疫情背景下机械原理课程设计在线课程建设与实践

顿国强

摘  要：针对新冠疫情现状，响应教育部“停课不停学”的号召，本文利用超星学习通建立了“机械原理课程设计”的在线课程，内含压床机构的SolidWorks建模与仿真，提出了“QQ群+钉钉视频会议+超星学习通”的教学模式，顺利完成本校机械电子工程专业2018级的课程教学，根据工程教育专业认证的要求，并将其与采用传统课堂教学的2017级进行对比。结果表明，2018级的整体成绩保持稳定的基础上，成绩更趋于集中，且中等、及格部分的学生数减少，良好部分增多，多数指标点达成度有所提高，在线课程教学的引入，保证了专业疫情背景下的教学质量，因激发学生学习兴趣而提升了学习的自主性和积极性，教学效率提高，加深了学生对理论知识的理解，可为其他兄弟院校提供一定的借鉴。

关键词：机械原理课程设计  超星学习通  SolidWorks 仿真  在线教学  评价对比

中图分类号：G642                            文献标识码：A                  文章编号：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年高校的正常开学和课程教学产生了巨大的影响，教学秩序遭受了严重冲击，教育部出台的《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》要求各高校要在保障师生安全的基础上，采用线上教学的方式，保证疫情期间的教学进度及质量，实现“停课不停教、停课不停学”的目标。东北林业大学机电工程学院在2020年2月的假期间就布置了任务，并进行了网络在线课程建设及实践教学的相关培训，东北林业大学的网络教学平台提供了相关的技术支持。基于超星学习通平台，笔者有针对性地建立了机械原理课程设计的在线课程，并结合“课程QQ群”“钉钉会议视频答辩”“EV录屏录制课程讲解”“SolidWorks建模与仿真”等技术手段，顺利完成了本学期教学任务。

机械原理课程设计是本校机械电子工程专业机械原理课程的一个重要实践环节，亦是学生在大学期间利用已学过的知识进行首次比较全面的、具有实际内容和意义的课程设计，通过该课程设计可使学生深入理解并系统掌握机械原理课程的基本原理和方法，其主要任务包括采用图解法对压床主体的连杆机构进行运动分析及偏心滚子凸轮机构设计两部分，为防止抄袭，课程设计内容全部手绘及手写完成。笔者本次授课班级为机电18-01-4共计4个班，110人。开课前，学生已完成了高等数学A、机械工程制图A、理论力学、材料力学B、机械原理等相关课程，具备了完成本课程设计的数学、力学、制图及机械原理的基础。

1  课程设计任务

本校机械原理课程设计的任务包括压床六杆机构[1]的运动分析及凸轮机构设计，压床六杆机构如图1所示。其主要包括由杆1、2、3构成的曲柄摇杆机构及由杆3、4与滑块5构成的摆杆滑块机构组成，其中杆1为原动件，顺时针旋转，通过杆2、3、4带动滑块5上下往复运动。机构中个构件的初始参数：X1=70mm;X2=200mm;Y=315mm;LAB=70mm;LBC=320mm;LDE=225mm;LCD=150mm;LEF=60mm;n=100rpm;φ1=61.04°;φ=117.79°。

凸轮机构设计为偏置直动滚子从动件盘形凸轮设计，其中推杆升程h=28mm，偏距e=12mm，基圆半径rb=30mm，滚子半径rr=10mm。从动件运动规律：凸轮转过60°，从动件以余弦加速度运动规律上升，其后转过30°，从动件保持不动。再转过60°，从动件以余弦加速度返回原处，其后转过210°，从动件保持不动。凸轮与曲柄以ω1逆时针回转。

课程设计要求如下。

（1）绘制机构运动简图（8个位置，其中一个位置用出粗线画出），用相对运动图解法求滑块在各位置时的速度VF和加速度aF，并做滑块的位移、速度及加速度图（绘在1号图上）。（2）设计该凸轮机构，绘在2号或3号图上。（3）编写机械原理课程设计说明书，说明求解过程。课程设计总计5d，教学内容及学习分配：①设计任务要求布置与机构方案设计（1d）;②六杆机构运动分析（2d）;③凸轮机构设计（1d）;④总结整理说明书（1d）;。每位学生最终上交档案袋一个，封面写清专业、姓名、学号、班级、材料明细，档案袋底部写清楚专业班级、姓名、学号;档案袋内包括说明书1份，说明书前面附上设计任务书，左侧装订，1号图纸1张（六杆机构），2号或3号图纸1张（凸轮机构设计）。

2  基于超星平臺的在线课程建设

基于超星学习通平台[2]建设机械原理课程设计在线课程界面如图2所示，包括课程教师电脑端及学生手机端APP，课程后台包括首页、活动、统计、资料、通知、作业、考试、分组任务（PBL）、讨论、管理等模块，教师可通过首页编辑课程的章节架构体系，上传文字、图片、音频、文档、动画及视频等资源，并通过通知、签到、作业、讨论、问卷等教学活动组织管理学生[3]。学生可通过手机端APP完成课程的学习。

机械原理课程设计在线课程的章节架构及内容如图3所示。课程资源包括视频5个（总时长2h）、40个文档（PDF、Word、Excel）、30个图片、动画1个。

在线课程包括6章节内容。第1章介绍课程及任课教师。第2章教学大纲及课程任务书，包括机械电子工程与机械设计制造及其自动化2个专业的教学大纲、可下载的课程任务书、教学内容的学时分配、课程教材、参考书及课设指导书（东北林业大学机械设计教研室自编）。第3章，笔者首先利用SolidWorks建立了压床六杆机构的仿真模型，并利用其内置插件Motion模块[4]完成了机构的运动仿真，获得各个构件的运动轨迹及滑块的位移、速度及加速度曲线，并完成数据的导出[5]。其次，利用SolidWorks完成凸轮机构的设计，同时，对2个机构的设计及仿真过程利用EV录屏软件配以讲解录制设计仿真讲解视频，基于SolidWorks的压床机构设计与仿真如图4所示。第4章，选取了2016级与2017级2个年级的优秀、良好、中等、及格与不及格等级的上交材料，每个年级各1套进行扫描，对包含作者信息部分进行覆盖涂改，整合成pdf文件，设置文件不可下载。第5章，从知网下载连杆机构图解法、压床六杆机构及凸轮机构设计及仿真的文献。第6章，包括百度文库下载的其他院校的机械原理课程设计资料和B站上（哔哩哔哩网）的机械原理课程设计视频连接。利用超星网课教师端的管理-班级管理功能建立“机械电子工程2018-01-4”班级，生成课程二维码及课程邀请码。

在线课程教学实践课设于17周开课，鉴于疫情实际[6]，笔者于16周的周一利用QQ建立“2018级机械原理课程设计”QQ群，要求学生加群并按要求修改备注名（机电3-张三;机电1-李四（班长）），文件上传超星在线课程的邀请码及二维码，要求学生安装手机APP并添加课程，带学生完成加群、加课等内容后，利用QQ群（QQ电话/分享屏幕）直播讲解上课方式、课设内容、布置课设任务，并群上传课程设计任务书等资料，同公告发布机械原理课程设计任务要求、考核方式与成绩评定标准，如此，学生可在课前预先完成部分课设内容。第17周开课后，利用钉钉对东北林业大学内部组织架构中机械电子工程专业2018级4个班采用视频会议的方式，每天上下午各设置1h的课设答疑，并由超星学习通每天发布2次签到，课设完成后要求每个学生将自己的课设材料（1个档案袋、2张图纸、1份说明书）拍照片，上交自己班级的班长，由班长检查合格无缺失后统一汇总给任课教师。于18周周一开始利用钉钉视频会议对学生进行分5批次答辩，总时长11h45min的课设答辩，答辩采用评分表打分方式进行，内容包括六杆机构、凸轮机构、说明书、在线课程4部分，每部分问2～3个问题，按回答实际情况进行分级打分，并求和计算最终答辩成绩（见图5）。东北林业大学2020年8月末学生返校后，上交所有课设材料，并按照材料实际完成质量，对图纸及说明书进行批阅打分。

3  基于专业认证的课程评价

根据工程教育专业认证[7]要求，本校机械电子工程专业2017级与2018级学生机械原理课程设计的教学大纲为2018版（修订版），期望通过机械原理课程设计完成预期教学目标，并满足专业毕业要求的指标点，机械电子工程专业机械原理课程设计教学目标与毕业要求对应关系如表1所示。

机械原理课设总成绩为百分制，由5%的平时成绩（课堂考勤及平时表现2017级、在线课程2018级）、60%的绘图质量及设计的合理性（六杆机构图纸及凸轮设计图成绩）、20%的说明书撰写和15%答辩成绩四部分组成，对两届学生的课程成绩进行统计，2017级及2018级学生的最高分、最低分、平均分、分值标准差分别为97、95，60、66，79.4、78.9，8.87、6.83，相较采用传统教学的2017级（114人），疫情条件下采用在线课程教学的2018级（110人）学生的平均成绩有0.5分的降低，在选课人数基本相等的基础上，基本保持不变，最高分减小，最低分增大，整体成绩分布更趋于集中，两届学生的成绩等级分布如图6所示，相较于2017级，2018级优秀人数基本持平，良好人数增加10人，中等及及格人数相对减少，其中及格人数减少11人，较为明显，由上述成绩分析可以看出，虽然2年的成绩基本不变，但成绩的分布情况发生了较为明显的变化，学习成绩位于中下等水平的有显著的提高，整体的成绩分布有向上偏移的趋势。

根据工程教育专业要求，对2届学生的课程目标对应的指标点达成度进行计算，统计结果见表2。

2年课程达成度均达到完成的标准，即所有的指标点的达成度均高于0.7，除指标点3-3由0.809降到0.769外（指标点3-3对应上交的材料为图纸完成的质量分值，因疫情影响，学生需要在家完成图纸的绘制，绘图工具需要网购，且无专业的绘图图板，因此，对此部分的成绩产生了一定的影响），其他指标点皆有所上升，由2年成绩的分布状况可知，目标达成度在满足完成的基础上，多数指标点有所上升，在进行2018级课设的过程，相较于2017级，由于在线课程的引入，在课前，学生可通过超星学习通了解课设的任务内容，课中利用网课的资源（基于SolidWorks的机构设计及仿真、相关文献、历届生资料及网络资源）辅助课程设计，加深对理论知识的理解，由超星签到及钉钉视频会议答疑对课设进行实况监管，平时问问题、图纸出错的情况有所减少，答辩质量较好，课设完成的进度相对2017级提前，教学效率提高，课程设计的课程质量及教学效果皆有向好的方向发展的趋势。

4  结语

针对疫情背景的实际，本文利用超星学习通建立了“机械原理课程设计”的网络在线课程，并用其与SolidWorks机构建模、仿真、QQ群、钉钉视频会议等技术手段结合，顺利完成本校机械电子工程专业2018级的课程教学，根据工程教育专业认证的要求，并将其与采用传统课堂教学的2017级进行对比，整体成绩保持稳定的基础上，成绩更趋于集中，且中等、及格部分的学生数减少，良好部分增多，多数指标点达成度有所提高，在线课程教学的引入，保证了疫情背景下专业教学的质量，教学效果良好，教学效率提高，并激发了学生的学习兴趣，加深了学生对理论知识的理解，提升了学习的自主性和积极性，可为其他兄弟院校提供一定的借鉴。

参考文献

[1] 王园，唐家福.基于SolidWorks的压床六杆机构运动仿真[J].农业装备与车辆工程，2019，57（9）：96-98.

[2] 王文君，冯丽娟，向灿辉，等.基于“超星泛雅平台+学习通”快速完善课程的技巧和实践[J].大学化学，2020，35（5）：169-173.

[3] 于彩敏，李芳，李云峰，等.基于超星学习通平台的混合式教学模式应用与实踐——以“工程力学”课程为例[J].无线互联科技，2020，17（15）：107-110.

[4] Zhang Jinxi，Luo Shuangbao，Xu Bangyi，et al.Vehicle auto tracking simulation based on solidworks motion[J].Machine Tool & Hydraulics，2020，48（6）：150 -154.

[5] 陈修龙，陈天祥.机械原理课程设计中机器人机构的动力学建模与仿真[J].实验室研究与探索，2021，40（2）：109-114.

[6] 宋其江，张佳薇，李丹丹.疫情背景下“道术相合”理念驱动在线教学的研究与探索[J].科教文汇（上旬刊），2020（11）：42-43.

[7] 李三平，李滨，郭艳玲.专业认证背景下机械电子工程专业的课程体系建设与实践[J].科教文汇（上旬刊），2018（9）：55-56，59.