慕微智能教学平台在机械原理课程中的应用

奚琳 李仁军 王静平 喻全余

摘 要：基于教育部提出的信息化、智能化教学改革，利用慕微智能教学平台，依托机械原理课程建设，实施了智慧互动教学形式，打造了课后系列化智能高效的教学环节，从理论深度和工程广度拓宽课程设计，为师生的教与学效能的提升成功构建了新工科示范的案例。

关键词：慕微课堂;智慧互动;智能表格;信息化;智能化

中图分类号：G642.0;G642.3

当前信息化时代推动了诸多领域的革命，互联网+行业已经有了很多的成功案例，并改变着大众的生活和工作方式。那么，互联网+教育会孕育出怎样的新兴成果？是目前国内外教育界正在努力摸索研究的重大课题。[1]机械原理是安徽工程大学校级精品课程和新工科示范课程，在课程建设中一线教师团队和软件业联合研发了慕微智能教学教务平台，在机械原理金课建设中贯穿整个教学改革过程，从实施效果看，属于新工科示范课程改革的成功案例。

1 课程背景

《机械原理》作为一门技术基础课，在培养计划中介于基础课和专业课之间，起到承上启下的作用，是所有工科类专业学习机械类课程的敲门砖，也是考研科目之一。课程具有理论性强、实用性强、研究面广的特点。[2]传统授课方式依据教材经典布局，阐述各种机构的工作原理等知识点。而机械原理作为我校新工科示范课程，将从理论分析深度和工程应用广度两个层面跟进课程建设。利用慕微智能教学教务平台重编课程设计、搞活课堂气氛，实现课程所有环节信息化，体现简洁高效的工作模式，往打造一流金课的方向发展。

2 课程建设

2.1 教学形式

利用慕微课堂的在线答题功能，开展互动教学形式。针对机械原理这门课理论性较强的特点，需要不断复习巩固。教师课上发布时时互动，利用简单的客观题打知识点，分析同学们上节课的知识结构掌握程度。后台自动统分，计入平时成绩。再者，按照新工科示范课程要求，机械原理课程中各章节知识点，在完成原有教学计划的基础上，需要从理论深度上和工程应用广度上，做进一步升华。[3]教师讲授問题时不全盘托出，而是留个尾巴由同学课后独立思考。再利用慕微互动答题检测学生解决问题的情况。比如平面连杆机构中的急回特性，传统授课是介绍急回特性产生的原因、衡量参数、工程意义结束。而在此基础上，从理论深度上拓展，问行程速比系数的极限取值范围是什么？再从工程应用上拓展，给出问题机构（如急回特性不明显的牛头刨床），问工程中如何解决提升牛头刨床的急回特性。同时为了增加学习气氛，设置了弹幕功能，让学生一边思考答题一边娱乐讨论，做到客观主观双层面互动。

2.2 教学设计

对比传统以老师讲解为主的授课方式，教师从“教”变成“引”。否定了讲述型授课语气，通过抛出问题—引发思维—引导解决的路线展开辩论式学教。保证前期知识结构足够的前提下，极力主张学生自主推导理论定理和公式，训练归纳提炼的能力。比如凸轮机构中讨论力与压力角关系问题时，可以先让学生利用瞬心法推出OP长度的表达式。又如轮系机构中讨论差动轮系和行星轮系的差别时，可以让学生先计算各轮系的自由度再做对比。既复习了前期知识点，又将前后知识点贯穿，还锻炼了学生独立思考推演问题的能力;有时甚至在知识结构不充足的情况下也可由学生推导理论，在犯错中学习正解。比如在学习了平面机构自由度的计算公式之后，而尚未学习自由度计算的注意事项时，由学生直接套公式计算圆盘锯、滚子凸轮机构、平行四边形机构等，其必定出错，再引导找出错误原因，推出复合铰链、局部自由度和虚约束的概念。教学全程由学生占据主动主导地位，教师激发学生求知欲，新旧知识时时切换夯实基础，锻炼正确思维和解决问题的能力;教师退居二线，将课程前后内容穿针引线，调节课堂气氛。

2.3 课后辅助环节

课后辅助教学环节主要包括推送、智能批改作业、过程评价和智能教务表格。

（1）推送功能包含视频、资料等上传，供学生课后复习。为了强化机械原理课程的课后巩固效果，教师将录制好的授课视频、作业讲解视频，以及PPT等多种格式资料上传到慕微课堂平台上，平台记录学生点击率的同时，在答疑区教师可以第一时间在线回答学生的提问，时时解决，做到问题不过夜，大大提高了学生的学习效率。

（2）智能批改作业包含客观题和主观题批改。客观题由慕微课堂自动批改，主观作图和计算分析题由教师评阅后系统自动统分，计入达成度计算，并同步生成平时成绩考核表。大大减轻了教师课后工作量。学生用手机端查看作业批改及标准答案，可实现随时随地复习。

（3）过程评价体系贯穿课程始终，还需要反映课程建设内容，严格按照教学管理体系，体现课程目标的细节。机械原理课程共有5个课程目标：

课程目标1.树立良好的学习态度和治学作风，掌握机械学科的理论基础;

课程目标2.掌握机构系统模型建立、分析求解和设计方案论证的理论及方法，具有识别和判断机械问题的能力;

课程目标3.引导学生应用现代设计方法和先进设计软件进行机构的建模、分析、设计与仿真，逐步具有应用先进设计工具解决工程实际问题的能力;

课程目标4.掌握机构性能研究及检测的实验方法，能够针对工程问题确定对应的设计目标和解决方案;

课程目标5.在项目研究过程中培养和锻炼学生的研究探索、创新思维和优化设计的能力。

从电子签到、课上互动、课后推送、智能批改等所有教学环节贯穿于机械原理课程教学过程。按照教学管理要求，融入认证理念，针对培养计划，不同的题目对应不同的课程目标。慕微课堂系统后台根据不同题目学生答题的情况做出统计分析，按照对应的课程目标融入达成度计算。

（4）智能教务表格一键生成。传统授课考核结束后，批阅试卷和试卷分析工作量很大，且容易出错。机械原理课程基于以上慕微课堂的全程辅助建设工作，最后一个环节就是教务表格。日常教学过程中每个细节都记录在了慕微课堂后台系统中，虽不出任何花哨冗余的图表，但在最终教务表格中融入了人工智能算法，不仅生成所有有效数据，甚至是文字总结部分依据不同的考核情况也能够一键生成。大大节省了教师的工作量，提升了数据分析的准确率，以及机械原理课程建设的智能化水平。

3 教学理念

在长期的教学教研过程中，打磨总结出一套独特的“六型六法”教学理念。

3.1 “六型”

针对学生提倡“六型”学习法如下：

（1）俯视型学习。要求学生“站在书本上”学习，而不是“趴在书本上”啃书。即以俯视的视角宏观本课程，弄清楚“为什么学”“怎么学”以及“有什么用”这三个问题，以及本课程在自己的知识体系中处于怎样的位置，做到学习动机明确。

（2）推理型学习。要求学生根据本课程已学的知识结构和交叉学科的知识结构，推理出正在学的知识点，如公式推导、定理推导。目的：自主推导令记忆更深刻。

（3）闯关型学习。与慕微网络科技服务工作室合作开发了“慕微在线平台”，其在线题库中每章每题均设置了1—5星级的难度梯度。让学生课后在线练习时，难度梯度由易而难逐渐上升，如同游戏闯关设置，增强学生的成就感，提高学习兴趣。

（4）挖掘型学习。本课程革新后不再局限于大纲要求掌握的知识点。针对考研需求的知识深度与工作需求的应用广度，要求学生继续挖掘深层次的知识信息。

（5）及时消化型学习。课后时间教师无法掌控，因此抓住有限的课堂集中时间，要求学生现场边学边练，及时消化。

（6）创新型学习。我们一直谈论创新的话题，然而每年的课程设计题目总是一成不变的，更是工程中的经典模型。学生本着沿袭传统不出错的路子，每届每题做着相同的工作。

即便是经典的工程模型，教师评判时将创新设计提升为主要给分指标，允许设计中存在瑕疵，鼓励学生跳出传统思维的框框，设计出新颖的机构类型。

3.2 “六法”

针对教师采用“六法”式教学，如下：

（1）引导思考法。要求教师讲课中不断提出问题，引导学生思考，并给予适当的思考时间。顾及到学生的理解，应以思考的语速与学生传授。

（2）故错教学法。部分知识点采取故意出错的逆向讲解方式，以缺少的知识结构通过错误的解答结果，说明问题，从而引出正确的解题思路，推理出新的知识点。例如：第2章-平面机构自由度计算的注意事项，在学习复合铰链、局部自由度和虚约束等知识点之时，首先给出例题要求学生以自由度计算公式直接进行演算，得出错误的结论，引发思考探究原因，再引出相关概念。“先行后知，行而知之”，加深学习认知度。

（3）类比讲解法。通过大量类比手法，将复杂的机械理论知识剖析为简单易懂的道理，深入浅出，有助于学生快速理解。例如：第2章——平面机构运动简图的绘制，将机构运动简图比作生物体的骨骼图，构件比作骨骼，运动副比作关节。鸟能在天上飞，鱼能在水里游，阐述不同的骨骼决定不同的运动状态，通过类比手法引出绘制机构运动简图的必要性。再例如：第7章-渐开线特性之三“渐开线上啮合点离基圆越远，压力角越大”，在理论计算验证后，再运用类比手法，大象的牙齿分两种，一种嘴里的小牙，一种嘴外的大牙。咀嚼食物总用小牙省力，同理齿轮齿形总加工成“小牙”，因为啮合点离基圆近，压力角小，省力。理论验证+类比教学，加深学习记忆。

（4）“零预习”教学法。传统教学方式总要求学生能够养成预习的习惯，但是考虑到学生每学期的课程较多，如果每门功课都预习需要花费大量的时间，很少有学生能够坚持下来。因此本课程提出“零预習”教学法，通过深入浅出的讲解方式，不仅学生不需要预习就能够掌握知识，而且非机械类专业的学生或其他职业人员也能够理解。再者，“一张白纸，好做文章”。本研究认为往往人处于未知的情况下，接收新事物的效果会更好。

（5）悬念式教学法（“留尾巴”）。本课程提出的“悬念式”教学法包括两个方面，一是课中提出问题，二是课后提出问题。①课中提出悬念，是指在讲解现学知识点的同时，针对未学知识点提出疑问，引起学生关注，为后续知识点学习埋下伏笔。②课后提出问题，是指知识点讲解结束后，提出课后思考题，促使学生课后思维，变相敦促学生课后复习，加强学习效能。例如：第5章-铰链四杆机构具有整转副的条件，理论推导是利用三角形两边之和大于第三边。

（6）时时复习法。针对学生个体学习自主的差异性，寄希望于学生课后自觉复习，其实际可行性较小。要求教师在讲授新知识点的同时，穿插旧知识点，让学生处于时时复习的状态，加深知识的掌握度。

4 结论

综上，机械原理作为我校的新工科示范项目、校级精品课程项目，在顺应当今教育改革的发展风向中，由任课教师团队与软件业联合架构了慕微智能教学教务平台，在对教学形式、教学设计等做了全面改革的同时，依托慕微课堂课上有机地融入了智慧教学的互动环节，提升学生学习兴趣，课下运用数据化平台为师生提供了高效便捷的学教模式，提升学生的学习能效和教师的办公能效。整体上看，机械原理课程建设充分体现了信息化、智能化、结构革新化。

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].教学改革，2018：161-164.

[2]江帆.新工科背景下机械专业创新创业相关课程体系研究[J].工业和信息化教育，2019，4：76-83.

[3]宋娓娓.新CDIO理论在机械原理课程教学中的应用[J].教育教学论坛，2019，3（13）：201-203.

基金项目：安徽省高等学校省级质量工程支持疫情防控期间高校线上教学工作特需项目——重大线上教学改革研究项目，项目编号：2020zdxsjg030;安徽工程大学新工科示范课程项目，项目编号：JG00000690;安徽工程大学校级精品课程项目，项目编号：JG00000173;安徽工程大学校级一流课程（国家级一流课程培育项目），项目编号：2019yljpkc02

作者简介：奚琳（1980— ），女，汉族，安徽芜湖人，硕士，讲师，研究方向：信息化智能教学科研与教研。科研方面主持省级项目2项，校级项目1项，参与国家自然科学基金项目3项，国家科技部项目1项，省级项目2项，校级项目1项。发表论文9篇，国家级论文6篇。获国家发明专利10项，实用新型14项。教研方面主持省级重大教研项目1项、校级质量工程项目4项;获省级校级各类教学竞赛多次获奖;指导学生参加国家级、省级、校级竞赛多次获奖;先后获安徽工程大学“师德标兵”“教学骨干”“我心中的好老师”称号。