基于Web的《機(jī)械原理》網(wǎng)頁(yè)課件的開(kāi)發(fā)游

明琳 張影 鄭繼明 羅國(guó)宇

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)單機(jī)課件交互性、共享性不足，以及機(jī)械原理課程教學(xué)中機(jī)械設(shè)計(jì)部分抽象、難學(xué)的缺點(diǎn)，提出基于Web的《機(jī)械原理》網(wǎng)頁(yè)課件的探索與開(kāi)發(fā)，利用網(wǎng)頁(yè)課件能夠融合多種元素的特點(diǎn)，來(lái)幫助教師提高教學(xué)效率。根據(jù)網(wǎng)頁(yè)課件的特點(diǎn)，探討了針對(duì)機(jī)械原理課程網(wǎng)頁(yè)型課件的搭建思路，以常用的機(jī)械原理教材為例，講述了該課程網(wǎng)頁(yè)型課件的開(kāi)發(fā)過(guò)程，同時(shí)著重介紹了網(wǎng)頁(yè)參數(shù)化機(jī)械設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，可為機(jī)械原理課程教學(xué)方法和教學(xué)手段的擴(kuò)展提供一種全新的思路。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)頁(yè)型課件;機(jī)械原理課程;參數(shù)化設(shè)計(jì);移動(dòng)學(xué)習(xí);H5

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）13-0102-03

1引言

機(jī)械原理課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)學(xué)科基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的工程性、實(shí)踐性和應(yīng)用性[1]。在教學(xué)過(guò)程中，機(jī)械原理課程主要以機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析和機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)為主，重視采用動(dòng)態(tài)直觀(guān)的教學(xué)手段，如Flash動(dòng)畫(huà)、三維模型、圖片等方式。隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Aided Instruction）也逐漸融入日常教學(xué)中，多媒體課件是實(shí)現(xiàn)CAI的主要手段，其可分為單機(jī)課件和網(wǎng)絡(luò)課件兩種。單機(jī)課件是在本地計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，然后作用于單個(gè)教學(xué)環(huán)境;網(wǎng)絡(luò)課件是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)作為工具，使教學(xué)內(nèi)容能即時(shí)共享給所有人。傳統(tǒng)的單機(jī)課件需要教師將PPT等相關(guān)多媒體素材拷貝至電腦中，缺乏一定的靈活性，教學(xué)過(guò)程是由教師所掌控，教師主要負(fù)責(zé)知識(shí)的傳授，忽略了師生之間的交互。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展給人們生活提供便利的同時(shí)，也為教學(xué)提供了新的思路，基于Web的網(wǎng)頁(yè)型課件是將傳統(tǒng)的多媒體課件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，能夠充分利用教學(xué)資源，提高教學(xué)的靈活性，增強(qiáng)師生互動(dòng)，幫助教師提高教學(xué)效率，達(dá)到更好的教學(xué)效果[2]。

2基于Web的機(jī)械原理課程網(wǎng)頁(yè)型課件的特點(diǎn)

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，技術(shù)的革新對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的改變較大，教學(xué)課件的形式也在不斷發(fā)展，相較于傳統(tǒng)課件，針對(duì)機(jī)械原理課程的網(wǎng)頁(yè)型課件呈現(xiàn)出一些新的特點(diǎn)：

2.1 資源共享

基于Web的機(jī)械原理課程網(wǎng)頁(yè)型課件是將教學(xué)內(nèi)容存儲(chǔ)到服務(wù)器中，通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)站，能夠隨時(shí)隨地獲取教學(xué)資源，輕松實(shí)現(xiàn)資源共享[3]。同時(shí)在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生可直接通過(guò)手機(jī)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)站，隨時(shí)對(duì)教師講授的內(nèi)容進(jìn)行回顧，查缺補(bǔ)漏，培養(yǎng)學(xué)生了自主學(xué)習(xí)能力。教師也能直接通過(guò)網(wǎng)站來(lái)訪(fǎng)問(wèn)課件，無(wú)須拷貝課件等工作，簡(jiǎn)化了教學(xué)流程;此外，教師也能夠通過(guò)更新網(wǎng)站服務(wù)器的內(nèi)容資源，幫助所有學(xué)生能夠獲取最新的學(xué)習(xí)資源，完成教學(xué)內(nèi)容的實(shí)時(shí)更新。

2.2表現(xiàn)力豐富

多媒體課件和傳統(tǒng)課件相比，其包含的信息元素更多，能包含圖片、文字以及視頻等，增強(qiáng)了課件的生動(dòng)性。就機(jī)械原理課程來(lái)說(shuō)，它涉及較多的機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程，傳統(tǒng)課件無(wú)法立體直觀(guān)地展現(xiàn)其特點(diǎn)，容易導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法深入理解知識(shí)，僅停留在理論認(rèn)識(shí)階段，而常用的多媒體課件，無(wú)法將多種信息元素整合到同一界面中，達(dá)不到更好的表現(xiàn)力，從而影響學(xué)習(xí)效果。基于Web的網(wǎng)頁(yè)型課件不僅能夠整合動(dòng)畫(huà)、圖片、3D模型等素材，還能將復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化，將傳統(tǒng)的靜態(tài)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)化，幫助學(xué)生更好地理解機(jī)械的設(shè)計(jì)過(guò)程和運(yùn)動(dòng)過(guò)程[4]。

2.3交互性強(qiáng)

通過(guò)提高課件的交互性能夠幫助增加課件的教學(xué)效果，加強(qiáng)站內(nèi)信息的互相傳遞。交互性主要分為兩種，一種是內(nèi)容的交互，另一種是人際的交互。內(nèi)容的交互主要是學(xué)習(xí)者和教學(xué)內(nèi)容資源之間的交互，人際交互強(qiáng)調(diào)的是學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)者或者教師之間的交互。

在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)課件案例中，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)站的互動(dòng)交流板塊進(jìn)行留言，反饋學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的難點(diǎn)，幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃以及教學(xué)方法，完善教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效率和針對(duì)性。同時(shí)，也能夠幫助學(xué)生根據(jù)教師的反饋意見(jiàn)及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)情況，充分重視學(xué)生的主體性[5]，同時(shí)也能夠幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)的注意力，以及保持學(xué)習(xí)興趣。

2.4 參數(shù)化設(shè)計(jì)教學(xué)

參數(shù)化設(shè)計(jì)是通過(guò)計(jì)算機(jī)將機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的相關(guān)公式和參數(shù)編制為代碼，學(xué)生通過(guò)設(shè)定不同的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化。參數(shù)化設(shè)計(jì)在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域能很好地提高工作效率，故應(yīng)用較為廣泛。

將參數(shù)化設(shè)計(jì)引入到教學(xué)領(lǐng)域，主要是由于機(jī)械原理課程中的重點(diǎn)難點(diǎn)是幫助學(xué)生理解機(jī)械的設(shè)計(jì)過(guò)程，傳統(tǒng)的課件只是灌輸型地傳授知識(shí)，不注重學(xué)生的自主性，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法理解機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程，影響教學(xué)效果。且目前較多將參數(shù)化引入教學(xué)大多是通過(guò)第三方平臺(tái)，如PRO/E等，在教學(xué)過(guò)程中不具有很好的連貫性。通過(guò)網(wǎng)頁(yè)型課件來(lái)對(duì)機(jī)械進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，能夠幫助學(xué)生自主地理解機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，同時(shí)還能培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3機(jī)械原理課程網(wǎng)頁(yè)型課件設(shè)計(jì)思路

針對(duì)傳統(tǒng)課件的交互性、靈活性不足的缺點(diǎn)，網(wǎng)頁(yè)型課件在設(shè)計(jì)時(shí)要注重交互性和共享性的原則，同時(shí)課件的設(shè)計(jì)要遵循一定的教學(xué)規(guī)律。針對(duì)機(jī)械原理課程網(wǎng)頁(yè)型課件設(shè)計(jì)主要分成四個(gè)階段：

第一階段：對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行分析，了解學(xué)生群體的學(xué)習(xí)需求，知曉他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中可能會(huì)面臨的問(wèn)題，以及分析大學(xué)生的喜好和認(rèn)知特點(diǎn)，明確課件設(shè)計(jì)的目的，了解在課件在使用中需要收集哪些互動(dòng)數(shù)據(jù)。

第二階段：對(duì)課件內(nèi)容進(jìn)行選擇，高質(zhì)量的內(nèi)容能有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，故在課件內(nèi)容選擇上要盡量選擇高質(zhì)量的教學(xué)內(nèi)容，要能夠清晰明了地解釋課程知識(shí)點(diǎn)，在制作課件時(shí)還要對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行規(guī)劃，確定好要使用的信息元素，如flash、圖片、視頻等，增加它們與教學(xué)內(nèi)容的相關(guān)程度。

第三階段：進(jìn)行課件頁(yè)面的設(shè)計(jì)，第一步先設(shè)置站點(diǎn)架設(shè)好服務(wù)器，確定好網(wǎng)頁(yè)課件的組成模塊;第二步上傳教學(xué)資源，將第一階段和第二階段的來(lái)幫助學(xué)生課上課下更好地根據(jù)自己的情況進(jìn)行鞏固知識(shí);第三步搭建參數(shù)化機(jī)械設(shè)計(jì)平臺(tái)，構(gòu)建機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)體系;第四步建立師生交流板塊，幫助師生相互學(xué)習(xí)、相互交流，具體思路如圖1所示。

第四階段：收集網(wǎng)頁(yè)課件的交互數(shù)據(jù)，收集的交互數(shù)據(jù)主要分為兩個(gè)部分，第一部分是學(xué)生的訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)，如學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、瀏覽數(shù)等，這能夠較好地幫助教師了解每個(gè)同學(xué)的學(xué)習(xí)情況，這也是傳統(tǒng)課件無(wú)法做到的;第二部分是學(xué)生在網(wǎng)頁(yè)型課件上學(xué)習(xí)結(jié)果的數(shù)據(jù)，如學(xué)生在網(wǎng)頁(yè)課件上的測(cè)驗(yàn)成績(jī)、互動(dòng)數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)能夠幫助教師改善教學(xué)方法，根據(jù)他們的學(xué)習(xí)情況對(duì)比學(xué)習(xí)結(jié)果，了解他們的學(xué)習(xí)效率，更好地因材施教[6]。

明確網(wǎng)頁(yè)型課件的設(shè)計(jì)思路，確定好網(wǎng)頁(yè)型課件各模塊的組成，能夠有效減少網(wǎng)頁(yè)型課件在后期使用過(guò)程出現(xiàn)的各種問(wèn)題，給予教師和學(xué)生一個(gè)更好的使用體驗(yàn)。同時(shí)，將Web技術(shù)引入到機(jī)械原理課程中，其主要目的是幫助學(xué)生進(jìn)行自主地構(gòu)建知識(shí)，通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)幫助學(xué)生參與到機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，以達(dá)到教學(xué)的個(gè)性化。還能促進(jìn)教師和學(xué)生的溝通與交流，增強(qiáng)師生互動(dòng)，幫助學(xué)生養(yǎng)成創(chuàng)新性思維，提高學(xué)生舉一反三、學(xué)以致用的能力。

4網(wǎng)頁(yè)型課件的開(kāi)發(fā)

4.1 對(duì)象分析

機(jī)械原理課程主要面對(duì)的是高校的學(xué)生，高校的學(xué)生的教學(xué)不僅僅局限于對(duì)理論知識(shí)上，還更加注重對(duì)于理論知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用研究，在設(shè)計(jì)機(jī)械原理網(wǎng)頁(yè)型課件的過(guò)程中，不僅要包含教學(xué)大綱的內(nèi)容，還要能充分滿(mǎn)足面向不同專(zhuān)業(yè)和水平層次的要求。

4.2 課件內(nèi)容的選擇

網(wǎng)絡(luò)課件的主體內(nèi)容主要為課程的教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)還要包括一定的機(jī)械擴(kuò)展知識(shí)，提高學(xué)生對(duì)于知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，幫助其擴(kuò)展專(zhuān)業(yè)知識(shí)，了解機(jī)械行業(yè)的前沿方向。同時(shí)教學(xué)內(nèi)容不僅僅局限于文字和圖片，還有充分利用網(wǎng)頁(yè)課件的能融合各種信息元素的優(yōu)勢(shì)，利用好音頻、視頻、動(dòng)畫(huà)等來(lái)輔助教學(xué)。

4.3 網(wǎng)頁(yè)型課件頁(yè)面的設(shè)計(jì)

4.3.1網(wǎng)站搭建

首先通過(guò)Html語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行搭建網(wǎng)站，以清華大學(xué)出版社《機(jī)械原理教程》（第3版）為例，該書(shū)主要應(yīng)用于高校的機(jī)械原理課程教學(xué)，根據(jù)書(shū)中目錄進(jìn)行劃分，在網(wǎng)頁(yè)中設(shè)計(jì)導(dǎo)航欄，再根據(jù)章節(jié)內(nèi)容安排設(shè)計(jì)二級(jí)單元，一開(kāi)始導(dǎo)航欄顯示各章的章節(jié)標(biāo)題，然后當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊某一章節(jié)時(shí)，即會(huì)展開(kāi)其二級(jí)單元，方便學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇學(xué)習(xí)，課件導(dǎo)航欄如圖2所示。

4.3.2上傳教學(xué)內(nèi)容

教師根據(jù)教學(xué)需要收集合適的多媒體資源進(jìn)行上傳，根據(jù)課程的邏輯順序進(jìn)行內(nèi)容的編排，同時(shí)根據(jù)教學(xué)安排插入恰當(dāng)?shù)腇lash動(dòng)畫(huà)、圖片等，主要通過(guò)html標(biāo)記語(yǔ)言進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，具體如圖3所示。

4.3.3搭建網(wǎng)頁(yè)型課件參數(shù)化機(jī)械設(shè)計(jì)

參數(shù)化設(shè)計(jì)是整個(gè)網(wǎng)頁(yè)型課件中較為核心的一部分，它最能體現(xiàn)將網(wǎng)頁(yè)型課件與機(jī)械原理課程結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，學(xué)生通過(guò)輸入?yún)?shù)，后臺(tái)自動(dòng)對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行運(yùn)算，然后得出機(jī)械核心的設(shè)計(jì)參數(shù)，從而繪制圖形[7]。該模塊主要是通過(guò)JavaScript代碼進(jìn)行編程，利用canvas畫(huà)布標(biāo)簽進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例，通過(guò)表單捕捉學(xué)生輸入的搖桿長(zhǎng)度、機(jī)架長(zhǎng)度、擺動(dòng)角、行程速度變化系數(shù)，通過(guò)對(duì)這些參數(shù)加以運(yùn)算得出其極位夾角、曲柄長(zhǎng)度以及連桿長(zhǎng)度，從而利用這些機(jī)構(gòu)參數(shù)在canvas畫(huà)布中繪制相應(yīng)的圖形，具體如圖4所示。

4.3.4網(wǎng)頁(yè)課件的交互設(shè)計(jì)

通過(guò)在網(wǎng)頁(yè)下方設(shè)置留言互動(dòng)板塊，實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生的交互，如圖5所示，幫助師生在課外也能實(shí)時(shí)進(jìn)行互動(dòng)交流答疑，同時(shí)教師還可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)型課件上的交互模塊，以電子郵件、微信等方式進(jìn)行溝通和學(xué)習(xí)。同時(shí)由于評(píng)論可以點(diǎn)贊以及學(xué)生之間相互回復(fù)，教師可通過(guò)點(diǎn)贊數(shù)量以及學(xué)生評(píng)論了解到哪些問(wèn)題存在普遍性，其他學(xué)生也能夠根據(jù)老師的回復(fù)，找到相關(guān)問(wèn)題的答案，避免了重復(fù)提問(wèn)。

4.3.5收集交互數(shù)據(jù)

由于網(wǎng)頁(yè)型課件在使用過(guò)程中用戶(hù)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)均會(huì)被服務(wù)器記錄下來(lái)，然后對(duì)后臺(tái)服務(wù)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行下載，對(duì)這些數(shù)據(jù)加以整理和分析，了解在教學(xué)過(guò)程中，有哪些共性的問(wèn)題，以及不同學(xué)生的個(gè)性問(wèn)題，針對(duì)這些數(shù)據(jù)所隱含的信息來(lái)改善教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法。

5網(wǎng)頁(yè)型課件的優(yōu)化

網(wǎng)頁(yè)型課件在教學(xué)使用中，可能會(huì)面臨一系列問(wèn)題，故在課件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中要盡可能地考慮到，提前加以解決和優(yōu)化，能夠有效減少后期的整改難度，同時(shí)給學(xué)習(xí)者帶來(lái)更好的使用體驗(yàn)。

5.1.1網(wǎng)頁(yè)加載速度的優(yōu)化

網(wǎng)頁(yè)的加載主要與頁(yè)面元素的內(nèi)存大小有關(guān)，例如gif圖片一般比普通jpg格式的圖片內(nèi)存要大，當(dāng)通過(guò)去除不必要的圖片和減少網(wǎng)頁(yè)表格的嵌套和采用外部調(diào)用代碼的方式進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)格式的排版，都能夠有效減少加載的時(shí)間。

5.1.2不同瀏覽器兼容的優(yōu)化

由于不同瀏覽器使用的內(nèi)核以及支持的html網(wǎng)頁(yè)語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)的不同，如Chrome瀏覽器的內(nèi)核是Blink，F(xiàn)irefox的內(nèi)核是Gecko，常常導(dǎo)致相同的網(wǎng)站頁(yè)面在瀏覽器上的顯示效果并不相同，這需要網(wǎng)頁(yè)課件在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，考慮到常用瀏覽器的編程格式，使其能夠根據(jù)瀏覽器的不同而改變其顯示效果[8]。

5.1.3手機(jī)端使用的優(yōu)化

網(wǎng)頁(yè)型課件的頁(yè)面版式更多直接適配電腦，在手機(jī)端顯示容易出現(xiàn)無(wú)法適應(yīng)手機(jī)屏幕瀏覽器的寬度，無(wú)法正常顯示等情況。但由于學(xué)生課堂上較少使用電腦，大多數(shù)是通過(guò)手機(jī)進(jìn)行網(wǎng)上操作，故對(duì)網(wǎng)頁(yè)型課件的頁(yè)面調(diào)試使其更加適配手機(jī)端也變得相當(dāng)重要，通過(guò)CSS代碼對(duì)課件頁(yè)面進(jìn)行布局，使其網(wǎng)頁(yè)也能根據(jù)手機(jī)屏幕大小自動(dòng)調(diào)整格式，幫助網(wǎng)頁(yè)課件擴(kuò)大兼容性以及美觀(guān)性，從而提高學(xué)生在課堂上的參與度，增加他們對(duì)課程學(xué)習(xí)的熱情，案例章節(jié)的課件手機(jī)端顯示界面如圖6所示。

6結(jié)語(yǔ)

基于Web的機(jī)械原理課程網(wǎng)頁(yè)型課件的開(kāi)發(fā)是一種新的教學(xué)手段，它能夠承載更多種類(lèi)的數(shù)字元素，不僅僅局限于傳統(tǒng)的單機(jī)課件，使得教學(xué)內(nèi)容的表現(xiàn)形式更加多元，幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣。其次，基于機(jī)械原理課程的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊也是對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)新的探索，能夠幫助學(xué)生更好地理解機(jī)械的設(shè)計(jì)過(guò)程，提高他們的感性認(rèn)識(shí)。最后網(wǎng)頁(yè)型課?件由于其不受時(shí)間和空間的限制，能夠幫助學(xué)生隨時(shí)隨地都能獲得學(xué)習(xí)資源，使得課程教學(xué)不局限于課堂，這也是教學(xué)課件新的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：王力】