基于互聯網+的機械原理與設計多元化教學模式改革

武照云 馬曉錄 李麗 朱紅瑜 張月英

摘? 要：機械原理與機械設計課程是工科院校機械類專業的主干基礎課程，對專業技術人才培養具有重要作用。文章分析了當前機械原理與機械設計課程教學中存在的主要問題，并在分析課程教學研究與改革內容體系的基礎上，通過理論教學環節改革、實驗教學環節改革與實踐訓練環節改革，構建了以“互聯網+”技術為核心的多層次、多元化的教學模式與體系，建設了基于“互聯網+”的機械原理與設計網絡教學綜合云平臺，有效促進了信息技術與課程教學的深度融合，提高了課程教學效果與人才培養質量。

關鍵詞：機械原理;機械設計;互聯網+;多元化教學模式

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）14-0075-03

Abstract： The mechanical principle and mechanical design course are the main basic courses of mechanical engineering in engineering colleges， which play an important role in the training of professional and technical personnel. This paper analyzes the main problems existing in the teaching of mechanical principle and mechanical design courses. Based on analysis of the course teaching research and reform content system， this paper proposes to construct a multi-level and diversified teaching model and system centered on "Internet +" technology， and built a comprehensive cloud platform based on "Internet +" mechanical principle and design network teaching by reforming theoretical teaching， experimental teaching and practical training. It effectively promotes the deep integration of information technology and curriculum teaching and improves the teaching effect of the course and the quality of personnel training.

Keywords： Mechanical Principle; Mechanical Design; Internet +; diversified teaching model

機械原理與機械設計在機械類專業課程體系中占有重要地位，這兩門課程都具有實踐性強、與工程實際結合緊密等特點，是培養學生綜合分析能力、創新設計能力和解決工程實際問題能力的重要課程[1]。近年來，隨著機械學科的飛速發展以及社會需求的逐步提高，機械原理與機械設計課程承擔的人才培養任務越來越重，同時，在教學過程中存在的問題與不足也越來越明顯：（1）傳統的教學模式相對單一，大多數仍以填鴨式灌輸為主;（2）對實踐環節的重視度不夠，導致學生缺乏實踐經驗和動手能力弱，缺乏創新精神;（3）課程考核評價體系相對單一，無法對學生形成有效激勵;（4）信息化教學水平低，新興教學手段的應用力度遠遠不夠[2-4]。

針對以上這些問題，解決“教學模式單一”、“先進教學手段匱乏”是機械原理與機械設計這兩門課程教學改革的關鍵突破口。因此，以OBE教學理念為指導，利用信息化教學手段，構建多層次、多元化的課程教學模式，是全面改進并提升學生“知識、能力、素質”全方位人才培養質量的有效途徑[5，6]。

近些年來，“互聯網+”正在各個行業不斷創造出新業務與新模式，而且產生了廣泛而深刻的影響。在新形勢下，為了適應“互聯網+”的發展趨勢，促進“互聯網+”與高等教育教學的深度融合，進一步深化教育教學改革，不斷提升人才培養質量，本文提出基于“互聯網+”技術，對機械原理與機械設計課程進行多元化教學模式改革。通過教學理念轉變、課程體系優化、教學模式升級等方式，構建以學生為主體的面向互聯網深度融合的多元化教學模式，全面提升機械類專業人才的培養質量。

一、課程教學改革內容與體系

本文以機械原理與機械設計課程為教學改革對象，這兩門課程均包含理論課、實驗課與課程設計等教學環節，如圖1所示。根據教學改革目標，分別從理論教學環節、實驗教學環節、實踐訓練環節與網絡教學綜合云平臺建設方面，構建了機械原理與機械設計課程教學研究與改革的內容體系。

二、理論教學環節改革

（一）“面授教學+在線學習”的混合教學模式改革

基于“傳統面授教學+網絡在線學習”的混合教學模式能夠將兩者完全有機融合起來，充分發揮兩者各自的優勢，切實有效的提高教學質量，屬于教學模式的一種創新。在該模式下，需要綜合考慮傳統課堂教學要素與網絡在線教學要素，根據教學內容的特點，合理設計教學內容的實施模式。使傳統課堂教學內容與網絡在線學習內容穿插適當，比例協調，做到“教學內容-實施模式”完美匹配，并充分發揮網絡教學綜合云平臺在教學信息交流、作業管理等方面的優勢。

“面授教學+在線學習”的混合教學模式，擴展了課程的教學形式，信息化教學資源豐富，教學手段多元化，突出了學生的中心地位，注重了教學模式的實效發揮。

（二）基于手機APP的課堂互動教學模式改革

隨著互聯網技術的進步與信息技術的快速發展，各類型的移動智能設備越來越普及。以互聯網進課堂、手機進課堂為特征的“互聯網+”課堂教學模式，已經成為高校課程教學改革的新趨勢。在機械原理與機械設計的課堂教學環節中，本文進行了基于智能手機與移動互聯網的課堂互動教學模式改革。

以提升課堂互動效果為目標，結合移動互聯網的技術優勢，策劃并設計基于智能手機的教學活動與教學環節。從頂層進行整體設計，達到有機融合。基于智能手機的教學活動主要包括學生簽到、課件瀏覽、互動練習測驗、教學評價與反饋等。將智能手機引入到課堂教學之中，將之變為課堂教學的重要輔助工具，有助于提高課堂教學的師生互動性、活躍課堂氣氛、調動學生學習的積極性，為傳統的課堂教學提供一種新的互動模式與體驗。

（三）多元化的課程考核方式改革

機械原理與機械設計課程是傳統的專業主干基礎課程，大多數仍然采用以最終期末考試成績為主的單一考核與評價方式，該方式重期末、輕過程，無法全面衡量學生的學習質量和能力水平，顯然已經不能滿足現代教育的要求，更無法滿足工程教育專業認證的要求。因此，本文構建了一套針對機械原理與設計課程的多元化考核模式與方法。

根據課程的教學情況與實際特點，將理論教學環節的考核要素分為以下幾部分：日常課堂教學考核（上課出勤、回答問題、課堂討論、課后作業等）、學習報告考核、網絡在線學習效果考核、期末考試考核等;合理設置各部分的所占比例，建立考核成績的綜合評定方法。實現課程評價與考核方式多元化，能夠極大的調動學生的學習積極性，從而全方位的提高學生的課程學習效果。

三、實驗教學環節改革

（一）多層次的實驗教學內容

根據學生基礎知識掌握的差異情況，設計不同層次的實驗教學內容和相應層次的實驗教學目標，并制定相應的考核辦法，以激勵不同基礎層次學生的學習積極性，進而提高實驗教學效果和質量。

根據課程的教學目標和教學大綱要求，構建了三層次的實驗教學體系，主要包括基礎實驗、綜合實驗和創新實驗?；A實驗仍然以傳統的機械零件與機構裝置認知、機構運動簡圖測繪等組成，以加深學生對基礎知識的掌握情況。綜合實驗以平面連桿機構設計與測試、凸輪廓線繪制與運動參數測試、齒輪范成與根切實驗等組成，以提高學生調試機構裝置的能力。創新實驗主要以機構創新組合設計、機構組合拼接等為主，以培養學生的機械創新設計能力。

（二）多元化的實驗教學形式

機械原理與機械設計的實驗教學環節目前仍以傳統的實驗課形式進行組織，并且大多數都是實物實驗，實驗教學形式缺乏多樣化和靈活性，實驗內容的深度不夠，而且對課程以及學科知識點之間的關聯性體現不明顯。

針對這些問題，本文提出并組織開展了多元化的實驗教學形式，主要包括：傳統基礎實驗教學模式、綜合創新型實驗教學模式、開放式實驗教學模式、基于互聯網的虛擬仿真實驗教學模式、基于項目驅動的科研創新型實驗教學模式等。

（三）基于互聯網的虛擬仿真實驗教學改革

在教育信息化的大環境下，采用虛擬仿真技術手段輔助完成實驗教學是必然的發展趨勢。針對機械原理與機械設計實驗教學的現狀與存在的問題，本文進行了基于互聯網的虛擬仿真實驗教學模式改革。

結合虛擬仿真的技術優勢，設計虛擬仿真實驗內容，構建了虛擬仿真實驗教學體系與運行模式，設計了網絡教學綜合云平臺的虛擬仿真實驗模塊，確定了其功能與要求。根據總體功能需求分析，虛擬仿真實驗教學主要包括基礎認知類實驗（機械零件結構的三維虛擬展示、各類型機構的運動模擬仿真等）、參數測試類實驗（裝置虛擬呈現與條件設定、實驗裝置參數的虛擬測試等）、原理驗證類實驗（實驗裝置運動原理建模、參數設置與模擬效果輸出等）以及綜合訓練類實驗（設備結構與裝配關系建模、裝置虛擬拆裝與運動仿真等）。

四、實踐訓練環節改革

（一）多元化的實踐訓練內容體系

按照工程教育專業認證的要求，根據OBE教學理念，強化學生實踐動手能力與解決實際工程問題能力的培養，建立了內容豐富、層次多樣的實踐訓練內容體系，主要由機械原理與機械設計大作業、綜合性課程設計和機械創新設計競賽等組成。該實踐訓練體系，能夠使學生的學習積極性與主動性得到很好的發揮，對培養學生的綜合應用能力、工程實踐能力與團隊交流合作能力等具有重要作用。

（二）機械原理與機械設計大作業改革

為了豐富實踐訓練環節的教學內容，本文在現有實踐教學環節基礎上，新增加了機械原理與機械設計大作業環節，具體如下：

1. 機械原理大作業。主要以常見機構（如四桿機構、凸輪機構、導桿機構等）的運動學參數分析為主，要求學生針對具體機構的結構形式與幾何關系，建立運動學模型、運用C語言或VB等進行編程、程序調試與運算、繪制運動學參數（包括位移、速度、加速度等）圖像、結果分析等，并完成設計說明書，以提高學生運用計算機手段解決機械原理相關問題的意識與能力。

2. 機械設計大作業。主要以常見機械零件和部件（如齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、軸系結構等）的設計為內容，要求學生獨立完成機械零部件的計算機三維CAD建模、機械力學性能（強度、剛度等）的計算與分析，并撰寫設計說明書，以提高學生對機械零件的三維CAD建模能力。

為了進一步發揮網絡技術的輔助教學功能，在網絡教學綜合云平臺中增加了大作業模塊，在該模塊中集成了多個計算、分析、測試類軟件工具，可供學生使用，以提高效率。另外，學生完成設計內容后，可以上傳自己的設計成果，教師與學生都可以在線瀏覽設計成果，教師能夠進行考核打分，學生之間也能夠相互學習與評價。

（三）機械原理與機械設計課程設計改革

機械原理與機械設計這兩門課程的內容與知識點關聯性很強，構成了一個完整的知識鏈條，而傳統的機械原理課程設計與機械設計課程設計分別獨立開展，題目之間缺乏有效的關聯性，這種設置破壞了課程的整體知識結構，不利于學生對課程知識體系的全面理解與掌握。因此，提出將機械原理課程設計與機械設計課程設計進行合并與統一，形成一個相對比較系統的綜合性課程設計，使兩門課程的知識點有機融合，全面培養學生的工程實踐能力和綜合創新意識。具體要求為：1. 對于綜合性課程設計的題目，以小型機械裝置或設備為主，保證具有一定的完整性與系統性;2. 每個題目對應一個設計小組，由若干個學生組成，可以由教師指定分配，也可以是學生自由組合;3. 在機械原理課程設計期間，每個題目要完成機械系統的運動方案設計，給出機構運動簡圖以及主要結構參數的設計結果;4. 在機械設計課程設計期間，每個題目要完成所有零部件的具體結構與尺寸設計，給出機械系統的總裝圖與相關的零件圖，包括三維模型與二維工程圖。

為了加強信息技術與網絡技術在課程設計過程中的利用，本項目將在網絡教學綜合云平臺中增加課程設計模塊，在該模塊中集成了常用機構的分析軟件（如四桿機構運動分析軟件等）、常用機械零部件設計計算軟件（如齒輪傳動、帶傳動設計計算程序）等工具軟件，學生在進行課程設計過程中，可以有效利用這些工具，提高自己的工作效率。并且，教師能夠通過該平臺對課程設計進行過程管理，學生能夠在此進行交流、溝通、討論，課程設計完成后能夠進行設計成果展示等。

五、網絡教學綜合云平臺建設

為了實現基于“互聯網+”的機械原理與設計課程多元化教學模式，設計并開發了提供技術支撐的網絡教學綜合云平臺。根據課程多元化教學模式的目標與要求，設計了網絡教學綜合云平臺的功能與體系結構，如圖2所示。

該平臺從理論教學、實驗教學與實踐訓練三個層面對課程教學過程與模式提供技術服務。基于“互聯網+”的機械原理與設計網絡教學綜合云平臺，內容豐富，體系開放，充分利用了網絡技術與信息技術，實現了課程教學與互聯網的深度融合，全面提升了教學信息化水平，為提高專業人才培養質量提供了有力的支撐與保障。

六、結束語

本文以機械原理與機械設計課程為教學改革對象，針對課程理論教學環節、實驗教學環節與實踐訓練環節，構建了一套以互聯網技術為核心的多層次、多元化教學模式與體系，建設了基于“互聯網+”的機械原理與設計網絡教學綜合云平臺，有效調動了學生的學習興趣與積極性，全面提高了課程教學的效果與質量。

參考文獻：

[1]王會.論“互聯網+教學”的《機械原理》課程教學改革[J].新西部，2018（35）：161+164.

[2]李麗，武照云.汽車類專業機械原理課程教學改革與探索[J].教育現代化，2018，5（44）：90-91.

[3]余軍合，李國平，馬志勇.基于OBE模式的“機械原理”教學改革[J].寧波大學學報（教育科學版），2018，40（06）：109-113.

[4]寇小希，楊福增，王鐵慶，等.《機械設計》課堂教學質量提升改革措施分享[J].教育教學論壇，2018（49）：115-116.

[5]左斌.基于數字化設計的機械設計課程教學改革[J].教育教學論壇，2018（43）：137-139.

[6]翟震，羅旭.近機類專業機械設計基礎課程教學改革[J].高教學刊，2015（01）：38-39.