基于互联网+的机械原理与设计多元化教学模式改革

武照云 马晓录 李丽 朱红瑜 张月英

摘  要：机械原理与机械设计课程是工科院校机械类专业的主干基础课程，对专业技术人才培养具有重要作用。文章分析了当前机械原理与机械设计课程教学中存在的主要问题，并在分析课程教学研究与改革内容体系的基础上，通过理论教学环节改革、实验教学环节改革与实践训练环节改革，构建了以“互联网+”技术为核心的多层次、多元化的教学模式与体系，建设了基于“互联网+”的机械原理与设计网络教学综合云平台，有效促进了信息技术与课程教学的深度融合，提高了课程教学效果与人才培养质量。

关键词：机械原理;机械设计;互联网+;多元化教学模式

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：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

机械原理与机械设计在机械类专业课程体系中占有重要地位，这两门课程都具有实践性强、与工程实际结合紧密等特点，是培养学生综合分析能力、创新设计能力和解決工程实际问题能力的重要课程[1]。近年来，随着机械学科的飞速发展以及社会需求的逐步提高，机械原理与机械设计课程承担的人才培养任务越来越重，同时，在教学过程中存在的问题与不足也越来越明显：（1）传统的教学模式相对单一，大多数仍以填鸭式灌输为主;（2）对实践环节的重视度不够，导致学生缺乏实践经验和动手能力弱，缺乏创新精神;（3）课程考核评价体系相对单一，无法对学生形成有效激励;（4）信息化教学水平低，新兴教学手段的应用力度远远不够[2-4]。

针对以上这些问题，解决“教学模式单一”、“先进教学手段匮乏”是机械原理与机械设计这两门课程教学改革的关键突破口。因此，以OBE教学理念为指导，利用信息化教学手段，构建多层次、多元化的课程教学模式，是全面改进并提升学生“知识、能力、素质”全方位人才培养质量的有效途径[5，6]。

近些年来，“互联网+”正在各个行业不断创造出新业务与新模式，而且产生了广泛而深刻的影响。在新形势下，为了适应“互联网+”的发展趋势，促进“互联网+”与高等教育教学的深度融合，进一步深化教育教学改革，不断提升人才培养质量，本文提出基于“互联网+”技术，对机械原理与机械设计课程进行多元化教学模式改革。通过教学理念转变、课程体系优化、教学模式升级等方式，构建以学生为主体的面向互联网深度融合的多元化教学模式，全面提升机械类专业人才的培养质量。

一、课程教学改革内容与体系

本文以机械原理与机械设计课程为教学改革对象，这两门课程均包含理论课、实验课与课程设计等教学环节，如图1所示。根据教学改革目标，分别从理论教学环节、实验教学环节、实践训练环节与网络教学综合云平台建设方面，构建了机械原理与机械设计课程教学研究与改革的内容体系。

二、理论教学环节改革

（一）“面授教学+在线学习”的混合教学模式改革

基于“传统面授教学+网络在线学习”的混合教学模式能够将两者完全有机融合起来，充分发挥两者各自的优势，切实有效的提高教学质量，属于教学模式的一种创新。在该模式下，需要综合考虑传统课堂教学要素与网络在线教学要素，根据教学内容的特点，合理设计教学内容的实施模式。使传统课堂教学内容与网络在线学习内容穿插适当，比例协调，做到“教学内容-实施模式”完美匹配，并充分发挥网络教学综合云平台在教学信息交流、作业管理等方面的优势。

“面授教学+在线学习”的混合教学模式，扩展了课程的教学形式，信息化教学资源丰富，教学手段多元化，突出了学生的中心地位，注重了教学模式的实效发挥。

（二）基于手机APP的课堂互动教学模式改革

随着互联网技术的进步与信息技术的快速发展，各类型的移动智能设备越来越普及。以互联网进课堂、手机进课堂为特征的“互联网+”课堂教学模式，已经成为高校课程教学改革的新趋势。在机械原理与机械设计的课堂教学环节中，本文进行了基于智能手机与移动互联网的课堂互动教学模式改革。

以提升课堂互动效果为目标，结合移动互联网的技术优势，策划并设计基于智能手机的教学活动与教学环节。从顶层进行整体设计，达到有机融合。基于智能手机的教学活动主要包括学生签到、课件浏览、互动练习测验、教学评价与反馈等。将智能手机引入到课堂教学之中，将之变为课堂教学的重要辅助工具，有助于提高课堂教学的师生互动性、活跃课堂气氛、调动学生学习的积极性，为传统的课堂教学提供一种新的互动模式与体验。

（三）多元化的课程考核方式改革

机械原理与机械设计课程是传统的专业主干基础课程，大多数仍然采用以最终期末考试成绩为主的单一考核与评价方式，该方式重期末、轻过程，无法全面衡量学生的学习质量和能力水平，显然已经不能满足现代教育的要求，更无法满足工程教育专业认证的要求。因此，本文构建了一套针对机械原理与设计课程的多元化考核模式与方法。

根据课程的教学情况与实际特点，将理论教学环节的考核要素分为以下几部分：日常课堂教学考核（上课出勤、回答问题、课堂讨论、课后作业等）、学习报告考核、网络在线学习效果考核、期末考试考核等;合理设置各部分的所占比例，建立考核成绩的综合评定方法。实现课程评价与考核方式多元化，能够极大的调动学生的学习积极性，从而全方位的提高学生的课程学习效果。

三、实验教学环节改革

（一）多层次的实验教学内容

根据学生基础知识掌握的差异情况，设计不同层次的实验教学内容和相应层次的实验教学目标，并制定相应的考核办法，以激励不同基础层次学生的学习积极性，进而提高实验教学效果和质量。

根据课程的教学目标和教学大纲要求，构建了三层次的实验教学体系，主要包括基础实验、综合实验和创新实验。基础实验仍然以传统的机械零件与机构装置认知、机构运动简图测绘等组成，以加深学生对基础知识的掌握情况。综合实验以平面连杆机构设计与测试、凸轮廓线绘制与运动参数测试、齿轮范成与根切实验等组成，以提高学生调试机构装置的能力。创新实验主要以机构创新组合设计、机构组合拼接等为主，以培养学生的机械创新设计能力。

（二）多元化的实验教学形式

机械原理与机械设计的实验教学环节目前仍以传统的实验课形式进行组织，并且大多数都是实物实验，实验教学形式缺乏多样化和灵活性，实验内容的深度不够，而且对课程以及学科知识点之间的关联性体现不明显。

针对这些问题，本文提出并组织开展了多元化的实验教学形式，主要包括：传统基础实验教学模式、综合创新型实验教学模式、开放式实验教学模式、基于互联网的虚拟仿真实验教学模式、基于项目驱动的科研创新型实验教学模式等。

（三）基于互联网的虚拟仿真实验教学改革

在教育信息化的大环境下，采用虚拟仿真技术手段辅助完成实验教学是必然的发展趋势。针对机械原理与机械设计实验教学的现状与存在的问题，本文进行了基于互联网的虚拟仿真实验教学模式改革。

结合虚拟仿真的技术优势，设计虚拟仿真实验内容，构建了虚拟仿真实验教学体系与运行模式，设计了网络教学综合云平台的虚拟仿真实验模块，确定了其功能与要求。根据总体功能需求分析，虚拟仿真实验教学主要包括基础认知类实验（机械零件结构的三维虚拟展示、各类型机构的运动模拟仿真等）、参数测试类实验（装置虚拟呈现与条件设定、实验装置参数的虚拟测试等）、原理验证类实验（实验装置运动原理建模、参数设置与模拟效果输出等）以及综合训练类实验（设备结构与装配关系建模、装置虚拟拆装与运动仿真等）。

四、实践训练环节改革

（一）多元化的实践训练内容体系

按照工程教育专业认证的要求，根据OBE教学理念，强化学生实践动手能力与解决实际工程问题能力的培养，建立了内容丰富、层次多样的实践训练内容体系，主要由机械原理与机械设计大作业、综合性课程设计和机械创新设计竞赛等组成。该实践训练体系，能够使学生的学习积极性与主动性得到很好的发挥，对培养学生的综合应用能力、工程实践能力与团队交流合作能力等具有重要作用。

（二）机械原理与机械设计大作业改革

为了丰富实践训练环节的教学内容，本文在现有实践教学环节基础上，新增加了机械原理与机械设计大作业环节，具体如下：

1. 机械原理大作业。主要以常见机构（如四杆机构、凸轮机构、导杆机构等）的运动学参数分析为主，要求学生针对具体机构的结构形式与几何关系，建立运动学模型、运用C语言或VB等进行编程、程序调试与运算、绘制运动学参数（包括位移、速度、加速度等）图像、结果分析等，并完成设计说明书，以提高学生运用计算机手段解决机械原理相关问题的意识与能力。

2. 机械设计大作业。主要以常见机械零件和部件（如齿轮传动、带传动、链传动、轴系结构等）的设计为内容，要求学生独立完成机械零部件的计算机三维CAD建模、机械力学性能（强度、刚度等）的计算与分析，并撰写设计说明书，以提高学生对机械零件的三维CAD建模能力。

为了进一步发挥网络技术的辅助教学功能，在网络教学综合云平台中增加了大作业模块，在该模块中集成了多个计算、分析、测试类软件工具，可供学生使用，以提高效率。另外，学生完成设计内容后，可以上传自己的设计成果，教师与学生都可以在线浏览设计成果，教师能够进行考核打分，学生之间也能够相互学习与评价。

（三）机械原理与机械设计课程设计改革

机械原理与机械设计这两门课程的内容与知识点关联性很强，构成了一个完整的知识链条，而传统的机械原理课程设计与机械设计课程设计分别独立开展，题目之间缺乏有效的关联性，这种设置破坏了课程的整体知识结构，不利于学生对课程知识体系的全面理解与掌握。因此，提出将机械原理课程设计与机械设计课程设计进行合并与统一，形成一个相对比较系统的综合性课程设计，使两门课程的知识点有机融合，全面培养学生的工程实践能力和综合创新意识。具体要求為：1. 对于综合性课程设计的题目，以小型机械装置或设备为主，保证具有一定的完整性与系统性;2. 每个题目对应一个设计小组，由若干个学生组成，可以由教师指定分配，也可以是学生自由组合;3. 在机械原理课程设计期间，每个题目要完成机械系统的运动方案设计，给出机构运动简图以及主要结构参数的设计结果;4. 在机械设计课程设计期间，每个题目要完成所有零部件的具体结构与尺寸设计，给出机械系统的总装图与相关的零件图，包括三维模型与二维工程图。

为了加强信息技术与网络技术在课程设计过程中的利用，本项目将在网络教学综合云平台中增加课程设计模块，在该模块中集成了常用机构的分析软件（如四杆机构运动分析软件等）、常用机械零部件设计计算软件（如齿轮传动、带传动设计计算程序）等工具软件，学生在进行课程设计过程中，可以有效利用这些工具，提高自己的工作效率。并且，教师能够通过该平台对课程设计进行过程管理，学生能够在此进行交流、沟通、讨论，课程设计完成后能够进行设计成果展示等。

五、网络教学综合云平台建设

为了实现基于“互联网+”的机械原理与设计课程多元化教学模式，设计并开发了提供技术支撑的网络教学综合云平台。根据课程多元化教学模式的目标与要求，设计了网络教学综合云平台的功能与体系结构，如图2所示。

该平台从理论教学、实验教学与实践训练三个层面对课程教学过程与模式提供技术服务。基于“互联网+”的机械原理与设计网络教学综合云平台，内容丰富，体系开放，充分利用了网络技术与信息技术，实现了课程教学与互联网的深度融合，全面提升了教学信息化水平，为提高专业人才培养质量提供了有力的支撑与保障。

六、结束语

本文以机械原理与机械设计课程为教学改革对象，针对课程理论教学环节、实验教学环节与实践训练环节，构建了一套以互联网技术为核心的多层次、多元化教学模式与体系，建设了基于“互联网+”的机械原理与设计网络教学综合云平台，有效调动了学生的学习兴趣与积极性，全面提高了课程教学的效果与质量。

参考文献：

[1]王会.论“互联网+教学”的《机械原理》课程教学改革[J].新西部，2018（35）：161+164.

[2]李丽，武照云.汽车类专业机械原理课程教学改革与探索[J].教育现代化，2018，5（44）：90-91.

[3]余军合，李国平，马志勇.基于OBE模式的“机械原理”教学改革[J].宁波大学学报（教育科学版），2018，40（06）：109-113.

[4]寇小希，杨福增，王铁庆，等.《机械设计》课堂教学质量提升改革措施分享[J].教育教学论坛，2018（49）：115-116.

[5]左斌.基于数字化设计的机械设计课程教学改革[J].教育教学论壇，2018（43）：137-139.

[6]翟震，罗旭.近机类专业机械设计基础课程教学改革[J].高教学刊，2015（01）：38-39.