慕微智能教學平臺在機械原理課程中的應用

奚琳 李仁軍 王靜平 喻全余

摘 要：基于教育部提出的信息化、智能化教學改革，利用慕微智能教學平臺，依托機械原理課程建設，實施了智慧互動教學形式，打造了課后系列化智能高效的教學環節，從理論深度和工程廣度拓寬課程設計，為師生的教與學效能的提升成功構建了新工科示范的案例。

關鍵詞：慕微課堂;智慧互動;智能表格;信息化;智能化

中圖分類號：G642.0;G642.3

當前信息化時代推動了諸多領域的革命，互聯網+行業已經有了很多的成功案例，并改變著大眾的生活和工作方式。那么，互聯網+教育會孕育出怎樣的新興成果？是目前國內外教育界正在努力摸索研究的重大課題。[1]機械原理是安徽工程大學校級精品課程和新工科示范課程，在課程建設中一線教師團隊和軟件業聯合研發了慕微智能教學教務平臺，在機械原理金課建設中貫穿整個教學改革過程，從實施效果看，屬于新工科示范課程改革的成功案例。

1 課程背景

《機械原理》作為一門技術基礎課，在培養計劃中介于基礎課和專業課之間，起到承上啟下的作用，是所有工科類專業學習機械類課程的敲門磚，也是考研科目之一。課程具有理論性強、實用性強、研究面廣的特點。[2]傳統授課方式依據教材經典布局，闡述各種機構的工作原理等知識點。而機械原理作為我校新工科示范課程，將從理論分析深度和工程應用廣度兩個層面跟進課程建設。利用慕微智能教學教務平臺重編課程設計、搞活課堂氣氛，實現課程所有環節信息化，體現簡潔高效的工作模式，往打造一流金課的方向發展。

2 課程建設

2.1 教學形式

利用慕微課堂的在線答題功能，開展互動教學形式。針對機械原理這門課理論性較強的特點，需要不斷復習鞏固。教師課上發布時時互動，利用簡單的客觀題打知識點，分析同學們上節課的知識結構掌握程度。后臺自動統分，計入平時成績。再者，按照新工科示范課程要求，機械原理課程中各章節知識點，在完成原有教學計劃的基礎上，需要從理論深度上和工程應用廣度上，做進一步升華。[3]教師講授問題時不全盤托出，而是留個尾巴由同學課后獨立思考。再利用慕微互動答題檢測學生解決問題的情況。比如平面連桿機構中的急回特性，傳統授課是介紹急回特性產生的原因、衡量參數、工程意義結束。而在此基礎上，從理論深度上拓展，問行程速比系數的極限取值范圍是什么？再從工程應用上拓展，給出問題機構（如急回特性不明顯的牛頭刨床），問工程中如何解決提升牛頭刨床的急回特性。同時為了增加學習氣氛，設置了彈幕功能，讓學生一邊思考答題一邊娛樂討論，做到客觀主觀雙層面互動。

2.2 教學設計

對比傳統以老師講解為主的授課方式，教師從“教”變成“引”。否定了講述型授課語氣，通過拋出問題—引發思維—引導解決的路線展開辯論式學教。保證前期知識結構足夠的前提下，極力主張學生自主推導理論定理和公式，訓練歸納提煉的能力。比如凸輪機構中討論力與壓力角關系問題時，可以先讓學生利用瞬心法推出OP長度的表達式。又如輪系機構中討論差動輪系和行星輪系的差別時，可以讓學生先計算各輪系的自由度再做對比。既復習了前期知識點，又將前后知識點貫穿，還鍛煉了學生獨立思考推演問題的能力;有時甚至在知識結構不充足的情況下也可由學生推導理論，在犯錯中學習正解。比如在學習了平面機構自由度的計算公式之后，而尚未學習自由度計算的注意事項時，由學生直接套公式計算圓盤鋸、滾子凸輪機構、平行四邊形機構等，其必定出錯，再引導找出錯誤原因，推出復合鉸鏈、局部自由度和虛約束的概念。教學全程由學生占據主動主導地位，教師激發學生求知欲，新舊知識時時切換夯實基礎，鍛煉正確思維和解決問題的能力;教師退居二線，將課程前后內容穿針引線，調節課堂氣氛。

2.3 課后輔助環節

課后輔助教學環節主要包括推送、智能批改作業、過程評價和智能教務表格。

（1）推送功能包含視頻、資料等上傳，供學生課后復習。為了強化機械原理課程的課后鞏固效果，教師將錄制好的授課視頻、作業講解視頻，以及PPT等多種格式資料上傳到慕微課堂平臺上，平臺記錄學生點擊率的同時，在答疑區教師可以第一時間在線回答學生的提問，時時解決，做到問題不過夜，大大提高了學生的學習效率。

（2）智能批改作業包含客觀題和主觀題批改。客觀題由慕微課堂自動批改，主觀作圖和計算分析題由教師評閱后系統自動統分，計入達成度計算，并同步生成平時成績考核表。大大減輕了教師課后工作量。學生用手機端查看作業批改及標準答案，可實現隨時隨地復習。

（3）過程評價體系貫穿課程始終，還需要反映課程建設內容，嚴格按照教學管理體系，體現課程目標的細節。機械原理課程共有5個課程目標：

課程目標1.樹立良好的學習態度和治學作風，掌握機械學科的理論基礎;

課程目標2.掌握機構系統模型建立、分析求解和設計方案論證的理論及方法，具有識別和判斷機械問題的能力;

課程目標3.引導學生應用現代設計方法和先進設計軟件進行機構的建模、分析、設計與仿真，逐步具有應用先進設計工具解決工程實際問題的能力;

課程目標4.掌握機構性能研究及檢測的實驗方法，能夠針對工程問題確定對應的設計目標和解決方案;

課程目標5.在項目研究過程中培養和鍛煉學生的研究探索、創新思維和優化設計的能力。

從電子簽到、課上互動、課后推送、智能批改等所有教學環節貫穿于機械原理課程教學過程。按照教學管理要求，融入認證理念，針對培養計劃，不同的題目對應不同的課程目標。慕微課堂系統后臺根據不同題目學生答題的情況做出統計分析，按照對應的課程目標融入達成度計算。

（4）智能教務表格一鍵生成。傳統授課考核結束后，批閱試卷和試卷分析工作量很大，且容易出錯。機械原理課程基于以上慕微課堂的全程輔助建設工作，最后一個環節就是教務表格。日常教學過程中每個細節都記錄在了慕微課堂后臺系統中，雖不出任何花哨冗余的圖表，但在最終教務表格中融入了人工智能算法，不僅生成所有有效數據，甚至是文字總結部分依據不同的考核情況也能夠一鍵生成。大大節省了教師的工作量，提升了數據分析的準確率，以及機械原理課程建設的智能化水平。

3 教學理念

在長期的教學教研過程中，打磨總結出一套獨特的“六型六法”教學理念。

3.1 “六型”

針對學生提倡“六型”學習法如下：

（1）俯視型學習。要求學生“站在書本上”學習，而不是“趴在書本上”啃書。即以俯視的視角宏觀本課程，弄清楚“為什么學”“怎么學”以及“有什么用”這三個問題，以及本課程在自己的知識體系中處于怎樣的位置，做到學習動機明確。

（2）推理型學習。要求學生根據本課程已學的知識結構和交叉學科的知識結構，推理出正在學的知識點，如公式推導、定理推導。目的：自主推導令記憶更深刻。

（3）闖關型學習。與慕微網絡科技服務工作室合作開發了“慕微在線平臺”，其在線題庫中每章每題均設置了1—5星級的難度梯度。讓學生課后在線練習時，難度梯度由易而難逐漸上升，如同游戲闖關設置，增強學生的成就感，提高學習興趣。

（4）挖掘型學習。本課程革新后不再局限于大綱要求掌握的知識點。針對考研需求的知識深度與工作需求的應用廣度，要求學生繼續挖掘深層次的知識信息。

（5）及時消化型學習。課后時間教師無法掌控，因此抓住有限的課堂集中時間，要求學生現場邊學邊練，及時消化。

（6）創新型學習。我們一直談論創新的話題，然而每年的課程設計題目總是一成不變的，更是工程中的經典模型。學生本著沿襲傳統不出錯的路子，每屆每題做著相同的工作。

即便是經典的工程模型，教師評判時將創新設計提升為主要給分指標，允許設計中存在瑕疵，鼓勵學生跳出傳統思維的框框，設計出新穎的機構類型。

3.2 “六法”

針對教師采用“六法”式教學，如下：

（1）引導思考法。要求教師講課中不斷提出問題，引導學生思考，并給予適當的思考時間。顧及到學生的理解，應以思考的語速與學生傳授。

（2）故錯教學法。部分知識點采取故意出錯的逆向講解方式，以缺少的知識結構通過錯誤的解答結果，說明問題，從而引出正確的解題思路，推理出新的知識點。例如：第2章-平面機構自由度計算的注意事項，在學習復合鉸鏈、局部自由度和虛約束等知識點之時，首先給出例題要求學生以自由度計算公式直接進行演算，得出錯誤的結論，引發思考探究原因，再引出相關概念。“先行后知，行而知之”，加深學習認知度。

（3）類比講解法。通過大量類比手法，將復雜的機械理論知識剖析為簡單易懂的道理，深入淺出，有助于學生快速理解。例如：第2章——平面機構運動簡圖的繪制，將機構運動簡圖比作生物體的骨骼圖，構件比作骨骼，運動副比作關節。鳥能在天上飛，魚能在水里游，闡述不同的骨骼決定不同的運動狀態，通過類比手法引出繪制機構運動簡圖的必要性。再例如：第7章-漸開線特性之三“漸開線上嚙合點離基圓越遠，壓力角越大”，在理論計算驗證后，再運用類比手法，大象的牙齒分兩種，一種嘴里的小牙，一種嘴外的大牙。咀嚼食物總用小牙省力，同理齒輪齒形總加工成“小牙”，因為嚙合點離基圓近，壓力角小，省力。理論驗證+類比教學，加深學習記憶。

（4）“零預習”教學法。傳統教學方式總要求學生能夠養成預習的習慣，但是考慮到學生每學期的課程較多，如果每門功課都預習需要花費大量的時間，很少有學生能夠堅持下來。因此本課程提出“零預習”教學法，通過深入淺出的講解方式，不僅學生不需要預習就能夠掌握知識，而且非機械類專業的學生或其他職業人員也能夠理解。再者，“一張白紙，好做文章”。本研究認為往往人處于未知的情況下，接收新事物的效果會更好。

（5）懸念式教學法（“留尾巴”）。本課程提出的“懸念式”教學法包括兩個方面，一是課中提出問題，二是課后提出問題。①課中提出懸念，是指在講解現學知識點的同時，針對未學知識點提出疑問，引起學生關注，為后續知識點學習埋下伏筆。②課后提出問題，是指知識點講解結束后，提出課后思考題，促使學生課后思維，變相敦促學生課后復習，加強學習效能。例如：第5章-鉸鏈四桿機構具有整轉副的條件，理論推導是利用三角形兩邊之和大于第三邊。

（6）時時復習法。針對學生個體學習自主的差異性，寄希望于學生課后自覺復習，其實際可行性較小。要求教師在講授新知識點的同時，穿插舊知識點，讓學生處于時時復習的狀態，加深知識的掌握度。

4 結論

綜上，機械原理作為我校的新工科示范項目、校級精品課程項目，在順應當今教育改革的發展風向中，由任課教師團隊與軟件業聯合架構了慕微智能教學教務平臺，在對教學形式、教學設計等做了全面改革的同時，依托慕微課堂課上有機地融入了智慧教學的互動環節，提升學生學習興趣，課下運用數據化平臺為師生提供了高效便捷的學教模式，提升學生的學習能效和教師的辦公能效。整體上看，機械原理課程建設充分體現了信息化、智能化、結構革新化。

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].教學改革，2018：161-164.

[2]江帆.新工科背景下機械專業創新創業相關課程體系研究[J].工業和信息化教育，2019，4：76-83.

[3]宋娓娓.新CDIO理論在機械原理課程教學中的應用[J].教育教學論壇，2019，3（13）：201-203.

基金項目：安徽省高等學校省級質量工程支持疫情防控期間高校線上教學工作特需項目——重大線上教學改革研究項目，項目編號：2020zdxsjg030;安徽工程大學新工科示范課程項目，項目編號：JG00000690;安徽工程大學校級精品課程項目，項目編號：JG00000173;安徽工程大學校級一流課程（國家級一流課程培育項目），項目編號：2019yljpkc02

作者簡介：奚琳（1980— ），女，漢族，安徽蕪湖人，碩士，講師，研究方向：信息化智能教學科研與教研。科研方面主持省級項目2項，校級項目1項，參與國家自然科學基金項目3項，國家科技部項目1項，省級項目2項，校級項目1項。發表論文9篇，國家級論文6篇。獲國家發明專利10項，實用新型14項。教研方面主持省級重大教研項目1項、校級質量工程項目4項;獲省級校級各類教學競賽多次獲獎;指導學生參加國家級、省級、校級競賽多次獲獎;先后獲安徽工程大學“師德標兵”“教學骨干”“我心中的好老師”稱號。