基于網(wǎng)絡(luò)化和網(wǎng)格化的機(jī)械原理教學(xué)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(yīng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展和學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變化，本文提出將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和機(jī)械原理教學(xué)緊密結(jié)合，建立網(wǎng)格化教學(xué)和測(cè)評(píng)模式，將教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和學(xué)生能力培養(yǎng)構(gòu)建網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)評(píng)分析和考核，實(shí)時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果和改進(jìn)教學(xué)方式。本方法經(jīng)過(guò)初步探索，已經(jīng)顯現(xiàn)一定效果。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理教學(xué) 互聯(lián)網(wǎng) 網(wǎng)格化

機(jī)械原理作為機(jī)械專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，起到承前啟后的作用。機(jī)械原理課程教與學(xué)的效果，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)械進(jìn)一步的興趣和動(dòng)力起到至關(guān)重要的作用。因此，相關(guān)的研究和探索也層出不窮。董惠敏等提出將機(jī)械原理課堂教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)相結(jié)合，進(jìn)行了基于網(wǎng)絡(luò)的機(jī)械原理自主學(xué)習(xí)模式和網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)系統(tǒng)的探索值得關(guān)注。孔建益等提出了通過(guò)機(jī)械原理理論與實(shí)踐教學(xué)所要培養(yǎng)的學(xué)生的五種基本知識(shí)與技能和機(jī)械原理教學(xué)的五個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)新的教學(xué)體系。朱孫科等提出了從注重培養(yǎng)激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)精神、教學(xué)內(nèi)容的合理構(gòu)建與教材選擇、注重多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)統(tǒng)一等方面進(jìn)行了探索研究。筆者也針對(duì)應(yīng)用型本科院校學(xué)生機(jī)械原理的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力培養(yǎng)等進(jìn)行了探討和實(shí)踐。興趣是學(xué)習(xí)的最大動(dòng)力。機(jī)械原理課程有理論計(jì)算、設(shè)計(jì)分析、實(shí)踐操作等多個(gè)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)教學(xué)主要以單一的教材和課堂知識(shí)傳授為中心，這種課程教學(xué)模式所培養(yǎng)出的學(xué)生能系統(tǒng)掌握基礎(chǔ)知識(shí)，但主要是被動(dòng)接受相關(guān)知識(shí)，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(guān)鍵的是容易使學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣，難以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的要求。

人類(lèi)社會(huì)每次經(jīng)歷的經(jīng)濟(jì)社會(huì)的大突破、大飛躍，最關(guān)鍵的并不是物質(zhì)催化或者技術(shù)的革命，而是思維工具的迭代。一種技術(shù)從工具屬性到社會(huì)生活，再到群體價(jià)值觀的變化，往往需要經(jīng)歷很長(zhǎng)的過(guò)程。如珍妮紡紗機(jī)從一項(xiàng)新技術(shù)到改變紡織行業(yè)，并引發(fā)了第一次工業(yè)革命。互聯(lián)網(wǎng)也是如此。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深入我們的學(xué)習(xí)、工作和生活中，如何將互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)引入課堂是我們面臨的一個(gè)課題。互聯(lián)網(wǎng)可以說(shuō)正發(fā)生在當(dāng)今社會(huì)上的一次革命，顛覆了我們傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)、工作和生活的方式。學(xué)生可以不用去教室上課，卻可利用互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行自主在線學(xué)習(xí)和尋找答案。同時(shí)，現(xiàn)在大學(xué)生以90后為主，他們思維活躍、多數(shù)人不愿按部就班，而機(jī)械原理課程相對(duì)枯燥難學(xué)，這給傳統(tǒng)的教學(xué)模式提出了巨大的挑戰(zhàn)。如何結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，改革機(jī)械原理課程教學(xué)則是本文闡述的重點(diǎn)。筆者經(jīng)過(guò)多年機(jī)械原理的教學(xué)工作，認(rèn)為可以從如下幾點(diǎn)入手。

一、擁抱互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，積極改革機(jī)械原理教學(xué)方式

傳統(tǒng)教學(xué)模式中，老師講，學(xué)生聽(tīng)，由于傳統(tǒng)觀念，師生互動(dòng)相對(duì)較少。同時(shí)，隨著生活節(jié)奏的加快，師生面對(duì)面交流的機(jī)會(huì)并不多。但通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，則可以彌補(bǔ)教與學(xué)的諸多不足。下面為筆者部分思考與建議。

1.利用智能手機(jī)等網(wǎng)絡(luò)終端促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了不少低頭族的出現(xiàn)，學(xué)生也尤為如此。現(xiàn)在學(xué)生不聽(tīng)課的時(shí)候往往是安靜地低頭看手機(jī)，網(wǎng)絡(luò)聊天。雖然很多大學(xué)禁止帶手機(jī)進(jìn)入課堂，但效果并不明顯。充分利用智能手機(jī)這個(gè)工具，讓其變?yōu)閷W(xué)生上課時(shí)的學(xué)習(xí)工具則有助于師生的課堂教學(xué)。筆者上課時(shí)曾嘗試建立微信群，加入上課的同學(xué)，并將部分重要講課錄音放在微信上發(fā)布。引起了學(xué)生的熱切關(guān)注，他們發(fā)現(xiàn)可以重復(fù)聽(tīng)自己漏掉的知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)不斷的微信發(fā)布，讓學(xué)生把關(guān)注點(diǎn)集中在課堂教學(xué)中。當(dāng)然，我們還可以利用QQ等工具，在課堂內(nèi)外與學(xué)生互動(dòng)交流。課堂外，老師可以提前把課堂作業(yè)，答案，典型機(jī)構(gòu)等在網(wǎng)上發(fā)布，讓學(xué)生可充分利用手機(jī)學(xué)習(xí)，在群中互動(dòng)，回答部分學(xué)生的問(wèn)題，也可讓其他存在類(lèi)似問(wèn)題的學(xué)生通過(guò)群信息獲得答案。

2.建立互動(dòng)型機(jī)械原理課程網(wǎng)站。課程網(wǎng)站上圖文并茂，并配上機(jī)構(gòu)動(dòng)畫(huà)和部分重要的知識(shí)點(diǎn)講解錄像，可極大豐富學(xué)生的自學(xué)手段。除課程基本理論教學(xué)外，還配上常見(jiàn)問(wèn)題解答、典型問(wèn)題分析。為吸引學(xué)生的關(guān)注度，還可將學(xué)生較好的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)作品放在網(wǎng)上并不斷更新，讓學(xué)生有“我也行”的信心和動(dòng)力。

3.教材中融入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。現(xiàn)在創(chuàng)新型教材層出不窮，已有部分機(jī)械原理教材對(duì)一些典型的機(jī)構(gòu)或知識(shí)要點(diǎn)的講解設(shè)置了二維碼，學(xué)生通過(guò)二維碼掃描，即可觀看相關(guān)的機(jī)構(gòu)動(dòng)作或腰帶講解，這也對(duì)教學(xué)效果有明顯的促進(jìn)作用。國(guó)內(nèi)已有類(lèi)似的機(jī)械原理教科書(shū)出現(xiàn)，這對(duì)傳統(tǒng)教材和教學(xué)模式將產(chǎn)生較大影響，尤其對(duì)教師的傳統(tǒng)教學(xué)方法將產(chǎn)生一定的沖擊和調(diào)整。

4.結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)上的熱點(diǎn)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生有效利用互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)。機(jī)械原理課程作為一門(mén)傳統(tǒng)課程，知識(shí)點(diǎn)多數(shù)在網(wǎng)上可以查到，和機(jī)械原理密切相關(guān)的機(jī)構(gòu)、機(jī)械產(chǎn)品在網(wǎng)上更容易查詢(xún)。課程講解中，如涉及軍事科技熱點(diǎn)問(wèn)題，可引入炮塔、雷達(dá)等武器裝備，通過(guò)動(dòng)畫(huà)講解連桿機(jī)構(gòu)。在網(wǎng)上看到一款新車(chē)，則引導(dǎo)講解內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)、換擋齒輪箱、差速器工作原理，讓學(xué)生加深對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)的感性，并讓同學(xué)課后上網(wǎng)查詢(xún)齒輪機(jī)構(gòu)的實(shí)物照片，齒輪機(jī)構(gòu)在多種機(jī)械中應(yīng)用。然后再講解齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)、術(shù)語(yǔ)和計(jì)算等知識(shí)。通過(guò)這種方式讓學(xué)生有感官認(rèn)識(shí)和覺(jué)得課程并不空洞，貼近實(shí)際，能學(xué)以致用，對(duì)所學(xué)知識(shí)理解相對(duì)深刻，進(jìn)而強(qiáng)化學(xué)習(xí)動(dòng)力。

二、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，建立網(wǎng)格化的教學(xué)模式

機(jī)械原理課程主要有三大機(jī)構(gòu)，即連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)。三大機(jī)構(gòu)間有聯(lián)系，但又相互獨(dú)立。機(jī)械原理教學(xué)有幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括課堂教學(xué)、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)、大作業(yè)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。通過(guò)這幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)又要培養(yǎng)的學(xué)生的幾種基本知識(shí)與技能，包括基礎(chǔ)理論知識(shí)、工程實(shí)踐能力、分析計(jì)算能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。如何評(píng)定學(xué)生是否達(dá)到相應(yīng)的能力，這里提出結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)化機(jī)械原理教學(xué)模式，建立一個(gè)開(kāi)放性、各節(jié)點(diǎn)密切關(guān)聯(lián)的新型機(jī)械原理教學(xué)和測(cè)評(píng)模式。圖1為一個(gè)教學(xué)模式網(wǎng)格，將教學(xué)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和學(xué)生的幾個(gè)能力培養(yǎng)交叉，形成網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分階段教學(xué)和考核。下面加以詳述。

圖1 網(wǎng)格化教學(xué)模式初步模型的建立

1.建立機(jī)械原理課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)體系和網(wǎng)上自測(cè)體系。圍繞機(jī)械原理三大機(jī)構(gòu)，建立機(jī)械原理教學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)理論體系。如建立構(gòu)件、基本桿組、機(jī)構(gòu)、機(jī)器的知識(shí)體系，以機(jī)構(gòu)的分析與綜合方法為核心，拓寬知識(shí)領(lǐng)域，融入前沿知識(shí)。增加與時(shí)代發(fā)展相適應(yīng)的新內(nèi)容；如學(xué)校科研項(xiàng)目，或者學(xué)生設(shè)計(jì)成果等實(shí)物機(jī)構(gòu)，通過(guò)實(shí)例（實(shí)物）引入當(dāng)前機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。在機(jī)械原理教學(xué)網(wǎng)絡(luò)中引入三大機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)自測(cè)題庫(kù)，包括選擇、判斷、問(wèn)答、分析等過(guò)程，讓學(xué)生在課堂上通過(guò)智能手機(jī)等網(wǎng)絡(luò)終端操作進(jìn)行自我測(cè)評(píng)，并及時(shí)提交。老師利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的掌握情況并對(duì)教學(xué)內(nèi)容實(shí)時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整。

2.培養(yǎng)工程實(shí)踐能力。不以單純的抽象機(jī)構(gòu)為對(duì)象，而是以生產(chǎn)實(shí)際中常用機(jī)構(gòu)為對(duì)象來(lái)說(shuō)明機(jī)構(gòu)的組成、運(yùn)動(dòng)分析和設(shè)計(jì)過(guò)程。如工程訓(xùn)練中心的車(chē)床傳動(dòng)系統(tǒng)、牛頭刨床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及生活中常見(jiàn)的體育運(yùn)動(dòng)器材等機(jī)構(gòu)，都可以讓學(xué)生作為測(cè)繪及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制的素材。引導(dǎo)和指導(dǎo)學(xué)生參與科研項(xiàng)目和各類(lèi)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻和現(xiàn)場(chǎng)觀看等手段讓學(xué)生參觀科研設(shè)備，引導(dǎo)部分學(xué)生參與科研項(xiàng)目。如讓學(xué)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(tuán)隊(duì)有意識(shí)指導(dǎo)學(xué)生參與水下清洗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)例講解和讓部分同學(xué)直接參與設(shè)計(jì)制作等手段，逐步培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。

3.通過(guò)網(wǎng)絡(luò)培養(yǎng)分析計(jì)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(xué)生的分析計(jì)算能力。其一，圖解法簡(jiǎn)單直觀，學(xué)生易于掌握理解，而解析法精度相對(duì)較高，更貼近工程實(shí)際應(yīng)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)計(jì)算能力。如將JYCS-Ⅱ型機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)稍加改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，讓學(xué)生不一定非得到實(shí)驗(yàn)室，直接可以用自己的電腦進(jìn)行設(shè)計(jì)測(cè)試分析。這一方面減少了老師的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)又提高了實(shí)驗(yàn)軟件的利用率。

圖2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案測(cè)試分析系統(tǒng)

4.充分利用網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)的組合原理與創(chuàng)新方法、機(jī)構(gòu)的演化變異原理與創(chuàng)新方法、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案與創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法以及創(chuàng)新機(jī)構(gòu)示例分析等。同時(shí)，讓學(xué)生充分利用互聯(lián)網(wǎng)，查找網(wǎng)上豐富的奇思妙想機(jī)械設(shè)計(jì)資料，誘導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)豐富的想象，并自己動(dòng)手，采用機(jī)構(gòu)拼裝試驗(yàn)臺(tái)，將創(chuàng)新理論和創(chuàng)新技法融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，充分利用機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新、運(yùn)動(dòng)仿真分析等一系列機(jī)電一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，將典型的創(chuàng)新案例放置課堂上講解分析，讓學(xué)生在動(dòng)手中不斷培養(yǎng)自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新興趣，最終培養(yǎng)學(xué)生全面的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力。

三、建立網(wǎng)絡(luò)化的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)型機(jī)械原理測(cè)評(píng)模型

圍繞齒輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)及凸輪機(jī)構(gòu)等主要教學(xué)內(nèi)容建立網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)化課程教學(xué)模型，針對(duì)每個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置網(wǎng)上測(cè)評(píng)系統(tǒng)。在對(duì)一個(gè)環(huán)節(jié)講解完畢后，利用網(wǎng)絡(luò)測(cè)試題庫(kù)，讓學(xué)生進(jìn)行各個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的測(cè)評(píng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)果分析，綜合各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，形成教學(xué)的整體測(cè)評(píng)分析報(bào)告。根據(jù)結(jié)果，即可讓老師實(shí)時(shí)找出教學(xué)中哪些環(huán)或能力培養(yǎng)上的缺失或不足。對(duì)學(xué)生而言，也可以清楚自己在哪些知識(shí)節(jié)點(diǎn)還沒(méi)掌握，并加強(qiáng)這方面的學(xué)習(xí)。這樣，通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的更新設(shè)計(jì)和查漏補(bǔ)缺，有效促進(jìn)機(jī)械原理的教學(xué)工作。

四、結(jié)束語(yǔ)

為適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和學(xué)生的特點(diǎn)提出了本課題探索，經(jīng)過(guò)近幾年的實(shí)踐和努力，筆者所在團(tuán)隊(duì)已經(jīng)初步建立了網(wǎng)上學(xué)習(xí)平臺(tái)，包含網(wǎng)上課件、網(wǎng)上測(cè)評(píng)題庫(kù)、相關(guān)的創(chuàng)新機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)鏈接。正在完善《機(jī)械原理》教學(xué)效果測(cè)評(píng)機(jī)制。初步教學(xué)試驗(yàn)表明，這一方面對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新有所提高。另一方面，有助于老師實(shí)時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)效果并改進(jìn)自己的教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度。

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