制則為學(xué)生提供一個交互式的繪圖系統(tǒng)，學(xué)生可以根據(jù)給定的機(jī)構(gòu)或機(jī)器圖片，自己動手來在線繪制其機(jī)構(gòu)簡圖。創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的搭接為學(xué)生提供虛擬的零部件模型，學(xué)生能在虛擬環(huán)境下將所學(xué)的各類機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合連接，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新。

（四）虛擬課程設(shè)計(jì)

學(xué)生在該模塊中可以進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪傳動的課程設(shè)計(jì)。這是一個交互式的設(shè)計(jì)過程，學(xué)生輸入相應(yīng)的原始設(shè)計(jì)參數(shù)（包括連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)、凸輪設(shè)計(jì)參數(shù)及齒輪傳動設(shè)計(jì)參數(shù)），系統(tǒng)會自動解算出各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析或其他相關(guān)數(shù)具，并通過表格和曲線圖反映出設(shè)計(jì)的結(jié)果。

（五）共享資源

該模塊可以將與本課程有關(guān)的教學(xué)課件、教學(xué)軟件及視頻等共享，學(xué)生可以根據(jù)學(xué)習(xí)需要下載到本地。此外，系統(tǒng)還提供一個資源上傳的通道，學(xué)生可以將自己收集的、對本課程學(xué)習(xí)比較有幫助的資料上傳，和大家一起分享，讓更多的學(xué)生受益。

（六）在線答疑

該模塊為師生提供一個相互討論、交流的平臺，學(xué)生之間可以相互討論，也可以直接和老師進(jìn)行探討，總的目的是盡快解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，促進(jìn)其更好的學(xué)習(xí)和掌握。

四、平臺的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

《機(jī)械原理》網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺是在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺的基礎(chǔ)上建立和實(shí)現(xiàn)的。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺是一個開放的系統(tǒng)，教師可以根據(jù)所授課程的性質(zhì)和特點(diǎn)建立自己個性化的虛擬教學(xué)平臺。

（一）網(wǎng)絡(luò)課堂

“網(wǎng)絡(luò)課堂”是《機(jī)械原理》網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的主體部分，其內(nèi)容包括各章節(jié)的教學(xué)課件、典型例題、機(jī)構(gòu)模型和參考資料等。所有教學(xué)材料以FLASH格式嵌入到平臺系統(tǒng)中，方便學(xué)生在線學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)課堂的主界面如圖2所示。

（二）在線測試

“在線測試”基于試題庫，教師將各章節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容以試題的形式上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中，試題的類型可以是選擇題、判斷題、填空題、簡答題和計(jì)算分析題等。根據(jù)不同的測試目的，教師可以自定義每一次測試的題量、題型、分值及測試時間等。學(xué)生每次參加測試時，系統(tǒng)自動從試題庫中隨機(jī)抽題。“在線測試”的管理界面如圖3所示。學(xué)生在線考試時的工作界面如圖4所示。

（三）虛擬實(shí)驗(yàn)

以虛擬機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為例，教師將進(jìn)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)所需的各類零、部件三維模型上傳到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理，學(xué)生可以在客戶端瀏覽、下載自己想要的模型，并進(jìn)行機(jī)構(gòu)搭接。搭建完成的創(chuàng)新機(jī)構(gòu)可以再上傳到虛擬實(shí)驗(yàn)平臺，供其他學(xué)生分享。此外，學(xué)生還可以將虛擬實(shí)驗(yàn)搭建的機(jī)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)物組裝，以進(jìn)一步驗(yàn)證其可行性。機(jī)構(gòu)創(chuàng)新虛擬實(shí)驗(yàn)平臺的工作界面如圖5所示。

五、結(jié)語

《機(jī)械原理》網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為學(xué)生提供了一個開放式、自主式的學(xué)習(xí)、交流平臺。通過“網(wǎng)絡(luò)課堂”、“虛擬實(shí)驗(yàn)”、“在線考試”及“答疑討論”等功能模塊，學(xué)生可以將課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外學(xué)習(xí)有機(jī)地結(jié)合起來，最大限度地拓寬教學(xué)資源。將傳統(tǒng)課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)平臺教學(xué)相結(jié)合，取長補(bǔ)短，能進(jìn)一步促進(jìn)《機(jī)械原理》教學(xué)效果的提高。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

鄧偉剛（1984-），男，湖北省漢川人，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，助教，研究方向?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有限元分析。

郁志宏（1966-），女，河北邢臺人，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副院長，教授，研究方向?yàn)楫a(chǎn)品無損檢測、圖像處理。

王洪波（1978-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)與制圖教研室主任，副教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)纖維物料流變特性及計(jì)算機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)。

高雄（1957-），男，內(nèi)蒙古托克托縣人，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械性能分析與優(yōu)化。