疫情背景下機械原理課程設計在線課程建設與實踐

頓國強

摘? 要：針對新冠疫情現狀，響應教育部“停課不停學”的號召，本文利用超星學習通建立了“機械原理課程設計”的在線課程，內含壓床機構的SolidWorks建模與仿真，提出了“QQ群+釘釘視頻會議+超星學習通”的教學模式，順利完成本校機械電子工程專業2018級的課程教學，根據工程教育專業認證的要求，并將其與采用傳統課堂教學的2017級進行對比。結果表明，2018級的整體成績保持穩定的基礎上，成績更趨于集中，且中等、及格部分的學生數減少，良好部分增多，多數指標點達成度有所提高，在線課程教學的引入，保證了專業疫情背景下的教學質量，因激發學生學習興趣而提升了學習的自主性和積極性，教學效率提高，加深了學生對理論知識的理解，可為其他兄弟院校提供一定的借鑒。

關鍵詞：機械原理課程設計? 超星學習通? SolidWorks 仿真? 在線教學? 評價對比

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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2020年高校的正常開學和課程教學產生了巨大的影響，教學秩序遭受了嚴重沖擊，教育部出臺的《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》要求各高校要在保障師生安全的基礎上，采用線上教學的方式，保證疫情期間的教學進度及質量，實現“停課不停教、停課不停學”的目標。東北林業大學機電工程學院在2020年2月的假期間就布置了任務，并進行了網絡在線課程建設及實踐教學的相關培訓，東北林業大學的網絡教學平臺提供了相關的技術支持。基于超星學習通平臺，筆者有針對性地建立了機械原理課程設計的在線課程，并結合“課程QQ群”“釘釘會議視頻答辯”“EV錄屏錄制課程講解”“SolidWorks建模與仿真”等技術手段，順利完成了本學期教學任務。

機械原理課程設計是本校機械電子工程專業機械原理課程的一個重要實踐環節，亦是學生在大學期間利用已學過的知識進行首次比較全面的、具有實際內容和意義的課程設計，通過該課程設計可使學生深入理解并系統掌握機械原理課程的基本原理和方法，其主要任務包括采用圖解法對壓床主體的連桿機構進行運動分析及偏心滾子凸輪機構設計兩部分，為防止抄襲，課程設計內容全部手繪及手寫完成。筆者本次授課班級為機電18-01-4共計4個班，110人。開課前，學生已完成了高等數學A、機械工程制圖A、理論力學、材料力學B、機械原理等相關課程，具備了完成本課程設計的數學、力學、制圖及機械原理的基礎。

1? 課程設計任務

本校機械原理課程設計的任務包括壓床六桿機構[1]的運動分析及凸輪機構設計，壓床六桿機構如圖1所示。其主要包括由桿1、2、3構成的曲柄搖桿機構及由桿3、4與滑塊5構成的擺桿滑塊機構組成，其中桿1為原動件，順時針旋轉，通過桿2、3、4帶動滑塊5上下往復運動。機構中個構件的初始參數：X1=70mm;X2=200mm;Y=315mm;LAB=70mm;LBC=320mm;LDE=225mm;LCD=150mm;LEF=60mm;n=100rpm;φ1=61.04°;φ=117.79°。

凸輪機構設計為偏置直動滾子從動件盤形凸輪設計，其中推桿升程h=28mm，偏距e=12mm，基圓半徑rb=30mm，滾子半徑rr=10mm。從動件運動規律：凸輪轉過60°，從動件以余弦加速度運動規律上升，其后轉過30°，從動件保持不動。再轉過60°，從動件以余弦加速度返回原處，其后轉過210°，從動件保持不動。凸輪與曲柄以ω1逆時針回轉。

課程設計要求如下。

（1）繪制機構運動簡圖（8個位置，其中一個位置用出粗線畫出），用相對運動圖解法求滑塊在各位置時的速度VF和加速度aF，并做滑塊的位移、速度及加速度圖（繪在1號圖上）。（2）設計該凸輪機構，繪在2號或3號圖上。（3）編寫機械原理課程設計說明書，說明求解過程。課程設計總計5d，教學內容及學習分配：①設計任務要求布置與機構方案設計（1d）;②六桿機構運動分析（2d）;③凸輪機構設計（1d）;④總結整理說明書（1d）;。每位學生最終上交檔案袋一個，封面寫清專業、姓名、學號、班級、材料明細，檔案袋底部寫清楚專業班級、姓名、學號;檔案袋內包括說明書1份，說明書前面附上設計任務書，左側裝訂，1號圖紙1張（六桿機構），2號或3號圖紙1張（凸輪機構設計）。

2? 基于超星平臺的在線課程建設

基于超星學習通平臺[2]建設機械原理課程設計在線課程界面如圖2所示，包括課程教師電腦端及學生手機端APP，課程后臺包括首頁、活動、統計、資料、通知、作業、考試、分組任務（PBL）、討論、管理等模塊，教師可通過首頁編輯課程的章節架構體系，上傳文字、圖片、音頻、文檔、動畫及視頻等資源，并通過通知、簽到、作業、討論、問卷等教學活動組織管理學生[3]。學生可通過手機端APP完成課程的學習。

機械原理課程設計在線課程的章節架構及內容如圖3所示。課程資源包括視頻5個（總時長2h）、40個文檔（PDF、Word、Excel）、30個圖片、動畫1個。

在線課程包括6章節內容。第1章介紹課程及任課教師。第2章教學大綱及課程任務書，包括機械電子工程與機械設計制造及其自動化2個專業的教學大綱、可下載的課程任務書、教學內容的學時分配、課程教材、參考書及課設指導書（東北林業大學機械設計教研室自編）。第3章，筆者首先利用SolidWorks建立了壓床六桿機構的仿真模型，并利用其內置插件Motion模塊[4]完成了機構的運動仿真，獲得各個構件的運動軌跡及滑塊的位移、速度及加速度曲線，并完成數據的導出[5]。其次，利用SolidWorks完成凸輪機構的設計，同時，對2個機構的設計及仿真過程利用EV錄屏軟件配以講解錄制設計仿真講解視頻，基于SolidWorks的壓床機構設計與仿真如圖4所示。第4章，選取了2016級與2017級2個年級的優秀、良好、中等、及格與不及格等級的上交材料，每個年級各1套進行掃描，對包含作者信息部分進行覆蓋涂改，整合成pdf文件，設置文件不可下載。第5章，從知網下載連桿機構圖解法、壓床六桿機構及凸輪機構設計及仿真的文獻。第6章，包括百度文庫下載的其他院校的機械原理課程設計資料和B站上（嗶哩嗶哩網）的機械原理課程設計視頻連接。利用超星網課教師端的管理-班級管理功能建立“機械電子工程2018-01-4”班級，生成課程二維碼及課程邀請碼。

在線課程教學實踐課設于17周開課，鑒于疫情實際[6]，筆者于16周的周一利用QQ建立“2018級機械原理課程設計”QQ群，要求學生加群并按要求修改備注名（機電3-張三;機電1-李四（班長）），文件上傳超星在線課程的邀請碼及二維碼，要求學生安裝手機APP并添加課程，帶學生完成加群、加課等內容后，利用QQ群（QQ電話/分享屏幕）直播講解上課方式、課設內容、布置課設任務，并群上傳課程設計任務書等資料，同公告發布機械原理課程設計任務要求、考核方式與成績評定標準，如此，學生可在課前預先完成部分課設內容。第17周開課后，利用釘釘對東北林業大學內部組織架構中機械電子工程專業2018級4個班采用視頻會議的方式，每天上下午各設置1h的課設答疑，并由超星學習通每天發布2次簽到，課設完成后要求每個學生將自己的課設材料（1個檔案袋、2張圖紙、1份說明書）拍照片，上交自己班級的班長，由班長檢查合格無缺失后統一匯總給任課教師。于18周周一開始利用釘釘視頻會議對學生進行分5批次答辯，總時長11h45min的課設答辯，答辯采用評分表打分方式進行，內容包括六桿機構、凸輪機構、說明書、在線課程4部分，每部分問2～3個問題，按回答實際情況進行分級打分，并求和計算最終答辯成績（見圖5）。東北林業大學2020年8月末學生返校后，上交所有課設材料，并按照材料實際完成質量，對圖紙及說明書進行批閱打分。

3? 基于專業認證的課程評價

根據工程教育專業認證[7]要求，本校機械電子工程專業2017級與2018級學生機械原理課程設計的教學大綱為2018版（修訂版），期望通過機械原理課程設計完成預期教學目標，并滿足專業畢業要求的指標點，機械電子工程專業機械原理課程設計教學目標與畢業要求對應關系如表1所示。

機械原理課設總成績為百分制，由5%的平時成績（課堂考勤及平時表現2017級、在線課程2018級）、60%的繪圖質量及設計的合理性（六桿機構圖紙及凸輪設計圖成績）、20%的說明書撰寫和15%答辯成績四部分組成，對兩屆學生的課程成績進行統計，2017級及2018級學生的最高分、最低分、平均分、分值標準差分別為97、95，60、66，79.4、78.9，8.87、6.83，相較采用傳統教學的2017級（114人），疫情條件下采用在線課程教學的2018級（110人）學生的平均成績有0.5分的降低，在選課人數基本相等的基礎上，基本保持不變，最高分減小，最低分增大，整體成績分布更趨于集中，兩屆學生的成績等級分布如圖6所示，相較于2017級，2018級優秀人數基本持平，良好人數增加10人，中等及及格人數相對減少，其中及格人數減少11人，較為明顯，由上述成績分析可以看出，雖然2年的成績基本不變，但成績的分布情況發生了較為明顯的變化，學習成績位于中下等水平的有顯著的提高，整體的成績分布有向上偏移的趨勢。

根據工程教育專業要求，對2屆學生的課程目標對應的指標點達成度進行計算，統計結果見表2。

2年課程達成度均達到完成的標準，即所有的指標點的達成度均高于0.7，除指標點3-3由0.809降到0.769外（指標點3-3對應上交的材料為圖紙完成的質量分值，因疫情影響，學生需要在家完成圖紙的繪制，繪圖工具需要網購，且無專業的繪圖圖板，因此，對此部分的成績產生了一定的影響），其他指標點皆有所上升，由2年成績的分布狀況可知，目標達成度在滿足完成的基礎上，多數指標點有所上升，在進行2018級課設的過程，相較于2017級，由于在線課程的引入，在課前，學生可通過超星學習通了解課設的任務內容，課中利用網課的資源（基于SolidWorks的機構設計及仿真、相關文獻、歷屆生資料及網絡資源）輔助課程設計，加深對理論知識的理解，由超星簽到及釘釘視頻會議答疑對課設進行實況監管，平時問問題、圖紙出錯的情況有所減少，答辯質量較好，課設完成的進度相對2017級提前，教學效率提高，課程設計的課程質量及教學效果皆有向好的方向發展的趨勢。

4? 結語

針對疫情背景的實際，本文利用超星學習通建立了“機械原理課程設計”的網絡在線課程，并用其與SolidWorks機構建模、仿真、QQ群、釘釘視頻會議等技術手段結合，順利完成本校機械電子工程專業2018級的課程教學，根據工程教育專業認證的要求，并將其與采用傳統課堂教學的2017級進行對比，整體成績保持穩定的基礎上，成績更趨于集中，且中等、及格部分的學生數減少，良好部分增多，多數指標點達成度有所提高，在線課程教學的引入，保證了疫情背景下專業教學的質量，教學效果良好，教學效率提高，并激發了學生的學習興趣，加深了學生對理論知識的理解，提升了學習的自主性和積極性，可為其他兄弟院校提供一定的借鑒。

參考文獻

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[2] 王文君，馮麗娟，向燦輝，等.基于“超星泛雅平臺+學習通”快速完善課程的技巧和實踐[J].大學化學，2020，35（5）：169-173.

[3] 于彩敏，李芳，李云峰，等.基于超星學習通平臺的混合式教學模式應用與實踐——以“工程力學”課程為例[J].無線互聯科技，2020，17（15）：107-110.

[4] Zhang Jinxi，Luo Shuangbao，Xu Bangyi，et al.Vehicle auto tracking simulation based on solidworks motion[J].Machine Tool & Hydraulics，2020，48（6）：150 -154.

[5] 陳修龍，陳天祥.機械原理課程設計中機器人機構的動力學建模與仿真[J].實驗室研究與探索，2021，40（2）：109-114.

[6] 宋其江，張佳薇，李丹丹.疫情背景下“道術相合”理念驅動在線教學的研究與探索[J].科教文匯（上旬刊），2020（11）：42-43.

[7] 李三平，李濱，郭艷玲.專業認證背景下機械電子工程專業的課程體系建設與實踐[J].科教文匯（上旬刊），2018（9）：55-56，59.