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(xué)交通與機(jī)械工程學(xué)院教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事工程機(jī)械、機(jī)器人技術(shù)研究，（E-mail）syljm2004@163.com。

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

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理；多媒體；教學(xué)系統(tǒng)；教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號：G6420文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：10052909（2013）05014803機(jī)械原理課程是一門高等工科學(xué)校機(jī)械類專業(yè)必修的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，是研究機(jī)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)綜合和機(jī)械動力學(xué)問題的主干技術(shù)基礎(chǔ)課。該課程與工程實(shí)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(xué)生綜合設(shè)計能力方面具有重要作用，擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械總體方案創(chuàng)新設(shè)計能力的任務(wù)。

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

多媒體教學(xué)具有助教和助學(xué)的功能，其最大優(yōu)勢在于能夠?qū)鹘y(tǒng)教學(xué)中單一的文字或簡單的圖形，即教學(xué)信息轉(zhuǎn)變成多媒體形式，從而把教學(xué)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(xué)生，使學(xué)生更容易理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

探索機(jī)械原理交互式課件，將課程教學(xué)內(nèi)容、交互式設(shè)計方案以及豐富的教學(xué)參考資料形象、生動而直觀地展示出來，不僅能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，還能提高教學(xué)的有效性和互動性，實(shí)現(xiàn)以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的雙主教學(xué)模式，對提高教學(xué)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(jī)械原理課程多媒體教學(xué)的現(xiàn)狀分析

近年來，不少學(xué)校都在開發(fā)和研制機(jī)械原理多媒體課件，并取得不少成果。由國家級教學(xué)名師、清華大學(xué)申永勝教授主持研制的《機(jī)械原理多媒體教學(xué)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(xué)模式，具有相當(dāng)高的水平。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的于紅英、王知行教授提出了知識表達(dá)的5種形式和CAI課件應(yīng)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(xué)、蘭州大學(xué)、北京信息科技大學(xué)、洛陽大學(xué)等高校教師也對機(jī)械原理CAI課件進(jìn)行了研究[2-5]。

縱觀機(jī)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(xué)內(nèi)容的展示，或采用CAD、ADAMS、Pre-E等軟件對機(jī)構(gòu)三維建模和仿真，在一定程度上使教學(xué)更生動形象，有利于提高學(xué)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(xué)生的動手訓(xùn)練，淡化了多媒體課件的助學(xué)功能。因此需要研制一種集課堂教學(xué)與課下學(xué)習(xí)和訓(xùn)練于一體的多媒體課件。基于這些原因，筆者對機(jī)械原理交互式多媒體課件進(jìn)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(jī)械原理課程多媒體輔助教學(xué)系統(tǒng)的研究與實(shí)踐

二、機(jī)械原理課程多媒體課件的探索與實(shí)踐

（一）機(jī)械原理課程多媒體課件的開發(fā)思路

（1）實(shí)現(xiàn)“教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”教學(xué)理念的相互融合。機(jī)械原理多媒體課件融合“教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的教學(xué)理念，既重視教師的主導(dǎo)作用，又強(qiáng)化以學(xué)生為主體。因此，課件內(nèi)容應(yīng)有完整的教學(xué)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(diǎn)和難點(diǎn)；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(xùn)練環(huán)節(jié)，有利于學(xué)生課前準(zhǔn)備與課后的復(fù)習(xí)和練習(xí)。例如課件設(shè)置的交互式機(jī)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，如連桿機(jī)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(xué)生對課程設(shè)計的方案選擇；課件還服務(wù)于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)照片、實(shí)驗(yàn)大綱和計劃等，方便學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。

（2）充分體現(xiàn)教學(xué)規(guī)律。機(jī)械原理多媒體課件遵循人們認(rèn)識事物的規(guī)律，注重知識表達(dá)的系統(tǒng)性與完整性，也重視知識點(diǎn)內(nèi)在的邏輯性，而且在表達(dá)形式和結(jié)構(gòu)安排上簡明易懂，具有可讀性的特點(diǎn)。例如，在交互式連桿機(jī)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(jìn)措施，要求重新設(shè)計；在改進(jìn)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(xué)生了解不同參數(shù)變化對機(jī)構(gòu)設(shè)計的影響；合理的設(shè)計方案可以進(jìn)入到仿真階段，顯示運(yùn)動仿真的各種曲線，并計算機(jī)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(jìn)行對比，為機(jī)構(gòu)方案選擇提供依據(jù)。

（二）結(jié)構(gòu)組成與基本模塊

機(jī)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(dǎo)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(jī)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(xué)環(huán)境內(nèi)外結(jié)合的輔助教學(xué)系統(tǒng)，它既可用于教師的課堂教學(xué)，也可用于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，并完成學(xué)生的輔助設(shè)計訓(xùn)練。

（2）交互式界面不僅能通過測試等方式反映學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握情況，還可以輔助學(xué)生掌握如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計方法，在設(shè)計錯誤時還能給出相應(yīng)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(shí)、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(rèn)知規(guī)律。

四、機(jī)械原理課程多媒體課件的應(yīng)用效果

（1）助教方面，課件不僅可以根據(jù)課堂進(jìn)程展示教學(xué)內(nèi)容，直觀地演示機(jī)構(gòu)設(shè)計的過程和結(jié)果，而且能提供機(jī)構(gòu)設(shè)計的典型方法。例如，教師在講完連桿機(jī)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(jī)構(gòu)設(shè)計解析法、參數(shù)選擇、傳動角問題以及運(yùn)動學(xué)等問題串聯(lián)在一起，內(nèi)容前后呼應(yīng)，并以實(shí)例形式進(jìn)行設(shè)計計算，有利于強(qiáng)化學(xué)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(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)法和輪系機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)法前后呼應(yīng)，進(jìn)一步強(qiáng)化了設(shè)計理念與方法。

（2）助學(xué)方面，課件的交互式設(shè)計等模塊能幫助學(xué)生深入理解并歸納課堂所學(xué)知識。在機(jī)械原理課程設(shè)計中，課件同樣發(fā)揮了應(yīng)有的作用。學(xué)生通過反復(fù)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(shí)踐證明，課件使學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)更靈活，實(shí)際應(yīng)用技能掌握得更全面。

五、結(jié)語

機(jī)械原理多媒體課件要解決的關(guān)鍵問題是：使學(xué)生掌握機(jī)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)綜合和機(jī)械動力學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能，并初步具有確定機(jī)械運(yùn)動方案、分析和設(shè)計機(jī)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(yīng)用對提高教學(xué)質(zhì)量起到了積極的促進(jìn)作用，獲得了較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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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）