疫情背景下機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)在線課程建設(shè)與實(shí)踐

頓國(guó)強(qiáng)

摘? 要：針對(duì)新冠疫情現(xiàn)狀，響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)”的號(hào)召，本文利用超星學(xué)習(xí)通建立了“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”的在線課程，內(nèi)含壓床機(jī)構(gòu)的SolidWorks建模與仿真，提出了“QQ群+釘釘視頻會(huì)議+超星學(xué)習(xí)通”的教學(xué)模式，順利完成本校機(jī)械電子工程專業(yè)2018級(jí)的課程教學(xué)，根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，并將其與采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)的2017級(jí)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，2018級(jí)的整體成績(jī)保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，成績(jī)更趨于集中，且中等、及格部分的學(xué)生數(shù)減少，良好部分增多，多數(shù)指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度有所提高，在線課程教學(xué)的引入，保證了專業(yè)疫情背景下的教學(xué)質(zhì)量，因激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣而提升了學(xué)習(xí)的自主性和積極性，教學(xué)效率提高，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，可為其他兄弟院校提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)? 超星學(xué)習(xí)通? SolidWorks 仿真? 在線教學(xué)? 評(píng)價(jià)對(duì)比

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）06（a）-0165-06

Construction and practice of online course of mechanical principle course design under the epidemic situation

DUN Guoqiang

（College of Mechanical and Electrical Engineering，Northeast Forestry University，Harbin，Heilongjiang Provine，150040? China）

Abstract： In response to the current situation of COVID-19， in response to the call of the Ministry of education， "the suspension of classes and no stop learning"， this paper established the online course of "Mechanical Principle Curriculum Design" by using Superstar Learning. It contained SolidWorks modeling and Simulation of press bed mechanism， and put forward the teaching mode of "QQ group + DingTalk video conference + Superstar Learning"， successfully completed the Grade 2018 teaching of mechanical electronics engineering specialty in our university. According to the requirements of the professional certification of engineering education， and compare it with the Grade 2017 with traditional classroom teaching. The results show that on the basis of the overall performance of Grade 2018 remains stable， the performance tends to be more concentrated， and the number of students in the medium and qualified parts decreases， the good parts increase， and the achievement degree of most index points improves. The introduction of online course teaching ensures the teaching quality under the background of professional epidemic， and improves the autonomy and enthusiasm of learning by stimulating students' interest in learning， The improvement of teaching efficiency deepens students' understanding of theoretical knowledge， and can provide some reference for other brother colleges and universities.

Key Words： Mechanical Principle Curriculum Design; Superstar Learning platform; SolidWorks modeling; Online teaching; Evaluation comparison

新冠肺炎疫情對(duì)2020年高校的正常開(kāi)學(xué)和課程教學(xué)產(chǎn)生了巨大的影響，教學(xué)秩序遭受了嚴(yán)重沖擊，教育部出臺(tái)的《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》要求各高校要在保障師生安全的基礎(chǔ)上，采用線上教學(xué)的方式，保證疫情期間的教學(xué)進(jìn)度及質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)“停課不停教、停課不停學(xué)”的目標(biāo)。東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院在2020年2月的假期間就布置了任務(wù)，并進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)在線課程建設(shè)及實(shí)踐教學(xué)的相關(guān)培訓(xùn)，東北林業(yè)大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)提供了相關(guān)的技術(shù)支持?；诔菍W(xué)習(xí)通平臺(tái)，筆者有針對(duì)性地建立了機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的在線課程，并結(jié)合“課程QQ群”“釘釘會(huì)議視頻答辯”“EV錄屏錄制課程講解”“SolidWorks建模與仿真”等技術(shù)手段，順利完成了本學(xué)期教學(xué)任務(wù)。

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是本校機(jī)械電子工程專業(yè)機(jī)械原理課程的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，亦是學(xué)生在大學(xué)期間利用已學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行首次比較全面的、具有實(shí)際內(nèi)容和意義的課程設(shè)計(jì)，通過(guò)該課程設(shè)計(jì)可使學(xué)生深入理解并系統(tǒng)掌握機(jī)械原理課程的基本原理和方法，其主要任務(wù)包括采用圖解法對(duì)壓床主體的連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析及偏心滾子凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分，為防止抄襲，課程設(shè)計(jì)內(nèi)容全部手繪及手寫完成。筆者本次授課班級(jí)為機(jī)電18-01-4共計(jì)4個(gè)班，110人。開(kāi)課前，學(xué)生已完成了高等數(shù)學(xué)A、機(jī)械工程制圖A、理論力學(xué)、材料力學(xué)B、機(jī)械原理等相關(guān)課程，具備了完成本課程設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)、力學(xué)、制圖及機(jī)械原理的基礎(chǔ)。

1? 課程設(shè)計(jì)任務(wù)

本校機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的任務(wù)包括壓床六桿機(jī)構(gòu)[1]的運(yùn)動(dòng)分析及凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，壓床六桿機(jī)構(gòu)如圖1所示。其主要包括由桿1、2、3構(gòu)成的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)及由桿3、4與滑塊5構(gòu)成的擺桿滑塊機(jī)構(gòu)組成，其中桿1為原動(dòng)件，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)桿2、3、4帶動(dòng)滑塊5上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)中個(gè)構(gòu)件的初始參數(shù)：X1=70mm;X2=200mm;Y=315mm;LAB=70mm;LBC=320mm;LDE=225mm;LCD=150mm;LEF=60mm;n=100rpm;φ1=61.04°;φ=117.79°。

凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為偏置直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪設(shè)計(jì)，其中推桿升程h=28mm，偏距e=12mm，基圓半徑rb=30mm，滾子半徑rr=10mm。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律：凸輪轉(zhuǎn)過(guò)60°，從動(dòng)件以余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律上升，其后轉(zhuǎn)過(guò)30°，從動(dòng)件保持不動(dòng)。再轉(zhuǎn)過(guò)60°，從動(dòng)件以余弦加速度返回原處，其后轉(zhuǎn)過(guò)210°，從動(dòng)件保持不動(dòng)。凸輪與曲柄以ω1逆時(shí)針回轉(zhuǎn)。

課程設(shè)計(jì)要求如下。

（1）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（8個(gè)位置，其中一個(gè)位置用出粗線畫(huà)出），用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法求滑塊在各位置時(shí)的速度VF和加速度aF，并做滑塊的位移、速度及加速度圖（繪在1號(hào)圖上）。（2）設(shè)計(jì)該凸輪機(jī)構(gòu)，繪在2號(hào)或3號(hào)圖上。（3）編寫機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，說(shuō)明求解過(guò)程。課程設(shè)計(jì)總計(jì)5d，教學(xué)內(nèi)容及學(xué)習(xí)分配：①設(shè)計(jì)任務(wù)要求布置與機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)（1d）;②六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析（2d）;③凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（1d）;④總結(jié)整理說(shuō)明書(shū)（1d）;。每位學(xué)生最終上交檔案袋一個(gè)，封面寫清專業(yè)、姓名、學(xué)號(hào)、班級(jí)、材料明細(xì)，檔案袋底部寫清楚專業(yè)班級(jí)、姓名、學(xué)號(hào);檔案袋內(nèi)包括說(shuō)明書(shū)1份，說(shuō)明書(shū)前面附上設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，左側(cè)裝訂，1號(hào)圖紙1張（六桿機(jī)構(gòu)），2號(hào)或3號(hào)圖紙1張（凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)）。

2? 基于超星平臺(tái)的在線課程建設(shè)

基于超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)[2]建設(shè)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)在線課程界面如圖2所示，包括課程教師電腦端及學(xué)生手機(jī)端APP，課程后臺(tái)包括首頁(yè)、活動(dòng)、統(tǒng)計(jì)、資料、通知、作業(yè)、考試、分組任務(wù)（PBL）、討論、管理等模塊，教師可通過(guò)首頁(yè)編輯課程的章節(jié)架構(gòu)體系，上傳文字、圖片、音頻、文檔、動(dòng)畫(huà)及視頻等資源，并通過(guò)通知、簽到、作業(yè)、討論、問(wèn)卷等教學(xué)活動(dòng)組織管理學(xué)生[3]。學(xué)生可通過(guò)手機(jī)端APP完成課程的學(xué)習(xí)。

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)在線課程的章節(jié)架構(gòu)及內(nèi)容如圖3所示。課程資源包括視頻5個(gè)（總時(shí)長(zhǎng)2h）、40個(gè)文檔（PDF、Word、Excel）、30個(gè)圖片、動(dòng)畫(huà)1個(gè)。

在線課程包括6章節(jié)內(nèi)容。第1章介紹課程及任課教師。第2章教學(xué)大綱及課程任務(wù)書(shū)，包括機(jī)械電子工程與機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化2個(gè)專業(yè)的教學(xué)大綱、可下載的課程任務(wù)書(shū)、教學(xué)內(nèi)容的學(xué)時(shí)分配、課程教材、參考書(shū)及課設(shè)指導(dǎo)書(shū)（東北林業(yè)大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)教研室自編）。第3章，筆者首先利用SolidWorks建立了壓床六桿機(jī)構(gòu)的仿真模型，并利用其內(nèi)置插件Motion模塊[4]完成了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，獲得各個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)軌跡及滑塊的位移、速度及加速度曲線，并完成數(shù)據(jù)的導(dǎo)出[5]。其次，利用SolidWorks完成凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，同時(shí)，對(duì)2個(gè)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及仿真過(guò)程利用EV錄屏軟件配以講解錄制設(shè)計(jì)仿真講解視頻，基于SolidWorks的壓床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真如圖4所示。第4章，選取了2016級(jí)與2017級(jí)2個(gè)年級(jí)的優(yōu)秀、良好、中等、及格與不及格等級(jí)的上交材料，每個(gè)年級(jí)各1套進(jìn)行掃描，對(duì)包含作者信息部分進(jìn)行覆蓋涂改，整合成pdf文件，設(shè)置文件不可下載。第5章，從知網(wǎng)下載連桿機(jī)構(gòu)圖解法、壓床六桿機(jī)構(gòu)及凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真的文獻(xiàn)。第6章，包括百度文庫(kù)下載的其他院校的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)資料和B站上（嗶哩嗶哩網(wǎng)）的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)視頻連接。利用超星網(wǎng)課教師端的管理-班級(jí)管理功能建立“機(jī)械電子工程2018-01-4”班級(jí)，生成課程二維碼及課程邀請(qǐng)碼。

在線課程教學(xué)實(shí)踐課設(shè)于17周開(kāi)課，鑒于疫情實(shí)際[6]，筆者于16周的周一利用QQ建立“2018級(jí)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”QQ群，要求學(xué)生加群并按要求修改備注名（機(jī)電3-張三;機(jī)電1-李四（班長(zhǎng)）），文件上傳超星在線課程的邀請(qǐng)碼及二維碼，要求學(xué)生安裝手機(jī)APP并添加課程，帶學(xué)生完成加群、加課等內(nèi)容后，利用QQ群（QQ電話/分享屏幕）直播講解上課方式、課設(shè)內(nèi)容、布置課設(shè)任務(wù)，并群上傳課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)等資料，同公告發(fā)布機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求、考核方式與成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，如此，學(xué)生可在課前預(yù)先完成部分課設(shè)內(nèi)容。第17周開(kāi)課后，利用釘釘對(duì)東北林業(yè)大學(xué)內(nèi)部組織架構(gòu)中機(jī)械電子工程專業(yè)2018級(jí)4個(gè)班采用視頻會(huì)議的方式，每天上下午各設(shè)置1h的課設(shè)答疑，并由超星學(xué)習(xí)通每天發(fā)布2次簽到，課設(shè)完成后要求每個(gè)學(xué)生將自己的課設(shè)材料（1個(gè)檔案袋、2張圖紙、1份說(shuō)明書(shū)）拍照片，上交自己班級(jí)的班長(zhǎng)，由班長(zhǎng)檢查合格無(wú)缺失后統(tǒng)一匯總給任課教師。于18周周一開(kāi)始利用釘釘視頻會(huì)議對(duì)學(xué)生進(jìn)行分5批次答辯，總時(shí)長(zhǎng)11h45min的課設(shè)答辯，答辯采用評(píng)分表打分方式進(jìn)行，內(nèi)容包括六桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、說(shuō)明書(shū)、在線課程4部分，每部分問(wèn)2～3個(gè)問(wèn)題，按回答實(shí)際情況進(jìn)行分級(jí)打分，并求和計(jì)算最終答辯成績(jī)（見(jiàn)圖5）。東北林業(yè)大學(xué)2020年8月末學(xué)生返校后，上交所有課設(shè)材料，并按照材料實(shí)際完成質(zhì)量，對(duì)圖紙及說(shuō)明書(shū)進(jìn)行批閱打分。

3? 基于專業(yè)認(rèn)證的課程評(píng)價(jià)

根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證[7]要求，本校機(jī)械電子工程專業(yè)2017級(jí)與2018級(jí)學(xué)生機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)大綱為2018版（修訂版），期望通過(guò)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)完成預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，并滿足專業(yè)畢業(yè)要求的指標(biāo)點(diǎn)，機(jī)械電子工程專業(yè)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

機(jī)械原理課設(shè)總成績(jī)?yōu)榘俜种?，?%的平時(shí)成績(jī)（課堂考勤及平時(shí)表現(xiàn)2017級(jí)、在線課程2018級(jí)）、60%的繪圖質(zhì)量及設(shè)計(jì)的合理性（六桿機(jī)構(gòu)圖紙及凸輪設(shè)計(jì)圖成績(jī)）、20%的說(shuō)明書(shū)撰寫和15%答辯成績(jī)四部分組成，對(duì)兩屆學(xué)生的課程成績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2017級(jí)及2018級(jí)學(xué)生的最高分、最低分、平均分、分值標(biāo)準(zhǔn)差分別為97、95，60、66，79.4、78.9，8.87、6.83，相較采用傳統(tǒng)教學(xué)的2017級(jí)（114人），疫情條件下采用在線課程教學(xué)的2018級(jí)（110人）學(xué)生的平均成績(jī)有0.5分的降低，在選課人數(shù)基本相等的基礎(chǔ)上，基本保持不變，最高分減小，最低分增大，整體成績(jī)分布更趨于集中，兩屆學(xué)生的成績(jī)等級(jí)分布如圖6所示，相較于2017級(jí)，2018級(jí)優(yōu)秀人數(shù)基本持平，良好人數(shù)增加10人，中等及及格人數(shù)相對(duì)減少，其中及格人數(shù)減少11人，較為明顯，由上述成績(jī)分析可以看出，雖然2年的成績(jī)基本不變，但成績(jī)的分布情況發(fā)生了較為明顯的變化，學(xué)習(xí)成績(jī)位于中下等水平的有顯著的提高，整體的成績(jī)分布有向上偏移的趨勢(shì)。

根據(jù)工程教育專業(yè)要求，對(duì)2屆學(xué)生的課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)的指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度進(jìn)行計(jì)算，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

2年課程達(dá)成度均達(dá)到完成的標(biāo)準(zhǔn)，即所有的指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成度均高于0.7，除指標(biāo)點(diǎn)3-3由0.809降到0.769外（指標(biāo)點(diǎn)3-3對(duì)應(yīng)上交的材料為圖紙完成的質(zhì)量分值，因疫情影響，學(xué)生需要在家完成圖紙的繪制，繪圖工具需要網(wǎng)購(gòu)，且無(wú)專業(yè)的繪圖圖板，因此，對(duì)此部分的成績(jī)產(chǎn)生了一定的影響），其他指標(biāo)點(diǎn)皆有所上升，由2年成績(jī)的分布狀況可知，目標(biāo)達(dá)成度在滿足完成的基礎(chǔ)上，多數(shù)指標(biāo)點(diǎn)有所上升，在進(jìn)行2018級(jí)課設(shè)的過(guò)程，相較于2017級(jí)，由于在線課程的引入，在課前，學(xué)生可通過(guò)超星學(xué)習(xí)通了解課設(shè)的任務(wù)內(nèi)容，課中利用網(wǎng)課的資源（基于SolidWorks的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真、相關(guān)文獻(xiàn)、歷屆生資料及網(wǎng)絡(luò)資源）輔助課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，由超星簽到及釘釘視頻會(huì)議答疑對(duì)課設(shè)進(jìn)行實(shí)況監(jiān)管，平時(shí)問(wèn)問(wèn)題、圖紙出錯(cuò)的情況有所減少，答辯質(zhì)量較好，課設(shè)完成的進(jìn)度相對(duì)2017級(jí)提前，教學(xué)效率提高，課程設(shè)計(jì)的課程質(zhì)量及教學(xué)效果皆有向好的方向發(fā)展的趨勢(shì)。

4? 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)疫情背景的實(shí)際，本文利用超星學(xué)習(xí)通建立了“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”的網(wǎng)絡(luò)在線課程，并用其與SolidWorks機(jī)構(gòu)建模、仿真、QQ群、釘釘視頻會(huì)議等技術(shù)手段結(jié)合，順利完成本校機(jī)械電子工程專業(yè)2018級(jí)的課程教學(xué)，根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，并將其與采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)的2017級(jí)進(jìn)行對(duì)比，整體成績(jī)保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，成績(jī)更趨于集中，且中等、及格部分的學(xué)生數(shù)減少，良好部分增多，多數(shù)指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度有所提高，在線課程教學(xué)的引入，保證了疫情背景下專業(yè)教學(xué)的質(zhì)量，教學(xué)效果良好，教學(xué)效率提高，并激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提升了學(xué)習(xí)的自主性和積極性，可為其他兄弟院校提供一定的借鑒。

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