機械原理課程多媒體輔助教學系統(tǒng)的研究與實踐

羅繼曼 鄭夕健 侯祥林

收稿日期：2013-06-03

作者簡介：羅繼曼（1966-），女，沈陽建筑大學交通與機械工程學院教授，博士，碩士生導師，主要從事工程機械、機器人技術(shù)研究，（E-mail）syljm2004@163.com。

摘要：文章對機械原理課程交互式多媒體課件的研制與實踐進行了介紹，提出了課件設(shè)計的新理念。在教學實踐中，新課件的應用能起到助教和助學的作用，取得了預期的良好效果。

關(guān)鍵詞：機械原理；多媒體；教學系統(tǒng)；教學實踐

中圖分類號：G6420文獻標志碼：A文章編號：10052909（2013）05014803機械原理課程是一門高等工科學校機械類專業(yè)必修的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是研究機構(gòu)分析、機構(gòu)綜合和機械動力學問題的主干技術(shù)基礎(chǔ)課。該課程與工程實際緊密聯(lián)系，將抽象思維與形象思維相結(jié)合，在培養(yǎng)學生綜合設(shè)計能力方面具有重要作用，擔負著培養(yǎng)學生機械總體方案創(chuàng)新設(shè)計能力的任務(wù)。

機械原理課程的特點之一是內(nèi)容多，特別是圖多，傳統(tǒng)的板書教學模式既費時，立體感又不強，課程教學中涉及大量的機構(gòu)運動分析以及運動設(shè)計的內(nèi)容，使用傳統(tǒng)的教學方法很難達到預期的教學效果；而且，專業(yè)基礎(chǔ)課教學內(nèi)容比較多，但課時往往又很有限，而教學內(nèi)容又比較多。這些問題的存在對教師的教學方法和手段提出了新的挑戰(zhàn)。由于機械原理課程理論性和實踐性都很強，課堂教學中既要對知識點中的重點、難點進行剖析，又要引導學生學會各種設(shè)計方法，同時還要提供豐富的實踐環(huán)節(jié)的信息，因此有必要研發(fā)相應的多媒體課件。

多媒體教學具有助教和助學的功能，其最大優(yōu)勢在于能夠?qū)鹘y(tǒng)教學中單一的文字或簡單的圖形，即教學信息轉(zhuǎn)變成多媒體形式，從而把教學過程中抽象的問題或信息，以生動具體、形象逼真的虛擬情景或形式，呈現(xiàn)給學生，使學生更容易理解，激發(fā)學生的學習興趣，達到提高教學質(zhì)量的目的。

探索機械原理交互式課件，將課程教學內(nèi)容、交互式設(shè)計方案以及豐富的教學參考資料形象、生動而直觀地展示出來，不僅能提高學生學習的積極性和主動性，還能提高教學的有效性和互動性，實現(xiàn)以教師為主導、以學生為主體的雙主教學模式，對提高教學效果和質(zhì)量具有十分重要的意義。這一方法也可為其他課程所借鑒。

一、機械原理課程多媒體教學的現(xiàn)狀分析

近年來，不少學校都在開發(fā)和研制機械原理多媒體課件，并取得不少成果。由國家級教學名師、清華大學申永勝教授主持研制的《機械原理多媒體教學系統(tǒng)》集圖形、動畫、視頻、文字于一體，在很大程度上改變了傳統(tǒng)的教學模式，具有相當高的水平。哈爾濱工業(yè)大學的于紅英、王知行教授提出了知識表達的5種形式和CAI課件應具備的4個基本特征，并由此研制了多媒體課件[1]。還有上海工程技術(shù)大學、蘭州大學、北京信息科技大學、洛陽大學等高校教師也對機械原理CAI課件進行了研究[2-5]。

縱觀機械原理多媒體課件發(fā)展的現(xiàn)狀，也發(fā)現(xiàn)一些問題。目前大部分課件都是以教師授課為中心，偏重于對教學內(nèi)容的展示，或采用CAD、ADAMS、Pre-E等軟件對機構(gòu)三維建模和仿真，在一定程度上使教學更生動形象，有利于提高學生的興趣。但是這類課件缺少交互式設(shè)計，也缺少對課程的多方位介紹，更沒有學生的動手訓練，淡化了多媒體課件的助學功能。因此需要研制一種集課堂教學與課下學習和訓練于一體的多媒體課件。基于這些原因，筆者對機械原理交互式多媒體課件進行了深入的研究和探索。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

羅繼曼，等機械原理課程多媒體輔助教學系統(tǒng)的研究與實踐

二、機械原理課程多媒體課件的探索與實踐

（一）機械原理課程多媒體課件的開發(fā)思路

（1）實現(xiàn)“教師為主導、學生為主體”教學理念的相互融合。機械原理多媒體課件融合“教師為主導、學生為主體”的教學理念，既重視教師的主導作用，又強化以學生為主體。因此，課件內(nèi)容應有完整的教學資源，課件形式上集圖片、動畫、錄像、虛擬仿真于一體，有助于教師在課堂上剖解知識的重點和難點；同時，通過交互式手段設(shè)置計算題、填空題、判斷題、選擇題等訓練環(huán)節(jié)，有利于學生課前準備與課后的復習和練習。例如課件設(shè)置的交互式機構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，如連桿機構(gòu)的K法設(shè)計模塊、凸輪反轉(zhuǎn)法設(shè)計和仿真模塊等，可用于學生對課程設(shè)計的方案選擇；課件還服務(wù)于實驗環(huán)節(jié)，提供實驗指導書、實驗照片、實驗大綱和計劃等，方便學生做好實驗準備。

（2）充分體現(xiàn)教學規(guī)律。機械原理多媒體課件遵循人們認識事物的規(guī)律，注重知識表達的系統(tǒng)性與完整性，也重視知識點內(nèi)在的邏輯性，而且在表達形式和結(jié)構(gòu)安排上簡明易懂，具有可讀性的特點。例如，在交互式連桿機構(gòu)的K法設(shè)計模塊中，先以動畫和文字形式演示連桿設(shè)計作圖法的步驟，再判斷設(shè)計參數(shù)的合理性，對設(shè)計不合理的方案提出改進措施，要求重新設(shè)計；在改進的過程中，輸入?yún)?shù)可調(diào)，既能改變單一參數(shù)，又可同時改變多個參數(shù)，讓學生了解不同參數(shù)變化對機構(gòu)設(shè)計的影響；合理的設(shè)計方案可以進入到仿真階段，顯示運動仿真的各種曲線，并計算機構(gòu)的傳動角、位移、速度、加速度極值；此外，對合理的設(shè)計方案都有保存，也可將不同方案進行對比，為機構(gòu)方案選擇提供依據(jù)。

（二）結(jié)構(gòu)組成與基本模塊

機械原理多媒體課件由Visual Basic 語言編程，在界面設(shè)計上有菜單和按鈕直接導航，在每個子模塊中都有語言提示和說明。新課件三大內(nèi)容12個模塊詳見圖1。

圖1課件組成與模塊

三、機械原理課程多媒體課件的創(chuàng)新與特色

（1）該課件是基于課堂教學環(huán)境內(nèi)外結(jié)合的輔助教學系統(tǒng)，它既可用于教師的課堂教學，也可用于學生的自主學習，并完成學生的輔助設(shè)計訓練。

（2）交互式界面不僅能通過測試等方式反映學生對學習內(nèi)容的掌握情況，還可以輔助學生掌握如連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)的設(shè)計方法，在設(shè)計錯誤時還能給出相應的提示。

（3）該課件基于VB軟件開發(fā)研制可視化課件系統(tǒng)，內(nèi)含多種媒體介質(zhì)，包括動畫、虛擬現(xiàn)實、聲音、交互設(shè)計等形式。形式多樣，內(nèi)容豐富，使用方便，符合認知規(guī)律。

四、機械原理課程多媒體課件的應用效果

（1）助教方面，課件不僅可以根據(jù)課堂進程展示教學內(nèi)容，直觀地演示機構(gòu)設(shè)計的過程和結(jié)果，而且能提供機構(gòu)設(shè)計的典型方法。例如，教師在講完連桿機構(gòu)的基本概念和設(shè)計方法后，可在課堂演示課件，將連桿K法設(shè)計作圖法、機構(gòu)設(shè)計解析法、參數(shù)選擇、傳動角問題以及運動學等問題串聯(lián)在一起，內(nèi)容前后呼應，并以實例形式進行設(shè)計計算，有利于強化學生對設(shè)計思想與方法的理解。凸輪設(shè)計模塊中的反轉(zhuǎn)法設(shè)計思想，與連桿機構(gòu)反轉(zhuǎn)法和輪系機構(gòu)反轉(zhuǎn)法前后呼應，進一步強化了設(shè)計理念與方法。

（2）助學方面，課件的交互式設(shè)計等模塊能幫助學生深入理解并歸納課堂所學知識。在機械原理課程設(shè)計中，課件同樣發(fā)揮了應有的作用。學生通過反復交互設(shè)計，了解各參數(shù)對設(shè)計結(jié)果的影響，通過對比方案獲得最佳結(jié)果。實踐證明，課件使學生對理論知識的學習更靈活，實際應用技能掌握得更全面。

五、結(jié)語

機械原理多媒體課件要解決的關(guān)鍵問題是：使學生掌握機構(gòu)分析、機構(gòu)綜合和機械動力學的基本理論、基本知識和基本技能，并初步具有確定機械運動方案、分析和設(shè)計機構(gòu)以及開發(fā)創(chuàng)新的能力。交互式課件較好地解決了上述問題，它的應用對提高教學質(zhì)量起到了積極的促進作用，獲得了較好的效果。

參考文獻：

[1]于紅英，王知行.開發(fā)多媒體機械原理CAI課件的基本思路[J]. 中國現(xiàn)代教育裝備， 2009，79（9）：17-19.

[2]郭星，段楠，馬強.機械原理多媒體教學軟件設(shè)計與實現(xiàn)[J].河北建筑科技學院學報：社科版，2006，23（3）：91-92.

[3]邵兵，強建國，馬曉，等.機械原理多媒體教學系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[J].理工高教研究，2004，23（3）：94-95.

[4]劉相權(quán)，米潔.基于ADAMS的機械原理課程設(shè)計教學研究[J].中國科技信息，2012（ 24）：188-189.

[5]湯曉瑛，申永勝，陳國景.基于web的機械原理多媒體教學系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J]. 計算機工程與應用，2001（1）：113-115.

Multimedia teaching system for mechanical principles course

LUO Jiman， ZHENG Xijian， HOU Xianglin

（College of Transportation and Mechanical Engineering， Shenyang Jianzhu University，

Shenyang 110168， P. R. China）

Abstract： We researched and developed an interactive multimedia courseware for mechanical principles course. The new design idea was presented in the courseware. The application of new courseware can assist teachers teaching and students learning and achieved good results.

Keywords： mechanical principles； multimedia； teaching system； teaching practice

（編輯王宣）