頓國強

摘? 要：針對新冠疫情現(xiàn)狀，響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)”的號召，本文利用超星學(xué)習(xí)通建立了“機械原理課程設(shè)計”的在線課程，內(nèi)含壓床機構(gòu)的SolidWorks建模與仿真，提出了“QQ群+釘釘視頻會議+超星學(xué)習(xí)通”的教學(xué)模式，順利完成本校機械電子工程專業(yè)2018級的課程教學(xué)，根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，并將其與采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)的2017級進行對比。結(jié)果表明，2018級的整體成績保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，成績更趨于集中，且中等、及格部分的學(xué)生數(shù)減少，良好部分增多，多數(shù)指標(biāo)點達成度有所提高，在線課程教學(xué)的引入，保證了專業(yè)疫情背景下的教學(xué)質(zhì)量，因激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣而提升了學(xué)習(xí)的自主性和積極性，教學(xué)效率提高，加深了學(xué)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(guān)鍵詞：機械原理課程設(shè)計? 超星學(xué)習(xí)通? SolidWorks 仿真? 在線教學(xué)? 評價對比

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)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(xué)和課程教學(xué)產(chǎn)生了巨大的影響，教學(xué)秩序遭受了嚴(yán)重沖擊，教育部出臺的《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》要求各高校要在保障師生安全的基礎(chǔ)上，采用線上教學(xué)的方式，保證疫情期間的教學(xué)進度及質(zhì)量，實現(xiàn)“停課不停教、停課不停學(xué)”的目標(biāo)。東北林業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院在2020年2月的假期間就布置了任務(wù)，并進行了網(wǎng)絡(luò)在線課程建設(shè)及實踐教學(xué)的相關(guān)培訓(xùn)，東北林業(yè)大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺提供了相關(guān)的技術(shù)支持?；诔菍W(xué)習(xí)通平臺，筆者有針對性地建立了機械原理課程設(shè)計的在線課程，并結(jié)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(shù)手段，順利完成了本學(xué)期教學(xué)任務(wù)。

機械原理課程設(shè)計是本校機械電子工程專業(yè)機械原理課程的一個重要實踐環(huán)節(jié)，亦是學(xué)生在大學(xué)期間利用已學(xué)過的知識進行首次比較全面的、具有實際內(nèi)容和意義的課程設(shè)計，通過該課程設(shè)計可使學(xué)生深入理解并系統(tǒng)掌握機械原理課程的基本原理和方法，其主要任務(wù)包括采用圖解法對壓床主體的連桿機構(gòu)進行運動分析及偏心滾子凸輪機構(gòu)設(shè)計兩部分，為防止抄襲，課程設(shè)計內(nèi)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(xué)生已完成了高等數(shù)學(xué)A、機械工程制圖A、理論力學(xué)、材料力學(xué)B、機械原理等相關(guān)課程，具備了完成本課程設(shè)計的數(shù)學(xué)、力學(xué)、制圖及機械原理的基礎(chǔ)。

1? 課程設(shè)計任務(wù)

本校機械原理課程設(shè)計的任務(wù)包括壓床六桿機構(gòu)[1]的運動分析及凸輪機構(gòu)設(shè)計，壓床六桿機構(gòu)如圖1所示。其主要包括由桿1、2、3構(gòu)成的曲柄搖桿機構(gòu)及由桿3、4與滑塊5構(gòu)成的擺桿滑塊機構(gòu)組成，其中桿1為原動件，順時針旋轉(zhuǎn)，通過桿2、3、4帶動滑塊5上下往復(fù)運動。機構(gòu)中個構(gòu)件的初始參數(shù)：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(gòu)設(shè)計為偏置直動滾子從動件盤形凸輪設(shè)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(guī)律：凸輪轉(zhuǎn)過60°，從動件以余弦加速度運動規(guī)律上升，其后轉(zhuǎn)過30°，從動件保持不動。再轉(zhuǎn)過60°，從動件以余弦加速度返回原處，其后轉(zhuǎn)過210°，從動件保持不動。凸輪與曲柄以ω1逆時針回轉(zhuǎn)。

課程設(shè)計要求如下。

（1）繪制機構(gòu)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(shè)計該凸輪機構(gòu)，繪在2號或3號圖上。（3）編寫機械原理課程設(shè)計說明書，說明求解過程。課程設(shè)計總計5d，教學(xué)內(nèi)容及學(xué)習(xí)分配：①設(shè)計任務(wù)要求布置與機構(gòu)方案設(shè)計（1d）;②六桿機構(gòu)運動分析（2d）;③凸輪機構(gòu)設(shè)計（1d）;④總結(jié)整理說明書（1d）;。每位學(xué)生最終上交檔案袋一個，封面寫清專業(yè)、姓名、學(xué)號、班級、材料明細(xì)，檔案袋底部寫清楚專業(yè)班級、姓名、學(xué)號;檔案袋內(nèi)包括說明書1份，說明書前面附上設(shè)計任務(wù)書，左側(cè)裝訂，1號圖紙1張（六桿機構(gòu)），2號或3號圖紙1張（凸輪機構(gòu)設(shè)計）。

2? 基于超星平臺的在線課程建設(shè)

基于超星學(xué)習(xí)通平臺[2]建設(shè)機械原理課程設(shè)計在線課程界面如圖2所示，包括課程教師電腦端及學(xué)生手機端APP，課程后臺包括首頁、活動、統(tǒng)計、資料、通知、作業(yè)、考試、分組任務(wù)（PBL）、討論、管理等模塊，教師可通過首頁編輯課程的章節(jié)架構(gòu)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(yè)、討論、問卷等教學(xué)活動組織管理學(xué)生[3]。學(xué)生可通過手機端APP完成課程的學(xué)習(xí)。

機械原理課程設(shè)計在線課程的章節(jié)架構(gòu)及內(nèi)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(jié)內(nèi)容。第1章介紹課程及任課教師。第2章教學(xué)大綱及課程任務(wù)書，包括機械電子工程與機械設(shè)計制造及其自動化2個專業(yè)的教學(xué)大綱、可下載的課程任務(wù)書、教學(xué)內(nèi)容的學(xué)時分配、課程教材、參考書及課設(shè)指導(dǎo)書（東北林業(yè)大學(xué)機械設(shè)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(gòu)的仿真模型，并利用其內(nèi)置插件Motion模塊[4]完成了機構(gòu)的運動仿真，獲得各個構(gòu)件的運動軌跡及滑塊的位移、速度及加速度曲線，并完成數(shù)據(jù)的導(dǎo)出[5]。其次，利用SolidWorks完成凸輪機構(gòu)的設(shè)計，同時，對2個機構(gòu)的設(shè)計及仿真過程利用EV錄屏軟件配以講解錄制設(shè)計仿真講解視頻，基于SolidWorks的壓床機構(gòu)設(shè)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(yōu)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(shè)置文件不可下載。第5章，從知網(wǎng)下載連桿機構(gòu)圖解法、壓床六桿機構(gòu)及凸輪機構(gòu)設(shè)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(shè)計資料和B站上（嗶哩嗶哩網(wǎng)）的機械原理課程設(shè)計視頻連接。利用超星網(wǎng)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(xué)實踐課設(shè)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(shè)計”QQ群，要求學(xué)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(xué)生安裝手機APP并添加課程，帶學(xué)生完成加群、加課等內(nèi)容后，利用QQ群（QQ電話/分享屏幕）直播講解上課方式、課設(shè)內(nèi)容、布置課設(shè)任務(wù)，并群上傳課程設(shè)計任務(wù)書等資料，同公告發(fā)布機械原理課程設(shè)計任務(wù)要求、考核方式與成績評定標(biāo)準(zhǔn)，如此，學(xué)生可在課前預(yù)先完成部分課設(shè)內(nèi)容。第17周開課后，利用釘釘對東北林業(yè)大學(xué)內(nèi)部組織架構(gòu)中機械電子工程專業(yè)2018級4個班采用視頻會議的方式，每天上下午各設(shè)置1h的課設(shè)答疑，并由超星學(xué)習(xí)通每天發(fā)布2次簽到，課設(shè)完成后要求每個學(xué)生將自己的課設(shè)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(tǒng)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(xué)生進行分5批次答辯，總時長11h45min的課設(shè)答辯，答辯采用評分表打分方式進行，內(nèi)容包括六桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、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(yè)大學(xué)2020年8月末學(xué)生返校后，上交所有課設(shè)材料，并按照材料實際完成質(zhì)量，對圖紙及說明書進行批閱打分。

3? 基于專業(yè)認(rèn)證的課程評價

根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證[7]要求，本校機械電子工程專業(yè)2017級與2018級學(xué)生機械原理課程設(shè)計的教學(xué)大綱為2018版（修訂版），期望通過機械原理課程設(shè)計完成預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，并滿足專業(yè)畢業(yè)要求的指標(biāo)點，機械電子工程專業(yè)機械原理課程設(shè)計教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

機械原理課設(shè)總成績?yōu)榘俜种疲?%的平時成績（課堂考勤及平時表現(xiàn)2017級、在線課程2018級）、60%的繪圖質(zhì)量及設(shè)計的合理性（六桿機構(gòu)圖紙及凸輪設(shè)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(xué)生的課程成績進行統(tǒng)計，2017級及2018級學(xué)生的最高分、最低分、平均分、分值標(biāo)準(zhǔn)差分別為97、95，60、66，79.4、78.9，8.87、6.83，相較采用傳統(tǒng)教學(xué)的2017級（114人），疫情條件下采用在線課程教學(xué)的2018級（110人）學(xué)生的平均成績有0.5分的降低，在選課人數(shù)基本相等的基礎(chǔ)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(xué)生的成績等級分布如圖6所示，相較于2017級，2018級優(yōu)秀人數(shù)基本持平，良好人數(shù)增加10人，中等及及格人數(shù)相對減少，其中及格人數(shù)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(fā)生了較為明顯的變化，學(xué)習(xí)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(jù)工程教育專業(yè)要求，對2屆學(xué)生的課程目標(biāo)對應(yīng)的指標(biāo)點達成度進行計算，統(tǒng)計結(jié)果見表2。

2年課程達成度均達到完成的標(biāo)準(zhǔn)，即所有的指標(biāo)點的達成度均高于0.7，除指標(biāo)點3-3由0.809降到0.769外（指標(biāo)點3-3對應(yīng)上交的材料為圖紙完成的質(zhì)量分值，因疫情影響，學(xué)生需要在家完成圖紙的繪制，繪圖工具需要網(wǎng)購，且無專業(yè)的繪圖圖板，因此，對此部分的成績產(chǎn)生了一定的影響），其他指標(biāo)點皆有所上升，由2年成績的分布狀況可知，目標(biāo)達成度在滿足完成的基礎(chǔ)上，多數(shù)指標(biāo)點有所上升，在進行2018級課設(shè)的過程，相較于2017級，由于在線課程的引入，在課前，學(xué)生可通過超星學(xué)習(xí)通了解課設(shè)的任務(wù)內(nèi)容，課中利用網(wǎng)課的資源（基于SolidWorks的機構(gòu)設(shè)計及仿真、相關(guān)文獻、歷屆生資料及網(wǎng)絡(luò)資源）輔助課程設(shè)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(shè)進行實況監(jiān)管，平時問問題、圖紙出錯的情況有所減少，答辯質(zhì)量較好，課設(shè)完成的進度相對2017級提前，教學(xué)效率提高，課程設(shè)計的課程質(zhì)量及教學(xué)效果皆有向好的方向發(fā)展的趨勢。

4? 結(jié)語

針對疫情背景的實際，本文利用超星學(xué)習(xí)通建立了“機械原理課程設(shè)計”的網(wǎng)絡(luò)在線課程，并用其與SolidWorks機構(gòu)建模、仿真、QQ群、釘釘視頻會議等技術(shù)手段結(jié)合，順利完成本校機械電子工程專業(yè)2018級的課程教學(xué)，根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，并將其與采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)的2017級進行對比，整體成績保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，成績更趨于集中，且中等、及格部分的學(xué)生數(shù)減少，良好部分增多，多數(shù)指標(biāo)點達成度有所提高，在線課程教學(xué)的引入，保證了疫情背景下專業(yè)教學(xué)的質(zhì)量，教學(xué)效果良好，教學(xué)效率提高，并激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了學(xué)生對理論知識的理解，提升了學(xué)習(xí)的自主性和積極性，可為其他兄弟院校提供一定的借鑒。

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