基于知识脉络图的“互联网+”机械原理课程辅助教学系统的研究

刘琼　刘思濛　朱雅光　惠记庄

摘要：为提高机械原理课程的教学质量，本文分析了在教学过程中存在的教与学的问题，针对机械原理课程理论和实践教学内容非常多且抽象的特点，本文提出将源于思维导图的知识点脉络图融入机械原理教学模式中，运用思维导图来梳理课程中的知识和概念，构建知识点脉络图，借助“互联网+”技术来实现基于思维导图的机械原理课件的底层软件架构，形成思维可视化的机械原理课程教学模式，探索机械原理知识深入认知的底层思维与教学方法。

关键词：机械原理；教学方法；教学研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）40-0199-03

当今教育环境正在经历一场“学习的革命”，传统的教育观念和教学模式束缚了人们对知识的学习能力和创新能力，我们需要提出一种在真正意义上尊重人的主体性、激发人的创造性、相信并注意开发人的潜力、便于人与人交际与合作的崭新的教育观念和学习模式[1]。人们对有效学习的观念已经发生了根本性的变化，教学研究的重点已从如何教转向如何学，从结果转向过程，从机械练习转向知识的理解和运用[2]。学生不再被看成是接受知识的容器，而是知识的建构者和生成者[3]。

机械原理课程是工科院校机械类专业必修的基础课程，其在机械基础系列课程中占有举足轻重的作用[4]。但是尽管围绕机械原理课程的教学研究已经开展了十多年，课程的理论及实践教学内容非常多且抽象，因而为了简化教学内容而侧重于机构结构组成、机构运动学和静力学分析、典型机构设计和运动特性分析上，然而，由于教学内容缺乏关联性、知识点分散且缺乏系统性，学生对抽象且逻辑性强的知识难以理解，更难以形成长期记忆，很多知识则落入学完—考完—忘完的不良循环中；学生无法从机械系统的整体观念上顺利完成系统的运动方案设计，无法从机械产品综合设计的角度理解本课程所讲述知识的真正用处[5]。

因此，以机械原理课程为例，借助当今已有的但尚未被充分利用的技术手段“互联网+”技术，帮助学生主动获取知识，唤醒学生的创造意识。本文教育理念想摒弃的是课堂上单调乏味的教育方式，即让学生死记硬背、生硬地套用公式，这种方式的意义无非就是让学生在考试中取得高分，而不会让他们记住所学的知识。希望帮助学生了解每堂课之间的相互关联，知识的难度和深度会随着课程的进行而层层递进，更希望培养学生敏锐的洞察力，这样即便他们每次只掌握一个知识点或概念，也能在未来将这些简单的信息进行融合、扩展，进而真正地掌握一门学科。

为此，本文提出将源于思维导图的知识点脉络图融入机械原理教学模式之中，形成思维可视化的机械原理课程教学模式，实践知识点脉络图到机械原理课件的设计与开发中，探索机械原理知识深入认知的底层思维与教学方法。

一、新教学模式的提出——“互联网+”精熟教学法

当前的教学模式是在学生数量不增加的基础上，多招聘老师、修建更多的教学楼、采用更多的教科书、引进更多的电脑设备，尽可能的实现小班教学。认为用于课堂学习的时间是个常量，而学生对概念的理解程度是个变量。如今，对于班级规模变小这一观点，没有人持反对态度，我也希望班级中的人数尽可能少，这样学生就可以更多地與老师交流。然而不幸的是，小班授课也无法解决学生跟不上教学进度的问题。

问题的关键在于，不管班里的学生有20名、30名甚至是60名，每个学生对一个知识点的掌握能力都是有差别的，一对一的小班教学也不一定是理想的教学方式，原因在于，老师为了让学生跟上国家要求的教学进度不得不按照教学大纲继续授课，因而忽略了学生对于知识点的掌握情况。在标准化课堂教学的模式中，没有留给学生充分的理解知识的时间。不管班级规模的大小，老师都会根据规定的时间进行新课程的学习，问题的症结就在于此。如果学生有充分的时间理解，那么所有学生都能完全掌握所学知识。因此，当前的教学模式抹杀学生对学习的乐趣、主动性和创造性。

通过分析当前教学模式的问题，得到两个最为重要的认知：其一，课程的进度应按照每个学生的不同需求来制定，而不是人为规定一个统一的进度；其二，学生如果想要掌握更高难度的知识，就必须深入理解最为基本的知识和概念。那么，如何来实现这两个认知目标？于是，本文提出一种新的教学模式，即“互联网+”精熟教学法。

1923年教育家沃什伯恩在美国温内特卡镇学校里采用了一种教学模式——温内特卡计划。这一计划的核心就是精熟教学法。然而，在那个时代，精熟教学法并没有得到发展。限制该教育理念发展的原因，其一是经济因素，比如，印刷和分发教学参考书、试卷以及个人阅读材料的成本太高；其二是对教师队伍的要求高且培养成本更高；其三是新的教育理念并没有得到学校管理人员和政府的支持，在他们看来，教育改革的道路充满荆棘坎坷，改革的过程让人心生畏惧。传统的教育模式本来就行得通，既然我们还可以继续采用讲课的方式传授知识，还可以使用传统的教科书，成本低又有效，为什么要作出改变呢？于是，尽管精熟教学法一再证明了它对学生有益处，并获得了各种报告和数据的支持，但仍难逃销声匿迹的命运。

当今时代，云计算、物联网和大数据技术的发展正改变着社会的生态，也改变着教育生态。未来教育在“互联网+”的环境中将会发生巨大的变化，借助“互联网+”技术运用精熟教学法的优势，共同来应对“互联网+”对教育带来的冲击，必将成为教育界密切关注和研究的重要课题。

二、教学方法改革

在此，我想强调每个人在学习过程中的差异，这是支撑了我在本文中提到的所有方法的核心问题。依据传统教育理念，用于课堂学习的时间是个常量，而学生对概念的理解程度是个变量。本文的教育理念与传统教育理念正好相反：在教育中，常量应该是学生对知识和概念的深度理解，而变量才是学生为理解问题所花费的时间[6]。

那么，如何实现未来教育中应该保持的常量——深度理解？基于此教育理念，我们提出了“线上+线下”的混合式教学方法。

（一）“线下”教学

根据我校机械原理课程建设的特点，结合理论教学内容与工程实践内容之间的相辅相成的关系，我校机械原理课程分为两大教学模块：理论教学模块及实践教学模块，培养三种能力：分析能力、综合能力和创新能力的教学体系，突出对学生综合设计能力、创新思维及创新设计能力的培养，如图1所示。该教学体系作为“线下”教学体系架构。

在标准化的课堂教学模式中，老师对于每个学生在学习上的欠缺部分很难全面的考察到，即使老师可以做到，也没办法对每个学生进行帮助和有针对的复习。课堂时间紧张，大部分都用于老师的授课。此外，老师要根据课表的进度，而必须安排进入下一个单元的学习，课堂教学内容也只能继续向前推进。因此，现有的教学体系看似完美但仍然是存在“缺口”。

（二）“线上”教学

在传统的课堂教育模式下，部分学生在学习过程中较为被动，认为只要坐在教室里吸取知识，等到考试将其反馈出来就可以了。而学生并非天生就是被动的，但他们所接受的教育模式却要求他们必须在学习中被动地接受知识。这让他们为此变得更加顺从，从而不会主动地思考他们所做的事情，也很难全身心的投入。学生作这样的妥协或许有助于老师在人数众多的传统课堂中维持秩序，但对学生来说，这并不是最佳的学习方式。

主动学习，即自己主动去规划学习，要使学生能够明白自己哪里没有学会、怎么学和什么时候学，而这时，“互联网+”就可以发挥作用了。互联网教育模式的灵活性能够让学生根据自己的节奏来学习，因此成为了最有效率的学习方式。

“线上”教学，不仅可以帮助学生复习指定的课程，还可以让学生对不同知识点之间的联系更为深入且持久的理解。在互联网中，我们不会受到课堂教学的控制，也不会因为时间的限制而结束课程，更不会受课程大纲的制约。在这种学习方式下会帮助学生更为深入地理解知识，让他们体会到学习所带来的乐趣，激发出他们的求知欲。培养求知欲理应是教育的终极目标，如果在这一点上失败，那么这着实是我们现行教育体制的巨大悲剧[8]。所以，让“线下”与“线上”教学体系融合起来，让“互联网+”技术去填补课堂教学体系的缺口，将成为本文的研究目标。

三、知识点脉络图在机械原理教学中的应用

知识点脉络图是把机械原理课程中的知识和概念运用思维导图的原理所绘出的知识点脉络图，思维导图是一种将放射性思考具体化的方法[9]。放射性思考是人类大脑的自然思考方式，每一种进入大脑的资料，都可以成为一个思考中心，并由此中心向外发散出成千上万的关节点，呈现出放射性立体结构[1]。而这些关节的连结可以视为一个人的个人数据库。人类从一出生即开始累积这些庞大且复杂的数据库，大脑惊人的储存能力使人们累积了大量的资料，经由思维导图的放射性思考方法，除了加速资料的累积量外，更多的是将数据依据彼此间的关联性分层分类管理，使资料的储存、管理及应用因更有系统化而提高大脑运作的效率[10]。

因此，运用思维导图来梳理《机械原理》课程中的知识和概念，形成呈3D形态分布的知识点脉络图，再借助“互联网+”技术来实现基于思维导图的机械原理课件的底层软件架构，从而把教师的作用变为辅助：辅助学生学习、辅助学习组织合作与交流、辅助教学环节的顺利开展。因此，从这个意义上，基于思维导图的教学模式能够优化学习过程，通过思维导图的绘制和教学能够更好地提高学生的思维能力。于是，以思维导图作为底层开发思路，将学习思路可视化在教学系统的界面上，如图2所示为长安大学机械原理辅助教学App系统界面。

四、结论

《机械原理》课程在机械类专业学生培养中占有举足轻重的地位，本文从注重培养激发学生的主动学习精神，合理构建教学方法和教学模式，以机械原理课程为例，运用思维导图来梳理机械原理课程中的知识和概念，构建机械原理课程体系的知识点脉络图，借助“互联网+”技术来实现基于思维导图的机械原理课件的底层软件架构，设计并實现了《机械原理》辅助教学App系统，探讨了机械原理课程教与学的一些体会，以供相关教学工作者参考。

参考文献：

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[2]王海艳.基于元认知理论的中学生学习方法研究[D].云南大学，2015：81-82.

[3]李剑锋.思维导图在自动控制原理教学中的应用[J].中国教育技术装备，2013，（32）：55-56.

[4]王聪慧，熊健.机械原理课程教学内容改革的探索与实践[J].长春大学学报，2013，23（6）：76-77.

[5]肖月华.思维导图在财经法规教学中的应用[J].科技资讯，2007，（2）：88-90.

[6]吴奇.地理教学中运用思维导图促进地理学习的研究[D].广州大学，2012：82-84.

[7]程可拉.我国外语教学改革的思考.基于21世纪人类学习革命的背景[J].中国教育学刊，2006，（2）：55-58.

[8]魏军英，李学艺.基于创新能力培养的机械原理课程教学改革探索[J].大学教育，2015，58（4）：160-161.

[9]郑礼平，玉石，王丹.基于“互联网+”背景下继续教育协同创新机制的研究[J].高等继续教育学报，2016，29（3）：11-16.

[10]完颜炫晖.基于微课的翻转课堂教学模式在大学英语教学中的应用[J].校园英语旬刊，2017，（18）：46-47.