“互联网+”背景下的机械设计基础实验教学新模式

桂 亮， 赵卫军， 金 悦， 郭 婷， 权双璐

(西安交通大学 机械工程学院，西安 710049)

0 引 言

2015年3月5日，李克强总理在政府工作报告中首次提出制定“互联网+”行动计划。推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展，引导互联网企业拓展国际市场[1]。该计划一提出，立即引起全社会的广泛关注。互联网正跟传统产业融合，互联网金融、互联网交通、互联网医疗、互联网教育等新业态正是互联网与传统产业人融合的产物[2]。目前各行各业都在思考如何将“互联网+”行动计划结合本领域实际状况，将各项工作更好地开展和推动。教育行业也不例外，樊未晨等[5]撰文畅谈互联网模式下的教育发展方向。乔玉婷等[6]从大学功能的教学、科研和服务社会三个主要方面探讨“互联网+时代”对高等教育管理的影响并提出对策建议。沈义民[7]探讨了用“互联网+”思维建设本科生创新实践新环境。杜刚等[8]针对互联网的开放式创新实验室工作模式进行了探究。郝建新等[9]探讨了互联网+背景下SPOC模式电类实验教学。本文从事机械设计基础的实验教学工作已有多年，结合“互联网+”行动计划，近年来与教学团队一起对该实验课程的教学模式进行了深入的思考，提出了在实验教学过程中的若干环节应用各类新媒体技术，增强学生的学习积极性，拉近师生之间的距离，大大提升了实践教学效果。

1 实验教学特点及存在的问题

1.1 特 点

实验教学是理工科教学重要的组成部分, 除了起到使学生加深对理论知识的理解、对课堂上教授的理论知识的验证作用外, 更重要的是培养学生工程意识、工程实践动手能力、理论联系实际能力、分析和解决问题的能力, 从而启迪其创新思维[10]。

实验教学和课堂理论教学的不同在于，课堂教学是讲授抽象的理论知识，传授知识体系，强调符号系统的逻辑性，属于陈述性知识；而实验教学则是将课堂知识运用到实际中解决问题，强调具象思维，属于过程性知识。实验教学环节是不可替代的[11]，它的难点就在于教会学生运用理论知识去实践，用自己的双眼去观察，用自己的双手去触摸，用自己的头脑去认知。以游泳为例，仅有游泳的理论知识，知道游泳的步骤和动作，如果不下水游，永远只能是旱鸭子。因此，实验教师需要通过实验教学方法和实验教学手段的改进来引导学生、启发学生，从而提升实验教学的效果。机械设计基础是一门综合性和实践性都很强的课程。该课程设置的实验是重要的实践环节，可以帮助学生加深对理论知识的理解与应用，培养学生运用实验方法研究解决机械类专业复杂工程问题的能力。

1.2 存在的问题

我校机械设计基础课程是在机械原理和机械设计两门课基础上重组整合而成。该课程是面向机械、能动、材料、核工程等机类、近机类专业开设的大面积专业基础课(每年机械设计基础40余个班级)，在其培养目标中，起着承前(基础知识)启后(专业知识)的作用，与该课程配套开设的实验包括缝纫机机构分析、机构创新设计与搭接、基于创意组合模型的产品运动系统方案设计、齿轮范成、带传动分析、回转构件的动平衡、轴系的设计与组装、机器和机构陈列室现场教学、机械零部件陈列室现场教学等实验。目前，该课程实验教学主要存在以下问题：

(1) 部分学生习惯于按照实验指导书的操作步骤做实验，缺乏主动性，动手实践能力有待加强。学生缺乏动手能力的原因是多方面的，其中一个原因是验证型的实验教学内容造成的[12]。新版教学计划大大增加了综合性实验的比重，如何精心设置实验环节，引导学生将学到的理论知识和实际应用联系起来，加强工程应用与拓展，值得探索。

(2) 新版教学计划将机械工程学院10个班的机械设计基础课程从大三上学期提到了大二下学期，且实验学时增加了课外8学时。春季学期该课程的班级数达到近30个。加上我校实行三学期(春季学期、秋季学期和小学期)，春季学期较短。因此，实验时间的安排、协调极为困难。

(3) 实验教学环节缺乏反馈机制和沟通互动平台。

2 “互联网+”下的实验教学新模式

互联网+背景下的实验教学，主要是利用新媒体的特点，将其应用到实验教学中，具有交互性、即时性、共享性、社群化等特点，是传统实验教学模式所不具备的[13-14]。它能使学生处于“主动、开放、较自由的状态”。这种主动、开放、自由的状态体现了学生的主体地位，学生在这种状态下进行实验，积极性将得到很大提升[15]。

2.1 丰富实验教学内容和环节

利用新媒体平台可以多种途径传递文本、音频、图片、视频以及其他多媒体内容的特点，将其引入实验教学环节中，丰富实验教学内容。以“缝纫机机构分析实验”为例，该实验安排在第7章凸轮机构内容讲完之后，主要设置了如图1所示的实验内容和环节。

图1 缝纫机机构分析实验内容、环节设置

(1) 在课堂讲授机构部分相关理论知识的同时，通过“机械设计基础实验教学信息平台”微信公众号向学生推送来自“机械美学”的文章“怀旧之美——老式缝纫机，还记得小时候的哒哒声么？”[16]以及缝纫机机头部分的运动画面(见图2)。

通过缝纫机的发展史：“从1755年，德裔英国工程师Charles Fredrick Wiesenthal发明了一台能辅助缝纫艺术的机械。1790年，美国木工Thomas Saint发明了世界上第一台先打洞、后穿线、缝制皮鞋用的单线链式线迹手摇缝纫机。到1844年，英国的John Fisher将一个世纪以来不同的创造成果组合在一起，发明了真正意义上的第一台现代缝纫机。再到1851年，美国人Isaac Merritt Singer设计了上下运动的滑梭，获得了锁式线迹缝纫机的专利；在这期间，美国人Wilson跟Nathaniel Wheeler合伙开始生产使用旋梭缝纫机；1859年，胜家公司发明了脚踏式缝纫机；1889年，胜家公司又发明了电动机驱动的缝纫机。”学生可以了解一个产品不断改进的过程，并进行思考“如何通过设计使得产品的性能不断改进？”同时，结合推送的缝纫机机头部分的运动动画，学生对机头部分的工作原理进行了解。

(2) 学生从中心网站或者QQ群自行下载实验指导书进行预习。了解实验目的和要求，对缝纫机机头部分包含的四大机构：针刺机构、摆梭机构、挑线机构、送料机构进行初步了解。搞清楚每个机构都包含哪些构件？如何选取合理的视图平面？

(3) 进入实验室后，在实验教师的指导下，学生针对缝纫机机头实物进行机构分析并测绘机构运动简图和机构运动循环图。

(4) 课后通过QQ群交流反馈。

通过以上实验内容和环节的设置，帮助学生掌握机构分析及表达机构的结构组成方法，感受机构设计的巧妙以及设计在产品改进过程中的作用。

2.2 提供了解工程应用背景和前沿研究方向的平台

通过公众号可以推送和课程知识相关的各种工程实际应用的炫酷视频或者当前科技前沿研究信息(见图3)。例如，关于弹性皮带在汽车中的应用视频，讲述了为什么在汽车中应用带传动以及未来改进的方向，并以斯巴鲁车型为例，演示了弹性皮带的安装过程和安装注意事项；并联机床的介绍，可以帮助学生了解机构的应用；3D液体打印视频、ABB协作型机器人等可以帮助学生了解当前热门的前沿研究方向。

图3 工程应用及科技前沿研究相关信息

这些信息的推送有效地扩充了学生的信息量，使得学生了解前沿技术信息，并初步将课本所学的理论知识与实际应用联系起来，形成感性认识。

2.3 辅助实验管理

2.3.1推送实验安排

我校机械基础实验教学国家级示范中心近年来申请了“机械设计基础实验教学信息平台”微信公众号。任课教师在上第一节课时，将该公众号提供给各班学生，学生通过扫一扫即可关注该平台。目前，关注人数已达700余人(见图4)。通过该平台，实验教师通知各班及时预约实验，并将安排好的实验时间和要求及时发布在平台上，方便每一个学生查看(见图5)，这样既减轻了实验老师的负担，又方便每一个学生查看实验安排。

图4 公众号用户分析

2.3.2立体实验中心

目前实验中心总面积6 108 m2，24个实验室、5个实验区、2个计算机房、1个小型加工车间。各类设备仪器总值3 000多万元。为让学生及时了解实验中心的布局和相应仪器设备，实验中心网站建有“立体实验中心”模块(见图6)，将鼠标放置在相应的实验室名称上，会显示该实验室的设备、管理人、可做实验、联系方式等信息。通过立体实验中心，学生可以很方便地了解各实验室的基本情况。

图5 公众号推送实验安排表

图6 立体化实验室分布图

2.3.3实验相关资料

实验教学大纲、实验指导书、实验报告模板等文本资料通过实验中心网站“资料下载”模块或者QQ群共享，学生可以根据需求自行下载。

2.4 加强与学生的互动交流

QQ群是一个公共交流平台，学生可以不受时间和空间的限制，在实验前或者实验后有任何问题都可以随时随地和实验教师互动交流，很好地辅助了实验教学，将其从实验室延伸到课外。同时，也是一个反馈平台，实验教师能够了解学生对实验的掌握情况，学生可以向实验教师提出建议，从而促进实验教学。

3 “互联网+”环境下交互学习模式的效果

通过新媒体平台，大量隐性知识(经验、技能、思想等)得到分享，极大地提高了信息传递的效率和效果。“互联网+”所带来的全新体验已经远远超越了传统的面对面交流方式。自从将新媒体平台引入实验教学以来，学生反映可以很方便地了解实验室的相关信息，实验内容和环节得到丰富，知识及时得到更新和补充，和教师的沟通交流不受时间和空间的限制，这些都是实验教师在授课过程中不能完全实现的。在新模式的培养下，学生的自主能动性、创新能力、实践动手能力得到提高。这些在机械设计基础课程后续拓展环节中得以体现。在第7届全国大学生机械创新设计大赛中，我校取得了有史以来最好成绩：全国比赛一等奖5项，二等奖5项；省级一等奖12项，二等奖7项，三等奖1项；慧鱼组一等奖5项。实践表明，“互联网+”背景下的实验教学新模式具有良好的效果。

4 结 语

实验教学是培养学生实践能力、发挥学生创新能力的重要环节。机械工程学院近年来大大加强对本科生在实践环节的培养，从实验教学内容、教学环节设置、教学手段等方面不断探索。在“互联网+”背景下，将新媒体平台和实验教学相结合，有效地提升了实验教学的效果。

[1] 李克强.第十二届全国人民代表大会第三次会议政府工作报告[N].人民日报，2014-03-15(001).

[2] 张 岩.“互联网+教育”理念及模式探析[J].中国高教研究，2016(2)：70-73.

[3] 樊未晨.“互联网+”教育会产生什么化学反应[N].中国青年报,2015-04-08(6).

[4] 蔡 伟.“互联网+”时代的教育变革[N].中国教育报,2015-04-09(4).

[5] 南旭光，张 培.“互联网+”教育：现实争论与实践逻辑[J].网络教育，2016(9)：55-60.

[6] 乔玉婷，鲍庆龙，曾 立.“互联网+”时代高等教育管理模式创新及启示[J].高等教育研究学报，2015，38(4)：83-87.

[7] 沈义民.用“互联网+”思维建设本科生创新实践新环境[J].实验室研究与探索，2016，35(9)：158-162.

[8] 杜 刚，邹 波，张东霞.基于互联网的开放式创新实验室工作模式的探究[J].实验技术与管理，2016，33(6)：17-20.

[9] 郝建新，郭晓静.互联网+背景下SPOC模式电类实验教学[J].实验室研究与探索，2016,35(9)：209-213.

[10] 张列林，聂昌平，罗意平，等.机械基础实验系列教学改革[J].实验室研究与探索，2001，20(6)：26-28.

[11] 竺志超，王 勇，谢剑云.机械设计基础实验教学的思考[J].实验室研究与探索，2013,32(5)：146-149.

[12] 金 悦，杨培林，陈晓南.机械设计基础综合实验教学的实践与探讨[J].实验室研究与探索，2014，33(9)：231-235.

[13] 严建骏，朱顺兵.新媒体背景下的开放式实验与学生创新能力培养[J].实验技术与管理，2013，30(2)：165-167.

[14] 张赛男，沈成君，曹丽英.新媒体环境下高校实验管理与教学模式的创新[J].实验室研究与探索，2016，35(7)：202-204.

[15] 杨 威．实验室开放与管理[J]．实验技术与管理，2012，29(1) ：186-187．

[16] 机械美学公众号.怀旧之美——老式缝纫机，还记得小时候的哒哒声么．(2016-03-07)[2017-5-8].