基于智慧教室的非机院校机械课程教学模式探究

沈仕巡 余朝静 杨胜林 徐同伟 任广

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.09.048

摘  要：随着智慧教室相关技术日新月异的发展，智慧教室将逐步成为现代课堂教学的主要场所。为提高非机械类工科院校机械课程的教学质量，针对机械类课程理论繁杂且抽象、内容缺乏关联性、知识点分散缺乏系统性等痛点，文章提出基于智慧教室的跨平台、案例化、全流程学习模式。该模式有助于非机械类工科院校学生从整体观念上去理解教学内容和进行方案设计，能培养学生从机械产品综合设计的视角去理解和运用机械类课程知识。

关键词：智慧教室;机械课程;跨平台;案例化;全流程学习

中图分类号：TP391;G434      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）09-0188-04

Research on Teaching Mode of Mechanical Courses in Non Mechanical Colleges Based on Smart Classroom

——Take Moutai Institute as an Example

SHEN Shixun1，YU Chaojing1，YANG Shenglin1，XU Tongwei2，REN Guang1

（1.Department of Brewing Engineering Automation，Moutai Institute，Renhuai  564507，China;

2.Library Information Center，Moutai Institute，Renhuai  564507，China）

Abstract：With the rapid development of smart classroom related technologies，smart classroom will gradually become the main place of modern classroom teaching. In order to improve the teaching quality of mechanical courses in non mechanical engineering colleges，aiming at the pain points of mechanical courses，such as complicated and abstract theory，lack of relevance in content，scattered knowledge points and lack of systematicness，this paper puts forward a cross platform，case-based and whole process learning mode based on smart classroom. This mode is helpful for students in non mechanical engineering colleges to understand the teaching content and design the scheme from the overall concept，and can cultivate students to understand and apply the mechanical course knowledges from the perspective of comprehensive design of mechanical products.

Keywords：smart classroom;mechanical course;cross platform;case-based;whole process learning

0  引  言

非機械类工科院校（非机工科院校）机械课程主要包括“机械制图”“机械原理”“机械设计”“设备设计”等，是非机工科院校学生必修的基础课程，机械类课程承担着培养非机工科院校学生机械实践、机械创新以及机械系统设计的重要任务。由于机械类课程普遍存在理论繁杂抽象、知识点分散，各课程在内容上缺乏关联性和系统性等特点，无论是教师的教还是学生的学都存在一定的困难，教师的教授很难成系统，学生学习后也很难形成长期记忆。由于大多非机工科院校缺乏系统性的课程安排，加之不完善的实习实践环节，导致非机工科院校学生在机械课程的学习中，难以从机械系统的整体维度上去理解和进行方案设计、更难以从机械综合设计的视角去掌握和运用机械类课程知识^[1]。

智慧教室将信息技术融入课堂教育教学活动，是一种充满想象力和无限可能的未来教室。在智慧教室课堂模式下，可以激发学生的自主思考能力，提高学生的参与感和成就感，全方位提升学生的素质和能力。随着信息技术的不断进步，智慧教室这一概念也有着不同的定义。甚至对于不同的使用场景、不同使用者，智慧教室的含义也有着很大的差异。

黄荣怀等^[2]首次提出了智慧教室的“SMART”概念模型，该模型包括内容呈现（Showing）、场地及设备管理（Manageable）、学习资源获取便利性（Accessible）、课堂即时互动（Real-time Interactive）和情境感知（Testing）等五个维度;聂风华等^[3]从智慧教室系统组成的角度构建了智慧教室“I-SMART”模型，“I-SMART”模型包含基础设施（Infrastructure）、网络感知（networkSensor）、可视管理（visualManagement）、增强现实（Augmentedreality）、实时记录（real-time Recording）、泛在技术（ubiquitousTechnology）六大智慧教室系统组成部分;张亚珍等^[4]认为智慧教室是为了促进和满足学生的开放式学习、个性化学习、泛在学习而借助于物联网技术、智能技术、云计算技术和普适计算机技术构建起来的智慧学习空间，该智慧学习空间能实现人与环境自然交互，便于交流、协作和共享;王玉龙等^[5]认为智慧教室是基于物联网、大数据、云计算等新兴信息技术，旨在提供个性化的师生服务，构建的一个师生互动的平台，是互联网信息技术与课堂教学的深度融合;刘冠群等^[6]认为智慧教室是基于物联网技术集智慧教学、人员考勤、资产管理、环境智慧调节、视频监控及远程控制于一体的新型现代化智慧教室系统。

许多高校都根据自身发展需要，量身定制了适合自身情况的智慧教室，但到目前为止，国内智慧教室的建设和使用仍处于比较初级的阶段，以至于对智慧教室教学效果评价体系还未建立。翟小铭等^[7]从智慧教室使用频率、学生学习兴趣、学习成绩提升三方面做了定量分析;毛齐明等^[8]从智慧教室的整体使用情况、智慧教室使用的人口学差异、教师使用智慧教室的行为分析三方面，深入研究了高校智慧教室的应用现状。结果表明：智慧教室受到高校师生们的普遍欢迎和认可，而且对教学质量的提高有积极作用。

为此，本文提出基于智慧教室环境下的跨平台、案例化、全流程学习模式。针对不同的知识点或章节，教师进行必要的讲授之后，让学生在相应平台上进行知识点回顾及应用实践，在案例化的“环境”下，学生更能发现自己学习中的问题。将机械类知识的学习案例化，进行全流程学习，更能培养非机械类工科院校学生从整体观念上去理解和进行方案设计的能力，让学生从机械产品综合设计的视角去理解机械类课程知识的真正用处，真正做到学以致用，理论联系实际。

1  茅台学院智慧教室的发展与建设

为顺应时代发展，茅台学院主动加快了智慧教室建设的步伐，目前为止，茅台学院智慧教室建设包含基础教学系统、智慧化教学系统以及仿真机房三大部分。其中，基础教学系统主要包含计算机、投影仪、音响系统等设施，可满足常规教学使用;智慧化教学系统主要由智能考勤系统、翻转课堂平台、录播系统、网课系统组成，在满足日常教学智慧化需求的同时，为促进名师、好课资源共享提供了技术支撑;为满足实验实践教学需求，在传统计算机机房的基础上添加虚拟仿真软硬件设备，增强了实验实践的沉浸式体验。茅台学院现建成10余间中心机房，供常规教学和仿真教学使用;并且，现已建成10余间可重构智慧研讨教室，用作开放型、探讨型课程的开展场所，增强了研讨类教学的互动交流;未来还将建设虚拟仿真（VR）实验室。

茅台学院智能考勤系统主要由人脸识别门禁系统和后台统计系统组成，如图1（a）所示，可根据宿舍区和教学区的人脸识别门禁系统采集到的数据，对学生考勤进行统计分析，及时了解学生考勤情况。可重构智慧研讨教室主要由可重构桌椅、可移动智慧屏、多功能电子黑板等组成，如图1（b）所示，可根据教学内容的需要分组讨论、展示和汇报。

网课系统主要有雨课堂（图2（a））、超星学习通（图2（b））、清新課堂等平台，利用这些网课平台可以实现线上教学、翻转课堂和网上教学资源共享等功能，在实现教学内容不断更新的同时，增加学生在教学活动中的参与感和成就感，让教学真正做到与时俱进。值得一提的是集教学录播、观摩、研讨为一体的金课录播教室，茅台学院经常利用金课录播教室进行教学观摩、教学比赛、示范课程录播等教学实践。

虽然外部环境的改变并不能直接导致培养目标的实现，但智慧教室的应用，给师生的教与学提供了一个便利性、智能化、体验感强的环境。结合科学的方式，引导和激励师生利用智慧教室进行教学活动，针对不同的学科、教师和学生，加快进行个性化开发，加速智慧教学深化改革的进程，以此来加深与智慧教室的融合程度，开辟智慧教学的新格局^[9-11]。

2  非机工科院校智慧教室下机械类课程教学模式探究

随着智慧教室相关技术的日益完善，必然会推动课堂教学模式的改变，非机工科院校机械类课程也不例外，下面结合非机工科院校机械类课程特点，从智慧教室的视角，提出非机工科院校跨平台、案例化、全流程机械类课程教学模式。

2.1  非机工科院校机械类课程特点

非机工科院校学生机械类必修课程主要有：机械制图、机械原理、机械设计、设备设计等。该类课程承担着培养非机工科院校学生机械系统整体方案设计的重要任务。由于机械类课程理论繁杂抽象、内容缺乏关联性、知识点分散、缺乏系统性，学生对机械类知识难以理解、难以形成长期记忆，很多知识落入学过就忘、考完即忘完的不良循环中。虽然非机工科院校对机械类课程要求没有机械类院校高，但培养非机工科院校学生从机械系统的整体观念上去理解和进行方案设计、从机械产品综合设计的视角去理解和运用机械类课程知识的能力却是十分必要的。

2.2  跨平台、案例化、全流程机械类课程教学模式

为培养非机工科院校学生机械系统的整体观念和从机械产品综合设计的视角去理解和运用机械类课程知识的能力，本文提出了一种跨平台、案例化、全流程机械类课程教学模式。

2.2.1  跨平台

机械方案设计工作中，主要包含结构设计、运动设计、校核、优化等内容，涉及大量的机械知识，试验和仿真等手段是十分必要和有效的。目前为止，还没有一个平台能够很好地兼容结构设计、运动设计、校核、优化等能力，跨平台学习和设计也就变得顺理成章，值得注意的是，这里的跨平台包含了试验平台与试验平台、试验平台与仿真平台以及仿真平台与仿真平台之间的跨越协作。

茅台学院具有较完善的实验和仿真平台，对于机械类课程而言，有从建模、仿真到后处理等一系列完善的仿真平台，机械课程计算机辅助设计已全面铺开，CAD二维平面设计（图3（a））、三维立体设计（图3（b））、静力学仿真、动力学仿真等广泛的运用在教学实践和科研中。

2.2.2  案例化

案例化教学的优点很多，在此不做过多叙述。机械类课程案例化教学的最大优点是教学的内容具体、有现实意义。绝大多数机械类课本上的案例或习题与现实生活都存在一定的距离，很大程度上导致了学生形成了学而无用，不如不学的错误认识。

茅台学院结合自身实际，每年从学生参加的机械设计大赛、机器人大师赛（RoboMaster）等赛事和日常生活中提炼出一系列的机械类设计案例，作为案例化教学的素材，让学生在实实在在的案例中主动学习，激发学生参加相关比赛的热情，借此提高机械类基础知识的应用能力。

2.2.3  全流程

作为工业产品的一种，机械产品的生产流程主要包含设计、加工、检验和维护等阶段，每个阶段有各自的侧重点，但整体上形成一个有机的統一体。许多同学在某个阶段的机械设计中，总是存在不合理的情况，比如：在设计阶段做得很好，但没考虑加工阶段，导致设计的产品加工很难，甚至出现加工不出产品的情况;在材料和加工精度方面缺乏经济性考虑，导致产品没有市场竞争力等等。

茅台学院借助产教融合的契机，与周边相关企业建立了广泛的联系，签订了一系列实践实训协议，学生在实习实践过程中，了解和掌握相关产品设计和优化的全流程，对学生从整体上了解机械设计具有很大的帮助。

由此可见，让学生了解机械产品完整的生产流程，对培养学生从机械系统的整体观念上去理解和进行方案设计、从机械产品综合设计的视角去理解和运用机械类课程知识有着至关重要的作用。特别地，本文中的全流程学习更多的是指学习和了解机械产品完全的生产流程，因为让学生参与机械产品全部生产流程可操作性不是很强。因此，对于缺乏实践场所的非机类工科院校机械类课程某些实践环节可以通过VR技术来实现。

3  结  论

茅台学院智慧教室环境下机械课程教学实践充分说明了智慧教室对教学具有显著的促进作用;非机工科院校机械类课程跨平台、案例化、全流程的教学模式有助于学生从整体观念上去理解和进行方案设计，对培养学生机械产品综合设计能力具有明显的促进作用，实现了机械类课程理论与实践的有机结合，做到学以致用。

信息、物联网等技术的日益成熟加快了智慧教室发展的进程，智慧教室将逐步成为现代课堂教学的主要场所，如何充分利用智慧教室将变成课堂教学模式改革的主要方向。而基于智慧教室的环境下，跨平台、案例化、全流程的教学模式，为非机类工科院校机械类课程教学效果和质量的提高提供了一种可行性方案。

参考文献：

[1] 刘琼，朱雅光，惠记庄，等.“互联网+”机械原理课程教学模式改革的研究 [J].教育教学论坛，2018，4（19）：102-104.

[2] 黄荣怀，胡永斌，杨俊锋，等.智慧教室的概念及特征 [J].开放教育研究，2012，18（2）：22-27.

[3] 聂风华，钟晓流，宋述强.智慧教室：概念特征、系统模型与建设案例 [J].现代教育技术，2013，23（7）：5-8.

[4] 张亚珍，张宝辉，韩云霞.国内外智慧教室研究评论及展望 [J].开放教育研究，2014，20（1）：81-91.

[5] 王玉龙，蒋家傅.以需求为导向的智慧教室系统构建 [J].现代教育技术，2014，24（6）：99-105.

[6] 刘冠群，钟绍辉.基于智慧教室的教学模式设计研究 [J].无线互联科技，2017（17）：84-85.

[7] 翟小铭，孙伟，郭玉英，等.智慧教室：应用现状及其影响研究—基于高中物理学科学习的跟踪研究 [J].中国电化教育，2016（9）：121-127.

[8] 毛齐明，蒋立兵，侯敬奇.高校教师应用智慧教室的有效性调查研究——以H大学为例 [J].现代教育技术，2018，28（10）：49-55.

[9] 高小丽，廉恒宇，李颖，等.基于智慧教室与智慧教师的教学模式智慧新发展 [J].教育现代化，2019，6（24）：143-145+ 153.

[10] 石寅霞，乔爱玲.基于智慧教室的高校课堂教学实践研究 [J].中国信息技术教育，2018（17）：105-108.

[11] 李恒，乔旭.高等院校智慧教室建设与实践——以中国海洋大学为例 [J].科技风，2021（12）：11-12.

作者简介：沈仕巡（1992—），男，汉族，贵州仁怀人，讲师，硕士研究生，研究方向：化工机械、节能减排。

收稿日期：2021-04-02

基金项目：茅台学院校级教育教学改革与研究项目（myj2019007）