基于智慧教室的非機院校機械課程教學模式探究

沈仕巡 余朝靜 楊勝林 徐同偉 任廣

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.09.048

摘? 要：隨著智慧教室相關技術日新月異的發展，智慧教室將逐步成為現代課堂教學的主要場所。為提高非機械類工科院校機械課程的教學質量，針對機械類課程理論繁雜且抽象、內容缺乏關聯性、知識點分散缺乏系統性等痛點，文章提出基于智慧教室的跨平臺、案例化、全流程學習模式。該模式有助于非機械類工科院校學生從整體觀念上去理解教學內容和進行方案設計，能培養學生從機械產品綜合設計的視角去理解和運用機械類課程知識。

關鍵詞：智慧教室;機械課程;跨平臺;案例化;全流程學習

中圖分類號：TP391;G434? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：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

非機械類工科院校（非機工科院校）機械課程主要包括“機械制圖”“機械原理”“機械設計”“設備設計”等，是非機工科院校學生必修的基礎課程，機械類課程承擔著培養非機工科院校學生機械實踐、機械創新以及機械系統設計的重要任務。由于機械類課程普遍存在理論繁雜抽象、知識點分散，各課程在內容上缺乏關聯性和系統性等特點，無論是教師的教還是學生的學都存在一定的困難，教師的教授很難成系統，學生學習后也很難形成長期記憶。由于大多非機工科院校缺乏系統性的課程安排，加之不完善的實習實踐環節，導致非機工科院校學生在機械課程的學習中，難以從機械系統的整體維度上去理解和進行方案設計、更難以從機械綜合設計的視角去掌握和運用機械類課程知識^[1]。

智慧教室將信息技術融入課堂教育教學活動，是一種充滿想象力和無限可能的未來教室。在智慧教室課堂模式下，可以激發學生的自主思考能力，提高學生的參與感和成就感，全方位提升學生的素質和能力。隨著信息技術的不斷進步，智慧教室這一概念也有著不同的定義。甚至對于不同的使用場景、不同使用者，智慧教室的含義也有著很大的差異。

黃榮懷等^[2]首次提出了智慧教室的“SMART”概念模型，該模型包括內容呈現（Showing）、場地及設備管理（Manageable）、學習資源獲取便利性（Accessible）、課堂即時互動（Real-time Interactive）和情境感知（Testing）等五個維度;聶風華等^[3]從智慧教室系統組成的角度構建了智慧教室“I-SMART”模型，“I-SMART”模型包含基礎設施（Infrastructure）、網絡感知（networkSensor）、可視管理（visualManagement）、增強現實（Augmentedreality）、實時記錄（real-time Recording）、泛在技術（ubiquitousTechnology）六大智慧教室系統組成部分;張亞珍等^[4]認為智慧教室是為了促進和滿足學生的開放式學習、個性化學習、泛在學習而借助于物聯網技術、智能技術、云計算技術和普適計算機技術構建起來的智慧學習空間，該智慧學習空間能實現人與環境自然交互，便于交流、協作和共享;王玉龍等^[5]認為智慧教室是基于物聯網、大數據、云計算等新興信息技術，旨在提供個性化的師生服務，構建的一個師生互動的平臺，是互聯網信息技術與課堂教學的深度融合;劉冠群等^[6]認為智慧教室是基于物聯網技術集智慧教學、人員考勤、資產管理、環境智慧調節、視頻監控及遠程控制于一體的新型現代化智慧教室系統。

許多高校都根據自身發展需要，量身定制了適合自身情況的智慧教室，但到目前為止，國內智慧教室的建設和使用仍處于比較初級的階段，以至于對智慧教室教學效果評價體系還未建立。翟小銘等^[7]從智慧教室使用頻率、學生學習興趣、學習成績提升三方面做了定量分析;毛齊明等^[8]從智慧教室的整體使用情況、智慧教室使用的人口學差異、教師使用智慧教室的行為分析三方面，深入研究了高校智慧教室的應用現狀。結果表明：智慧教室受到高校師生們的普遍歡迎和認可，而且對教學質量的提高有積極作用。

為此，本文提出基于智慧教室環境下的跨平臺、案例化、全流程學習模式。針對不同的知識點或章節，教師進行必要的講授之后，讓學生在相應平臺上進行知識點回顧及應用實踐，在案例化的“環境”下，學生更能發現自己學習中的問題。將機械類知識的學習案例化，進行全流程學習，更能培養非機械類工科院校學生從整體觀念上去理解和進行方案設計的能力，讓學生從機械產品綜合設計的視角去理解機械類課程知識的真正用處，真正做到學以致用，理論聯系實際。

1? 茅臺學院智慧教室的發展與建設

為順應時代發展，茅臺學院主動加快了智慧教室建設的步伐，目前為止，茅臺學院智慧教室建設包含基礎教學系統、智慧化教學系統以及仿真機房三大部分。其中，基礎教學系統主要包含計算機、投影儀、音響系統等設施，可滿足常規教學使用;智慧化教學系統主要由智能考勤系統、翻轉課堂平臺、錄播系統、網課系統組成，在滿足日常教學智慧化需求的同時，為促進名師、好課資源共享提供了技術支撐;為滿足實驗實踐教學需求，在傳統計算機機房的基礎上添加虛擬仿真軟硬件設備，增強了實驗實踐的沉浸式體驗。茅臺學院現建成10余間中心機房，供常規教學和仿真教學使用;并且，現已建成10余間可重構智慧研討教室，用作開放型、探討型課程的開展場所，增強了研討類教學的互動交流;未來還將建設虛擬仿真（VR）實驗室。

茅臺學院智能考勤系統主要由人臉識別門禁系統和后臺統計系統組成，如圖1（a）所示，可根據宿舍區和教學區的人臉識別門禁系統采集到的數據，對學生考勤進行統計分析，及時了解學生考勤情況。可重構智慧研討教室主要由可重構桌椅、可移動智慧屏、多功能電子黑板等組成，如圖1（b）所示，可根據教學內容的需要分組討論、展示和匯報。

網課系統主要有雨課堂（圖2（a））、超星學習通（圖2（b））、清新課堂等平臺，利用這些網課平臺可以實現線上教學、翻轉課堂和網上教學資源共享等功能，在實現教學內容不斷更新的同時，增加學生在教學活動中的參與感和成就感，讓教學真正做到與時俱進。值得一提的是集教學錄播、觀摩、研討為一體的金課錄播教室，茅臺學院經常利用金課錄播教室進行教學觀摩、教學比賽、示范課程錄播等教學實踐。

雖然外部環境的改變并不能直接導致培養目標的實現，但智慧教室的應用，給師生的教與學提供了一個便利性、智能化、體驗感強的環境。結合科學的方式，引導和激勵師生利用智慧教室進行教學活動，針對不同的學科、教師和學生，加快進行個性化開發，加速智慧教學深化改革的進程，以此來加深與智慧教室的融合程度，開辟智慧教學的新格局^[9-11]。

2? 非機工科院校智慧教室下機械類課程教學模式探究

隨著智慧教室相關技術的日益完善，必然會推動課堂教學模式的改變，非機工科院校機械類課程也不例外，下面結合非機工科院校機械類課程特點，從智慧教室的視角，提出非機工科院校跨平臺、案例化、全流程機械類課程教學模式。

2.1? 非機工科院校機械類課程特點

非機工科院校學生機械類必修課程主要有：機械制圖、機械原理、機械設計、設備設計等。該類課程承擔著培養非機工科院校學生機械系統整體方案設計的重要任務。由于機械類課程理論繁雜抽象、內容缺乏關聯性、知識點分散、缺乏系統性，學生對機械類知識難以理解、難以形成長期記憶，很多知識落入學過就忘、考完即忘完的不良循環中。雖然非機工科院校對機械類課程要求沒有機械類院校高，但培養非機工科院校學生從機械系統的整體觀念上去理解和進行方案設計、從機械產品綜合設計的視角去理解和運用機械類課程知識的能力卻是十分必要的。

2.2? 跨平臺、案例化、全流程機械類課程教學模式

為培養非機工科院校學生機械系統的整體觀念和從機械產品綜合設計的視角去理解和運用機械類課程知識的能力，本文提出了一種跨平臺、案例化、全流程機械類課程教學模式。

2.2.1? 跨平臺

機械方案設計工作中，主要包含結構設計、運動設計、校核、優化等內容，涉及大量的機械知識，試驗和仿真等手段是十分必要和有效的。目前為止，還沒有一個平臺能夠很好地兼容結構設計、運動設計、校核、優化等能力，跨平臺學習和設計也就變得順理成章，值得注意的是，這里的跨平臺包含了試驗平臺與試驗平臺、試驗平臺與仿真平臺以及仿真平臺與仿真平臺之間的跨越協作。

茅臺學院具有較完善的實驗和仿真平臺，對于機械類課程而言，有從建模、仿真到后處理等一系列完善的仿真平臺，機械課程計算機輔助設計已全面鋪開，CAD二維平面設計（圖3（a））、三維立體設計（圖3（b））、靜力學仿真、動力學仿真等廣泛的運用在教學實踐和科研中。

2.2.2? 案例化

案例化教學的優點很多，在此不做過多敘述。機械類課程案例化教學的最大優點是教學的內容具體、有現實意義。絕大多數機械類課本上的案例或習題與現實生活都存在一定的距離，很大程度上導致了學生形成了學而無用，不如不學的錯誤認識。

茅臺學院結合自身實際，每年從學生參加的機械設計大賽、機器人大師賽（RoboMaster）等賽事和日常生活中提煉出一系列的機械類設計案例，作為案例化教學的素材，讓學生在實實在在的案例中主動學習，激發學生參加相關比賽的熱情，借此提高機械類基礎知識的應用能力。

2.2.3? 全流程

作為工業產品的一種，機械產品的生產流程主要包含設計、加工、檢驗和維護等階段，每個階段有各自的側重點，但整體上形成一個有機的統一體。許多同學在某個階段的機械設計中，總是存在不合理的情況，比如：在設計階段做得很好，但沒考慮加工階段，導致設計的產品加工很難，甚至出現加工不出產品的情況;在材料和加工精度方面缺乏經濟性考慮，導致產品沒有市場競爭力等等。

茅臺學院借助產教融合的契機，與周邊相關企業建立了廣泛的聯系，簽訂了一系列實踐實訓協議，學生在實習實踐過程中，了解和掌握相關產品設計和優化的全流程，對學生從整體上了解機械設計具有很大的幫助。

由此可見，讓學生了解機械產品完整的生產流程，對培養學生從機械系統的整體觀念上去理解和進行方案設計、從機械產品綜合設計的視角去理解和運用機械類課程知識有著至關重要的作用。特別地，本文中的全流程學習更多的是指學習和了解機械產品完全的生產流程，因為讓學生參與機械產品全部生產流程可操作性不是很強。因此，對于缺乏實踐場所的非機類工科院校機械類課程某些實踐環節可以通過VR技術來實現。

3? 結? 論

茅臺學院智慧教室環境下機械課程教學實踐充分說明了智慧教室對教學具有顯著的促進作用;非機工科院校機械類課程跨平臺、案例化、全流程的教學模式有助于學生從整體觀念上去理解和進行方案設計，對培養學生機械產品綜合設計能力具有明顯的促進作用，實現了機械類課程理論與實踐的有機結合，做到學以致用。

信息、物聯網等技術的日益成熟加快了智慧教室發展的進程，智慧教室將逐步成為現代課堂教學的主要場所，如何充分利用智慧教室將變成課堂教學模式改革的主要方向。而基于智慧教室的環境下，跨平臺、案例化、全流程的教學模式，為非機類工科院校機械類課程教學效果和質量的提高提供了一種可行性方案。

參考文獻：

[1] 劉瓊，朱雅光，惠記莊，等.“互聯網+”機械原理課程教學模式改革的研究 [J].教育教學論壇，2018，4（19）：102-104.

[2] 黃榮懷，胡永斌，楊俊鋒，等.智慧教室的概念及特征 [J].開放教育研究，2012，18（2）：22-27.

[3] 聶風華，鐘曉流，宋述強.智慧教室：概念特征、系統模型與建設案例 [J].現代教育技術，2013，23（7）：5-8.

[4] 張亞珍，張寶輝，韓云霞.國內外智慧教室研究評論及展望 [J].開放教育研究，2014，20（1）：81-91.

[5] 王玉龍，蔣家傅.以需求為導向的智慧教室系統構建 [J].現代教育技術，2014，24（6）：99-105.

[6] 劉冠群，鐘紹輝.基于智慧教室的教學模式設計研究 [J].無線互聯科技，2017（17）：84-85.

[7] 翟小銘，孫偉，郭玉英，等.智慧教室：應用現狀及其影響研究—基于高中物理學科學習的跟蹤研究 [J].中國電化教育，2016（9）：121-127.

[8] 毛齊明，蔣立兵，侯敬奇.高校教師應用智慧教室的有效性調查研究——以H大學為例 [J].現代教育技術，2018，28（10）：49-55.

[9] 高小麗，廉恒宇，李穎，等.基于智慧教室與智慧教師的教學模式智慧新發展 [J].教育現代化，2019，6（24）：143-145+ 153.

[10] 石寅霞，喬愛玲.基于智慧教室的高校課堂教學實踐研究 [J].中國信息技術教育，2018（17）：105-108.

[11] 李恒，喬旭.高等院校智慧教室建設與實踐——以中國海洋大學為例 [J].科技風，2021（12）：11-12.

作者簡介：沈仕巡（1992—），男，漢族，貴州仁懷人，講師，碩士研究生，研究方向：化工機械、節能減排。

收稿日期：2021-04-02

基金項目：茅臺學院校級教育教學改革與研究項目（myj2019007）