慕微智能教學(xué)平臺(tái)在機(jī)械原理課程中的應(yīng)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(xué)改革，利用慕微智能教學(xué)平臺(tái)，依托機(jī)械原理課程建設(shè)，實(shí)施了智慧互動(dòng)教學(xué)形式，打造了課后系列化智能高效的教學(xué)環(huán)節(jié)，從理論深度和工程廣度拓寬課程設(shè)計(jì)，為師生的教與學(xué)效能的提升成功構(gòu)建了新工科示范的案例。

關(guān)鍵詞：慕微課堂;智慧互動(dòng);智能表格;信息化;智能化

中圖分類號(hào)：G642.0;G642.3

當(dāng)前信息化時(shí)代推動(dòng)了諸多領(lǐng)域的革命，互聯(lián)網(wǎng)+行業(yè)已經(jīng)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(lián)網(wǎng)+教育會(huì)孕育出怎樣的新興成果？是目前國(guó)內(nèi)外教育界正在努力摸索研究的重大課題。[1]機(jī)械原理是安徽工程大學(xué)校級(jí)精品課程和新工科示范課程，在課程建設(shè)中一線教師團(tuán)隊(duì)和軟件業(yè)聯(lián)合研發(fā)了慕微智能教學(xué)教務(wù)平臺(tái)，在機(jī)械原理金課建設(shè)中貫穿整個(gè)教學(xué)改革過(guò)程，從實(shí)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(jī)械原理》作為一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)計(jì)劃中介于基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間，起到承上啟下的作用，是所有工科類專業(yè)學(xué)習(xí)機(jī)械類課程的敲門(mén)磚，也是考研科目之一。課程具有理論性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)、研究面廣的特點(diǎn)。[2]傳統(tǒng)授課方式依據(jù)教材經(jīng)典布局，闡述各種機(jī)構(gòu)的工作原理等知識(shí)點(diǎn)。而機(jī)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(yīng)用廣度兩個(gè)層面跟進(jìn)課程建設(shè)。利用慕微智能教學(xué)教務(wù)平臺(tái)重編課程設(shè)計(jì)、搞活課堂氣氛，實(shí)現(xiàn)課程所有環(huán)節(jié)信息化，體現(xiàn)簡(jiǎn)潔高效的工作模式，往打造一流金課的方向發(fā)展。

2 課程建設(shè)

2.1 教學(xué)形式

利用慕微課堂的在線答題功能，開(kāi)展互動(dòng)教學(xué)形式。針對(duì)機(jī)械原理這門(mén)課理論性較強(qiáng)的特點(diǎn)，需要不斷復(fù)習(xí)鞏固。教師課上發(fā)布時(shí)時(shí)互動(dòng)，利用簡(jiǎn)單的客觀題打知識(shí)點(diǎn)，分析同學(xué)們上節(jié)課的知識(shí)結(jié)構(gòu)掌握程度。后臺(tái)自動(dòng)統(tǒng)分，計(jì)入平時(shí)成績(jī)。再者，按照新工科示范課程要求，機(jī)械原理課程中各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)，在完成原有教學(xué)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，需要從理論深度上和工程應(yīng)用廣度上，做進(jìn)一步升華。[3]教師講授問(wèn)題時(shí)不全盤(pán)托出，而是留個(gè)尾巴由同學(xué)課后獨(dú)立思考。再利用慕微互動(dòng)答題檢測(cè)學(xué)生解決問(wèn)題的情況。比如平面連桿機(jī)構(gòu)中的急回特性，傳統(tǒng)授課是介紹急回特性產(chǎn)生的原因、衡量參數(shù)、工程意義結(jié)束。而在此基礎(chǔ)上，從理論深度上拓展，問(wèn)行程速比系數(shù)的極限取值范圍是什么？再?gòu)墓こ虘?yīng)用上拓展，給出問(wèn)題機(jī)構(gòu)（如急回特性不明顯的牛頭刨床），問(wèn)工程中如何解決提升牛頭刨床的急回特性。同時(shí)為了增加學(xué)習(xí)氣氛，設(shè)置了彈幕功能，讓學(xué)生一邊思考答題一邊娛樂(lè)討論，做到客觀主觀雙層面互動(dòng)。

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)

對(duì)比傳統(tǒng)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(yǔ)氣，通過(guò)拋出問(wèn)題—引發(fā)思維—引導(dǎo)解決的路線展開(kāi)辯論式學(xué)教。保證前期知識(shí)結(jié)構(gòu)足夠的前提下，極力主張學(xué)生自主推導(dǎo)理論定理和公式，訓(xùn)練歸納提煉的能力。比如凸輪機(jī)構(gòu)中討論力與壓力角關(guān)系問(wèn)題時(shí)，可以先讓學(xué)生利用瞬心法推出OP長(zhǎng)度的表達(dá)式。又如輪系機(jī)構(gòu)中討論差動(dòng)輪系和行星輪系的差別時(shí)，可以讓學(xué)生先計(jì)算各輪系的自由度再做對(duì)比。既復(fù)習(xí)了前期知識(shí)點(diǎn)，又將前后知識(shí)點(diǎn)貫穿，還鍛煉了學(xué)生獨(dú)立思考推演問(wèn)題的能力;有時(shí)甚至在知識(shí)結(jié)構(gòu)不充足的情況下也可由學(xué)生推導(dǎo)理論，在犯錯(cuò)中學(xué)習(xí)正解。比如在學(xué)習(xí)了平面機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式之后，而尚未學(xué)習(xí)自由度計(jì)算的注意事項(xiàng)時(shí)，由學(xué)生直接套公式計(jì)算圓盤(pán)鋸、滾子凸輪機(jī)構(gòu)、平行四邊形機(jī)構(gòu)等，其必定出錯(cuò)，再引導(dǎo)找出錯(cuò)誤原因，推出復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束的概念。教學(xué)全程由學(xué)生占據(jù)主動(dòng)主導(dǎo)地位，教師激發(fā)學(xué)生求知欲，新舊知識(shí)時(shí)時(shí)切換夯實(shí)基礎(chǔ)，鍛煉正確思維和解決問(wèn)題的能力;教師退居二線，將課程前后內(nèi)容穿針引線，調(diào)節(jié)課堂氣氛。

2.3 課后輔助環(huán)節(jié)

課后輔助教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括推送、智能批改作業(yè)、過(guò)程評(píng)價(jià)和智能教務(wù)表格。

（1）推送功能包含視頻、資料等上傳，供學(xué)生課后復(fù)習(xí)。為了強(qiáng)化機(jī)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(yè)講解視頻，以及PPT等多種格式資料上傳到慕微課堂平臺(tái)上，平臺(tái)記錄學(xué)生點(diǎn)擊率的同時(shí)，在答疑區(qū)教師可以第一時(shí)間在線回答學(xué)生的提問(wèn)，時(shí)時(shí)解決，做到問(wèn)題不過(guò)夜，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

（2）智能批改作業(yè)包含客觀題和主觀題批改?？陀^題由慕微課堂自動(dòng)批改，主觀作圖和計(jì)算分析題由教師評(píng)閱后系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)分，計(jì)入達(dá)成度計(jì)算，并同步生成平時(shí)成績(jī)考核表。大大減輕了教師課后工作量。學(xué)生用手機(jī)端查看作業(yè)批改及標(biāo)準(zhǔn)答案，可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地復(fù)習(xí)。

（3）過(guò)程評(píng)價(jià)體系貫穿課程始終，還需要反映課程建設(shè)內(nèi)容，嚴(yán)格按照教學(xué)管理體系，體現(xiàn)課程目標(biāo)的細(xì)節(jié)。機(jī)械原理課程共有5個(gè)課程目標(biāo)：

課程目標(biāo)1.樹(shù)立良好的學(xué)習(xí)態(tài)度和治學(xué)作風(fēng)，掌握機(jī)械學(xué)科的理論基礎(chǔ);

課程目標(biāo)2.掌握機(jī)構(gòu)系統(tǒng)模型建立、分析求解和設(shè)計(jì)方案論證的理論及方法，具有識(shí)別和判斷機(jī)械問(wèn)題的能力;

課程目標(biāo)3.引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)的建模、分析、設(shè)計(jì)與仿真，逐步具有應(yīng)用先進(jìn)設(shè)計(jì)工具解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力;

課程目標(biāo)4.掌握機(jī)構(gòu)性能研究及檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)方法，能夠針對(duì)工程問(wèn)題確定對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和解決方案;

課程目標(biāo)5.在項(xiàng)目研究過(guò)程中培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的研究探索、創(chuàng)新思維和優(yōu)化設(shè)計(jì)的能力。

從電子簽到、課上互動(dòng)、課后推送、智能批改等所有教學(xué)環(huán)節(jié)貫穿于機(jī)械原理課程教學(xué)過(guò)程。按照教學(xué)管理要求，融入認(rèn)證理念，針對(duì)培養(yǎng)計(jì)劃，不同的題目對(duì)應(yīng)不同的課程目標(biāo)。慕微課堂系統(tǒng)后臺(tái)根據(jù)不同題目學(xué)生答題的情況做出統(tǒng)計(jì)分析，按照對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)融入達(dá)成度計(jì)算。

（4）智能教務(wù)表格一鍵生成。傳統(tǒng)授課考核結(jié)束后，批閱試卷和試卷分析工作量很大，且容易出錯(cuò)。機(jī)械原理課程基于以上慕微課堂的全程輔助建設(shè)工作，最后一個(gè)環(huán)節(jié)就是教務(wù)表格。日常教學(xué)過(guò)程中每個(gè)細(xì)節(jié)都記錄在了慕微課堂后臺(tái)系統(tǒng)中，雖不出任何花哨冗余的圖表，但在最終教務(wù)表格中融入了人工智能算法，不僅生成所有有效數(shù)據(jù)，甚至是文字總結(jié)部分依據(jù)不同的考核情況也能夠一鍵生成。大大節(jié)省了教師的工作量，提升了數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確率，以及機(jī)械原理課程建設(shè)的智能化水平。

3 教學(xué)理念

在長(zhǎng)期的教學(xué)教研過(guò)程中，打磨總結(jié)出一套獨(dú)特的“六型六法”教學(xué)理念。

3.1 “六型”

針對(duì)學(xué)生提倡“六型”學(xué)習(xí)法如下：

（1）俯視型學(xué)習(xí)。要求學(xué)生“站在書(shū)本上”學(xué)習(xí)，而不是“趴在書(shū)本上”啃書(shū)。即以俯視的視角宏觀本課程，弄清楚“為什么學(xué)”“怎么學(xué)”以及“有什么用”這三個(gè)問(wèn)題，以及本課程在自己的知識(shí)體系中處于怎樣的位置，做到學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)明確。

（2）推理型學(xué)習(xí)。要求學(xué)生根據(jù)本課程已學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)和交叉學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)，推理出正在學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，如公式推導(dǎo)、定理推導(dǎo)。目的：自主推導(dǎo)令記憶更深刻。

（3）闖關(guān)型學(xué)習(xí)。與慕微網(wǎng)絡(luò)科技服務(wù)工作室合作開(kāi)發(fā)了“慕微在線平臺(tái)”，其在線題庫(kù)中每章每題均設(shè)置了1—5星級(jí)的難度梯度。讓學(xué)生課后在線練習(xí)時(shí)，難度梯度由易而難逐漸上升，如同游戲闖關(guān)設(shè)置，增強(qiáng)學(xué)生的成就感，提高學(xué)習(xí)興趣。

（4）挖掘型學(xué)習(xí)。本課程革新后不再局限于大綱要求掌握的知識(shí)點(diǎn)。針對(duì)考研需求的知識(shí)深度與工作需求的應(yīng)用廣度，要求學(xué)生繼續(xù)挖掘深層次的知識(shí)信息。

（5）及時(shí)消化型學(xué)習(xí)。課后時(shí)間教師無(wú)法掌控，因此抓住有限的課堂集中時(shí)間，要求學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)邊學(xué)邊練，及時(shí)消化。

（6）創(chuàng)新型學(xué)習(xí)。我們一直談?wù)搫?chuàng)新的話題，然而每年的課程設(shè)計(jì)題目總是一成不變的，更是工程中的經(jīng)典模型。學(xué)生本著沿襲傳統(tǒng)不出錯(cuò)的路子，每屆每題做著相同的工作。

即便是經(jīng)典的工程模型，教師評(píng)判時(shí)將創(chuàng)新設(shè)計(jì)提升為主要給分指標(biāo)，允許設(shè)計(jì)中存在瑕疵，鼓勵(lì)學(xué)生跳出傳統(tǒng)思維的框框，設(shè)計(jì)出新穎的機(jī)構(gòu)類型。

3.2 “六法”

針對(duì)教師采用“六法”式教學(xué)，如下：

（1）引導(dǎo)思考法。要求教師講課中不斷提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考，并給予適當(dāng)?shù)乃伎紩r(shí)間。顧及到學(xué)生的理解，應(yīng)以思考的語(yǔ)速與學(xué)生傳授。

（2）故錯(cuò)教學(xué)法。部分知識(shí)點(diǎn)采取故意出錯(cuò)的逆向講解方式，以缺少的知識(shí)結(jié)構(gòu)通過(guò)錯(cuò)誤的解答結(jié)果，說(shuō)明問(wèn)題，從而引出正確的解題思路，推理出新的知識(shí)點(diǎn)。例如：第2章-平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算的注意事項(xiàng)，在學(xué)習(xí)復(fù)合鉸鏈、局部自由度和虛約束等知識(shí)點(diǎn)之時(shí)，首先給出例題要求學(xué)生以自由度計(jì)算公式直接進(jìn)行演算，得出錯(cuò)誤的結(jié)論，引發(fā)思考探究原因，再引出相關(guān)概念。“先行后知，行而知之”，加深學(xué)習(xí)認(rèn)知度。

（3）類比講解法。通過(guò)大量類比手法，將復(fù)雜的機(jī)械理論知識(shí)剖析為簡(jiǎn)單易懂的道理，深入淺出，有助于學(xué)生快速理解。例如：第2章——平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制，將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖比作生物體的骨骼圖，構(gòu)件比作骨骼，運(yùn)動(dòng)副比作關(guān)節(jié)。鳥(niǎo)能在天上飛，魚(yú)能在水里游，闡述不同的骨骼決定不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)類比手法引出繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的必要性。再例如：第7章-漸開(kāi)線特性之三“漸開(kāi)線上嚙合點(diǎn)離基圓越遠(yuǎn)，壓力角越大”，在理論計(jì)算驗(yàn)證后，再運(yùn)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?yàn)閲Ш宵c(diǎn)離基圓近，壓力角小，省力。理論驗(yàn)證+類比教學(xué)，加深學(xué)習(xí)記憶。

（4）“零預(yù)習(xí)”教學(xué)法。傳統(tǒng)教學(xué)方式總要求學(xué)生能夠養(yǎng)成預(yù)習(xí)的習(xí)慣，但是考慮到學(xué)生每學(xué)期的課程較多，如果每門(mén)功課都預(yù)習(xí)需要花費(fèi)大量的時(shí)間，很少有學(xué)生能夠堅(jiān)持下來(lái)。因此本課程提出“零預(yù)習(xí)”教學(xué)法，通過(guò)深入淺出的講解方式，不僅學(xué)生不需要預(yù)習(xí)就能夠掌握知識(shí)，而且非機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生或其他職業(yè)人員也能夠理解。再者，“一張白紙，好做文章”。本研究認(rèn)為往往人處于未知的情況下，接收新事物的效果會(huì)更好。

（5）懸念式教學(xué)法（“留尾巴”）。本課程提出的“懸念式”教學(xué)法包括兩個(gè)方面，一是課中提出問(wèn)題，二是課后提出問(wèn)題。①課中提出懸念，是指在講解現(xiàn)學(xué)知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，針對(duì)未學(xué)知識(shí)點(diǎn)提出疑問(wèn)，引起學(xué)生關(guān)注，為后續(xù)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)埋下伏筆。②課后提出問(wèn)題，是指知識(shí)點(diǎn)講解結(jié)束后，提出課后思考題，促使學(xué)生課后思維，變相敦促學(xué)生課后復(fù)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)習(xí)效能。例如：第5章-鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副的條件，理論推導(dǎo)是利用三角形兩邊之和大于第三邊。

（6）時(shí)時(shí)復(fù)習(xí)法。針對(duì)學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)自主的差異性，寄希望于學(xué)生課后自覺(jué)復(fù)習(xí)，其實(shí)際可行性較小。要求教師在講授新知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，穿插舊知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生處于時(shí)時(shí)復(fù)習(xí)的狀態(tài)，加深知識(shí)的掌握度。

4 結(jié)論

綜上，機(jī)械原理作為我校的新工科示范項(xiàng)目、校級(jí)精品課程項(xiàng)目，在順應(yīng)當(dāng)今教育改革的發(fā)展風(fēng)向中，由任課教師團(tuán)隊(duì)與軟件業(yè)聯(lián)合架構(gòu)了慕微智能教學(xué)教務(wù)平臺(tái)，在對(duì)教學(xué)形式、教學(xué)設(shè)計(jì)等做了全面改革的同時(shí)，依托慕微課堂課上有機(jī)地融入了智慧教學(xué)的互動(dòng)環(huán)節(jié)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，課下運(yùn)用數(shù)據(jù)化平臺(tái)為師生提供了高效便捷的學(xué)教模式，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能效和教師的辦公能效。整體上看，機(jī)械原理課程建設(shè)充分體現(xiàn)了信息化、智能化、結(jié)構(gòu)革新化。

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作者簡(jiǎn)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(xué)科研與教研?？蒲蟹矫嬷鞒质〖?jí)項(xiàng)目2項(xiàng)，校級(jí)項(xiàng)目1項(xiàng)，參與國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)，國(guó)家科技部項(xiàng)目1項(xiàng)，省級(jí)項(xiàng)目2項(xiàng)，校級(jí)項(xiàng)目1項(xiàng)。發(fā)表論文9篇，國(guó)家級(jí)論文6篇。獲國(guó)家發(fā)明專利10項(xiàng)，實(shí)用新型14項(xiàng)。教研方面主持省級(jí)重大教研項(xiàng)目1項(xiàng)、校級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目4項(xiàng);獲省級(jí)校級(jí)各類教學(xué)競(jìng)賽多次獲獎(jiǎng);指導(dǎo)學(xué)生參加國(guó)家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)競(jìng)賽多次獲獎(jiǎng);先后獲安徽工程大學(xué)“師德標(biāo)兵”“教學(xué)骨干”“我心中的好老師”稱號(hào)。