（机械电子工程专业论文）《运动力学》网络课程开发.pdf

运动力学网络课程开发 硕士研究生： 导师： 学校： 陈为华 许映秋教授 东南大学 近年来，职业技术学校学生人数剧增。而师资的不足制约了学校规模的进一 步扩大和教学质量的提高；终身学习的理念正被越来越多的人接受，网络教育是 进行终身教育的有效手段之一。网络教育具有时空不受限制、资源共享、交互性 强等特点，开发运动力学网络课程可以促进职业技术学校的进一步发展和满 足终身学习的需要。 本文在系统需求分析的基础上，建立了系统功能模型。为实现与传统教学相 似的教学环节和课的基本结构，在建构主义学习理论和网络课程设计原则的指导 下，进行网络课程的教学内容设计和教学支撑环境设计。 为使学生在网络环境下更好地自主学习，本文进行了课程内容、学习指南、 资源库、在线评价四个方面的教学内容设计；为了学生之问更好地进行协作学习， 本文进行了网上留言、在线讨论两个方面的教学支撑环境设计。重点阐述了网络 课程开发中课程目录导航、在线评价、网上留言和在线讨论四个模块的程序设计 方法。 结合网络课程开发过程，本文探讨了脚本的编写要求，确定了脚本的类型和 卡片的格式，总结了网络课程素材制作过程中所用的关键技术。 关键词：网络课程，教学内容设计，教学支撑环境设计，程序设计，脚本 d e v e l o p m e n to fm o t i o nm e c h a n i c sn e t w o r kc o u r s e b yc h e nw e i h u a s u p e r v i s e db yp r o fx u y i n g q i “ s o u m e a s tu n i v e r s 时 i nr e c e n ty e a r s ，t h ep o p u l a t i o no fv o c a t i o n a l t e c h n i c a ls c h o o ls t u d e n ti sj n c r e a s i n gw i t hah j g hs p e e d b e c a u s eo ft 1 1 et e a c h e r s i n s u 塌c i e n t ，i ti sd i f n c u l tt oe x p a n dt h es c h o o ls c a l ea n di m p m v et 1 1 et e a c h i n g q u a l i 吼a sw ea l lk n o w t h el i f e l o n gs t u d yc o n c e p th a sb e e na c c e p t e db ym o r ea r i dm o r ep e o p l e t h e n e t w o r ke d u c a t i o ni sa ne b c t i v em o t h o do f1 i f e i o n ge d u c a t i o n t h en e 聃o r ke d u c a t i o nh a ss o m e a d v a l l t a g e s ，s u c ha s ，u 工1 l i m j t e d0 nt h es p a c ea n dt i m e ，r e s o u r c e ss h a r e da n dt h es 仃0 n gi n t e r a c t i v i 够 d e v e l o p i n gt h en e t w o r kc o u r s eo fm o t j o nm e c h a l l i c sc a np m m o t et h ev o c a t i o n a l t e c h n i c a ls c h o o l d e v e i o p m e n ta n ds a t i s 母t h el i f e l o n gs t u d yn e e d b a s e do nt h es y s t e mr e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，m es y s t e mf u n c t j o nm o d e l i se s t a b l i s h e d i no r d e rt or e a l i z e t h et e a c h m gp r o c e s sa 1 1 dc l a s ss t r u c t l l r es i m i l a rt 0t h e 仃谊d i t i o n a l t e a c h i n g 。t h et e a c h i n gc o n t e n ta n d s u p p o n i n ge n v i r o n m e n to fn e t 、v o r kc o u r s ea r ed e v j s e da c c o r d i n gt ot h et h e o 哆o fc o n s t r u c t i v i s ma n d 血e d e s i g np r i n c i p l eo f n e t w o r kc o u r s e t h ec o u r s ec o n t e n t ，t h es t u d yg u i d e ，m er e s o u r c e sd a t a b a s e ，m eo n 一1 i n ee v a l u a t i o na r ed e s i g n e dt oh e l p t h em e m b e r ss t u d yi n d e p e n d e n tu n d e rn e 艄o r ke n v i m n m e n t i no r d e rt of 乱i l i t a t et h em e m b e r st os t u d yi n l l d b o r a t i o n ，t h eo n l i n ed i s c u s s i o na n dm e s s a g eb o a r dm o d u l ea r ed e s i g n e d t h ep r o g r a f nd e s i g nm e m o d o fc o n t e n tn a v i g a t j o nm o d u l e ，o n - 1 i n ee s t i m a t j o nm o d u i e ，m e s s a g eb o a r dm o d u l ea n do n 一1 i n ed i s c u s s m o d u l ea t ee l a b o r a t e d d u r i n gt h en e t 、v o r kc o u r s ed e v e l o p i n g ，t h ec o m p l i er e q u e s t so fs c p ta r ed i s c u s s e da n dt h et y p e so f s c r i p ta r em a d ec e r t a i n t h ek e yt e c h n o l o g i e si ns u b j e c t - m a 慨rp r o d u c t i o no fn e t w o r kc o u r s ea r e s u m m a r i z e d k i e y w o r d s ：n e t w o r kc o u r s e ，d e s j g no f t e a c h i n gc o n t e n td e s 培no f s u p p o r t i n ge n v i m n m e n t ， p r o g r a md e s i g ms c r i p t i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生硌雌哗日期：一 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 一懿：哗新虢避 第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 中等职业教育的招生人数从2 0 0 1 年的3 9 8 万人增加到2 0 0 3 年的5 1 5 万人，增长2 8 。高等职 业教育面向经济社会发展培养高级技能人才，1 9 9 8 年至2 0 0 3 年，高职在校生从1 1 7 万人增加到4 8 0 万人，增长了3 1 倍，占普通高校在校生总数的4 2 。 目前，我国还有1 1 5 0 万国有企业下岗失业人员，数以亿计的农村富余劳动力急需进行技能培训； 我国高级技工、技师占技术1 人总量的比例只有3 5 左右，远远低于发达国家2 0 至4 0 的水平。 我国每年大约有2 0 0 0 万初中生毕业，其中7 0 0 多万人升入普通高中，5 0 0 多万人进入职业学校，还 有7 0 0 多万人，主要是农村初中毕业生，没有机会接受职业教育和培训，直接进入劳动力市场。 2 0 0 5 年3 月2 日，贯彻落实全国职教会议精神经验交流会暨2 0 0 5 年度职成教育工作会议在泸 州市召开。教育部部长周济在会议上讲话中强调，要以科学发展观为指导，把中等职业教育作为教 育事业的一个战略重点，摆在更加突出的位置，大力推进中等职业教育快速健康发展，今年下决心 增加招生1 0 0 万人，达到6 5 0 万人，争取到2 0 0 7 年实现中等职业教育与普通高中规模大体相当、协 调发展。 学校培养出的技术工人日益得到企业的青睐，得到家长、学生的认同。职业技术学校学生人数 剧增，由于现有教学资源满足不了教学需求，学校通过租用场地、聘请教师等方式解决燃眉之急。 学生素质总体呈下滑趋势，又分散在不同校区中，增加了学校管理的难度；外聘教师缺乏教学经验 而且业务素质参差不齐；专职教师承担着繁重的教学任务而没有精力从事教学研究。因此职业学校 的教学质量得不到保证。学校的硬什设施可以在短期内添置，然而师资在短期内不能满足教学需要， 师资的不足制约了学校规模的进一步扩大和教学质量的稳步提高。要在短期内解决师资不足的难题， 开发合适的网络课程是有效途径之一。所谓网络课程是指按一定教学目标和教学策略组织起来的、 适宜在网上使用的、主要通过网络传递教学内容、实施教学活动的教学材料和课程，结构上分为教 学内容和教学支撑环境两个组成部分h 。 随着知识经济时代的到来，知识更新的周期越来越短，新技术、新知识、新工艺、新材料不断 涌现，对从业人员的技术要求越来越高，为了适应工作岗位的需要，在职人员接受继续教育的人数 逐年增加，终身学习的理念正被越米越多的人接受例【4 j 。参加培训的学员住地分散，业余时间不同 步，知识结构、文化水平各不相同，组织集中面授难度较大，结果是学员出勤率低，学习效果较差。 为了满足不同教育对象的需求，教育手段必须突破以往的单一教学模式。国际互连网为教育提供了 一种行之有效的方法。如果将培训的教学内容放在网络上，在职培训学员可以根据自身情况，确定 学习时间和学习进度，这样可以减轻学员的辛苦程度且能提高学习效果。另外，网络课程的知识更 新比较方便快捷，相关教育资源比较丰富，学员可以获得宽广而新颖的知识。为了适应继续教育的 发展，需要尽快开发网络课程9 j 。 发展网络教育，构建终身教育体系是教育信息化的一项重要任务。1 9 9 9 年1 月国务院转批的教 育部面向二十一世纪教育振兴行动计划为我国制定了跨世纪教育改革与发展的宏伟蓝图，该计 划把“实施现代远程教育工程，形成开放式教育网络，构建终身教育体系”作为振兴教育的重要措 施之一h 。通过该工程的实施，可以有效发挥现有各种教育资源的优势，符合世界教育发展的潮流。 实施“高等学校教学质量和教学改革工程”，是教育部为不断提高教学质量而推出的一项重大举措， 同时也是教育部2 0 0 3 2 0 0 7 年教育振兴行动计划的重要组成部分。精品课程建设是“质量工程” 东南大学硕士学位论文 的重要内容之一，教育部计划用五年时间( 2 0 0 3 2 0 0 7 年) 建设1 5 0 0 门国家级精品课程，利用现代 化的教育信息技术手段将精品课程的相关内容上网并免费开放，以实现优质教学资源共享，提高人 才培养质量。 运动力学网络课程正是在这样的背景下开发的。 1 2 网络课程发展现状 2 0 世纪9 0 年代，由于国际互联网f i n t e m e t ) 技术的发展与普及，在此基础上网络大学、网上学 校以锐不可挡之势迅速发展起来。在美国，为学生进入2 l 世纪作好准备，联邦政府用数亿美元推动 所有中小学生使用计算机，整个计划每年开支达1 0 0 2 0 0 亿美元。美国提出“到2 0 0 0 年，要让每个 1 2 岁孩子上i n t e m e t ”的目标己基本实现。日本政府计划从1 9 9 8 年到2 0 0 1 年所有初中和高中全部 入网，到2 0 0 3 年所有的小学全部上网。从1 9 8 9 年开始，英国在全国范围内的所有高等院校中实施 了一项称之为“计算机用于教学创新”的庞大项目，其目标是要通过计算机、多媒体与远程通讯技 术相结合，实现对高等院校所有学科从教学模式、教学内容到教学组织形式的彻底变革j 。 与西方发达国家相比，我国远程教育起步晚些。1 9 9 5 年由国家教委组织、在国家计委的支持下， 中国教育和科研网( c e r n e t ) 示范工程正式立项建设。1 9 9 9 年国家教育部正式批准清华大学、北京 邮电学院、浙江大学、湖南大学为我国首批开展远程教育的试点院校，各地电视大学也开始利用现 代科学技术发展网上教育。到目前为至，教育部已经批准6 7 所大学开设远程网络学历学位教育。 纵观网络课程的发展历程，从最初的文本加图片的静态网页形态发展到将教师的讲稿做成 p 0 w e r p o i m 文件放在网上或者直接把p o w e r p o i n t 形态的讲稿转化网页，再进一步发展为将教师的讲 课录像用流媒体的方式在网上播放”j 1 9 】，这三种形式的网络课程都充分体现了教师的主导作用，但 忽略了学生的主体作用，学生只能被动地接受知识。 “新世纪网络课程建设工程”第一期分三批共立项3 2 1 个，这批项目的研发集中了国内高校的 优秀教育资源，体现了“名师、名校、名课程”的建设原则，因而代表了我国网络课程的最高水平。 教育部高等教育司在北京举行了“新世纪网络课程建设二r = 程”项目第一次验收会，总体感觉良好， 功能齐全完整，表现手段向综合型、立体型发展，信息量大、素材多，页面清新明快，在实验教学 和教学设计方面也有所突破，确实代表了国家网络课程的开发水平【l 。 参加验收课程所具有的优点有：教学内容呈现方式多样化，导航系统方便灵活，注重网络教育 的特点，课程具有开放性( 内容的开放和技术的开放) ，注重交互，实现了完善的虚拟实验。 此次验收课程仍存在的问题有：忽略远程教育的教学设计，人工智能辅助教学水平仍有待提高， 对学生学习开放程度不够，存在符号输入问题。 目前已经在i n t e m “上发布的运动力学网络课程多是由高等院校设计与制作的，这类课程 理论性强，不少篇幅是讲解公式、定理的推导过程，联系工程案例较少，适合于学术研究型人才的 培养。高等职业技术学校的教育目标是为社会培养高级应用型人才，以提高操作技能为主要目的， 学习的理论知识要能直接为生产实习服务，因而要求教材侧重于知识的应用，尽可能理论联系实际， 所以当前网上发布的网络课程不太适合于高等职业学校的教学。目前由高等职业学校开发的运动 力学网络课程还较少j 。本课题以满足学生自主学习为前提，遵循“够用为度”的原则开发运 动力学网络课程。 1 3 课题目的与意义 1 3 1 网络教育与传统教育 近几年来，网络教育迅速发展，网络教育由于自身固有特点1 “，对传统教育产生巨大冲击，推 2 第一章绪论 进了新型教育模式发展。网络教育相对于传统教育而言，更有其独特优势i ” 】： 1 ) 突破时空限制，打破传统封闭式办学模式 由于基于i n t e m e t 网上教学具有覆盖面广的特点，只要学生连入网络，就可以在任何时间、地 点利用教学资源进行学习，形成“无围墙”的开放学习模式。 2 ) 教学资源共享 在传统教育模式中，受到时间、地点及教学资源的制约，不是每位学生都有机会享受到高水平 的教育，利用i n t e r n e t 可以把优秀教育资源放在网络上，在较大范围内使 = i i ，可以提高学校的整体 教学水平和办学能力，同时网络服务器上的各种教学资源库、信息库、数据库可以提供给广大学生 进行交互式的资料查询和网上学习，并且有音频、视频资料库为用户提供丰富的多媒体教学资源， 满足学生的学习需要。 3 ) 教学内容组织方便灵活 随着社会需求的变化米调整某些专业方向，以适应社会对人才的需求。网络教学内容一般是存 放于特定的服务器中，利用网页中超级链接获取教学内容，对教学内容和教学时间进行调鹑，以适 应各种特殊的学习需要。 4 ) 交互性给学生提供强有力的支持 通过电子邮件、b b s 、虚拟现实等技术，实现学生与教师、学生之间、学生和内容的双向交流， 能及时获取学生的学习信息，并迅速做出反馈，及时解决学生所遇到的问题。 5 ) 为合作学习创造更大的可能性 建构主义者认为，学生以自己的方式建构对事物的理解，不同的人对事物理解不尽相同。通过 学生的合作，使得理解更加深刻、全面。教学过程中的双向或多向交流与学习规律相吻合，能够有 效地发挥学生学习的主动性和创造性，从而在更高层次上掌握知识。 6 ) 网上教学更能满足学生的个性化要求 在网络环境中，丰富的教学资源、全球化的学习资料、各种充满个性化的教案和多种媒体和多 元表征知识的形式，不仅支持了学生自主地、探索式地学习，而且足以适应学生的个体差异，允许 每一个学生自己营造出符合自己意愿的学习环境，寻找到自己需要的学习内容，以适合自己认知特 点的方式，完成自己制定的学习任务，达到更高的学习目标。网络环境下的教学保证了较差的学生 达到较低教学目标、优秀的学生达到更高学习目标的多层次教学。 1 3 2 运动力学课程特点 运动力学课程主要内容有：描述点的运动速度、加速度的三种方法；点的速度、加速度合 成定理；刚体的三种运动方式( 即平行移动、定轴转动、平面运动) 速度及加速度表示方法：动力 学基本方程；动量定理、动量矩定理；动能定理；动静法。 通过对运动力学教材研究，可知运动力学课程具有以下特点： 1 ) 涉及知识面广 与物理相关的知识有：质量、质心、位移、速度、加速度、角位移、角速度、角加速度、矢量 的合成与分解、冲量、动量、力和力矩、惯性、功和能、功率、效率等。 与数学有关的知识有：坐标系、参数方程、欠量的表示方法、导数、积分、三角函数等。 与机械制图有关的知识：机械识图能力等。 与工程材料有关的知识：金属材料的强度、刚性、弹性变形、塑性变形等。 与机械零件有关的知识：轴、齿轮、带轮、四连杆机构、传动比等。 2 ) 理论性强 运动力学课程中多数结论是运用物理、数学知识，并经过复杂推导而获得的，从下面两个 举例中可以得到验证。 东南大学硕士学位论文 例如，描述点的运动。首先建立矢径形式的运动方程，然后通过求运动方程的一阶导数获得直 角坐标形式的速度方程，再求运动方程的二阶导数获得直角坐标形式的加速度方程。 再如，求积分形式质点的动量定理分五个步骤：一是根据冲量定义建立方程式；二是将时间变 为无穷小获得元冲量；三是根据动量的定义获得元动量的表达式：四是元动量等于元冲量；五是对 第四步等式两边在时间t 1 和t 2 上积分。 3 ) 实践性强 运动力学课程的任务决定了学习理论目的是为实践服务。运动力学课程从研究点的运动 规律推广到质点系运动规律，再进一步推广到刚体运动规律。工程实例中的轴、齿轮等就是刚体。 1 3 t 3 开发运动力学网络课程的目的 开发运动力学网络课程的目的有以f 三个方面： 1 ) 满足宽基础的需要 通过对运动力学课程特点的分析，依靠传统课堂教学方式，要完成学习目标，学生需要有 很宽的理论基础，即需要较好地掌握数学、物理、工程材料、机械零件等课程的相关知识。事实上， 由于高等职业学生米源于高考落榜生、中专毕业生、技工学校毕业生，因而他们的文化基础较差。 另一方面，由于高等职业学校理论和实习的课时大致相等，用于理论的课时就会比高等院校少得多， 所以只有少部分学生具各这样的基础知识。在传统的课堂教学过程中，为了在规定的课时内完成教 学任务，教师在课堂上不可能花费大量时间讲解这些预各知识，因而只有少数学生能够听懂。部分 学习态度认真的学生能够利用课余时间到图书馆查阅资料，继续学习，往往是事倍功半。少部分学 生因为跟不上讲课进度，又缺乏足够的学习主动性，最终选择放弃学习这门课程。 利用网络课程进行教学，在教学内容设计时，将涉及到的概念、定理、公式等超级链接资料库， 对于基础好的学生可以跳过去不学，而对于基础较差的学生可以根据自己的水平选择学习内容和学 习进度，在掌握了旧知识的基础上构建新的知识体系。 不论是用于远程教育还是作为传统课堂教学的补充，开发运动力学网络课程是十分必要的。 2 ) 满足直观教学的需要 传统的运动力学教材是由文字和静态图片构成。传统的课堂教学依靠教师讲述来说明图片 要表达的含义，由于图片是静态的，能够传递的信息少，需要学生充分发挥想象力，学生在课堂上 一旦有一句话听不懂，那么整个图所要表达的含义就不能理解，从而影响对整堂课教学内容的理解。 利用网络课程进行学习，多以动画形式来表达原来静态的图片，学生可以通过点击“播放”按 钮，反复观看动画直至看懂为i r 。动画形象直观，且能吸引学生的注意力和激发学生的学习兴趣。 网络课程是将抽象文字和静态图片形象直观化的最好方法之一。 3 ) 满足联系实际的需要 运动力学的教学内容与生产实践紧密联系，传统的教材很少从工程实例导入学习内容，通 常是首先引入概念再加以解释、分析、推导等，以文字叙述为主，较少应用图片，所用图片也是静 态的，这种教材适合于教师讲授，不利于学生在自主学习时构建自己的知识体系。利用网络课程可 以为学生创设良好的自主学习环境，以图片、动画、视频等方式介绍学生熟悉的工程实例米导入新 的学习内容，创造出符合学生认知特点的学习情境，可激发学生的学习兴趣。 1 3 4 开发运动力学网络课程的意义 为了充分发挥当前教育资源优势，实现教育资源共享，适应全世界教育发展潮流，需要开发一大 批网络课程。目前高等职业学校开发的网络课程数量相对较少，主要是受技术条件和经济条件的制 约。本课题的研究可以为开发高等职业技术教育方面的网络课程积累经验，搭建一个开发网络课程 的技术平台。开发网络课程还具有下列意义： 4 第一章绪 论 1 ) 实现教育的信息化 发展现代远程教育、构建终身学习体系是教育信息化的一项重要任务。现代远程教育是随着现 代信息技术的发展而产生的一种新型教育方式。 2 ) 培养创新人才 创新人才具有创新意识、创造性思维和创造能力。创新人才的培养是实施素质教育的重点，创 新人才的培养必须依靠现代技术手段网络教学具有学习资源丰富、交互性强、教学内容丰富、使 用操作方便等特点，因而能激发学生的创新意识。 3 ) 课程教学模式改革的需要 面对日新月异的科学技术，我们的教育观念、教育体制、教育结构、教学内容和教学方法都显 得相对滞后。因此，必须改革传统的课程教学模式和教学方法，借助于多媒体和网络通讯技术，探 索出新型的教学模式和教学方法。 4 ) 终身教育的需要 科学技术的发展使知识的更新达到前所未有的速度，对社会的每一个成员提出了更高的要求， 社会成员为了适应不断进步的社会，必须不停地学习，不断地调整自己的知识结构。开展网络教育 符合终身教育的需求。 1 4 课题研究的主要内容 本课题研究的主要内容如f ： 1 ) 在网络学习理论和教学论的指导下，探索网络环境下的学习模式，对网络课程软件系统进行 需求分析，形成系统的功能模型，完成教学内容设计和教学环境设计。 2 ) 进行脚本编写，制作网络课程所需要的文字、图片和动画等媒体素材，运用网页开发工具合 成网络课程，进行试运行和调试。 3 ) 运用脚本语言进行编程，实现教学内容和教学环境的交互功能。 4 ) 对网络课程进行发布和维护。 东南大学硕士学位论文 第二章网络课程系统分析 网络课程系统分析就是对系统进行需求分析，根据分析结果确定系统的功能模型。 2 1 网络课程系统需求分析 系统需求分析就是对学生、学习需要、学习目标、学习内容等方面进行分析，确定系统所需要 提供的功能【1 5 】1 1 6 】【1 7 i 。 2 1 _ 1 学生分析 教学设计的一切活动都是为了促进学生自主学习。教学目标能否实现，要通过学生的学习活动 和学习效果体现出来，而学生作为学习活动的主体，在学习过程中通常和自己的学习特点联系在一 起。学生分析主要是了解学生的学习准备情况及其学习风格，为学习内容的选择和组织、学习目标 的阐明、教学策略的制定与媒体的选用提供依据【1 。了解学生的基本特征，是确定教学内容的教学 起点，也是网络课程设计依据。 本课程的使用对象主要是高职二年级学生。高职教育主要是培养学生运用所学知识，解决生产 第一线技术问题的能力，培养毕业生在技术、工艺和管理方面的可持续发展能力。高职学校的教学 特色是“一个中心，三个服务”，即一切以实习操作为中心，文化理论课为专业基础理论课服务，专 业基础理论课为专业工艺课服务，专业工艺课为实习操作服务。高职学生来源于高考落榜生、中专 毕业生、中技毕业生，其文化理论基础较差，在学习纯理论的知识时往往因遇到诸多困难缺乏学习 兴趣。高职学校的教学计划中理论和实习的课时各占一半，学生在实习时表现出较浓厚兴趣，一般 实习任务都能很好地完成，具有一定的生产实践经验。 高职学生由于已参加过一段时间的实习，所以具有一定的生产实践经验，在网络课程的教学设 计中尽可能引用丁程案例，为学生创设良好的学习情境。 2 1 2 学习需要分析 学习需要是指学生在学习方面目前状况与所期望达到状况之间的差距【1 。网络课程的使用对象 是高职二年级的学生，其已经系统学习过相关的文化理论课和专业基础理论课，如高等数学、机械 制图、金属材料、计算机应用基础、机械零件等，多数学生已具备独立学习运动力学网络课程 的能力。学生期望达到的状况是进一步深化学习全面掌握质点、质点系和刚体机械运动( 包括平 衡) 的基本规律和分析方法，为学习后续课程打下必要的基础，并为参加工作后继续学习和掌握新 的科学技术创造条件；初步学会利用运动力学的理论和方法去分析、解决一系列的工程实际问题。 依据建构主义学习理论，人们以自己的经验为基础构建现实，或者说解释现实。每个人的个人 世界总是用各自的头脑创建的，由于学生的经验以及对经验的信念不同，对外界世界的理解也就各 不相同，所以建构主义更关心如何以原有的经验、心理结构和信念为基础来构建知识”。在自主学 习运动力学网络课程时，学生在掌握物理、数学、机械制图、工程材料、机械零件等相关课程 的基础上，完成对新知识建构。 6 第二章嘲络课程的系统分析 2 1 3 学习内容分析 1 ) 网络课程学习内容分析 学习内容就是指为实现学习目标，学生系统学习知识、技能和行为经验的总和。学习内容的范 围规定了学生必须达到的知识和能力的广度，学习内容的深度规定了学生必须达到的知识的深浅程 度和能力的质量水平”u 口”。高职学生由于理论基础较差，在工作中侧重于理论知识的理解应用，对 于公式、定理的复杂推导过程可不作要求，选择内容时要降低知识的难度，够用为度。 ( 1 ) 运动力学课程性质和任务 运动力学是一门理论性较强的专业基础理论基础课，它为学习专业理论课打f 基础，也可 直接解决许多实际工程问题。运动力学课程研究质点、质点系和刚体机械运动的基本规律，其基 本概念、基本理论、基本方法为学习相关后续课程打好必要的基础，并为将来学习和掌握新的科学 技术创造条件。 运动力学课程的任务：使学生掌握质点、质点系和刚体机械运动( 包括平衡) 的基本规律 和分析方法；初步学会利用理论和方法分析、解决一系列的工程实际问题。课程理论严谨，系统性 强，可较好地培养学生抽象思维和辨证思维能力。本课程密切联系工程实际，实用性强，可培养学 生理论联系实际的作风和提高分析、解决问题的能力。 ( 2 ) 运动力学网络课程内容及建议学时 通常将工程力学”划分为静力学、材料力学、运动力学三篇，其中静力学和材料力学各有 五章i = j 容，所以运动力学网络课程内容是从第十一章至第十七章。 运动力学是研究物体运动状态的变化以及这一变化与作用在物体上的力之间关系。它包含 运动学和动力学两个部分。 运动学以几何的观点来研究物体的运动，如物体的运动方程、速度、加速度以及角速度、角加 速度等。它由点的运动、刚体的基本运动、点的合成运动、刚体的平面运动组成。 第十一章主要介绍用矢径法、直角坐标法、自然坐标法描述动点的运动方程，求动点的速度和 加速度。其中，矢径法主要用于推导速度、加速度的公式，直角坐标法和自然坐标法用于计算点的 运动方程、速度和加速度。 第十二章介绍刚体的平动和转动。刚体作平动时，刚体内各点具有相同的轨迹、速度、加速度， 因此只需要在刚体上找出一个便于研究的点即可代表整个刚体。刚体定轴转动时的转角、角速度、 角加速度分别对应于平动时的位移、速度、加速度，它们存在着相互联系。前三者是代数量，厉三 者是矢量。要学好本节内容，必须首先掌握自然坐标法求速度和加速度的知识。 第十三章的学习内容为动点的运动合成、速度合成和加速度合成，其中点的运动合成是速度合 成和加速度合成的基础。本章是学习第十四章刚体平面运动的基础。 第十四章叙述了刚体的平面运动简化方法，运用点的合成运动知识，将平面图形的运动分解成 随基点的平动和绕基点的定轴转动。 动力学引入质量、转动惯量等概念，研究物体受力或力偶作用及与所引起的物体运动变化之间 关系。它由动力学基本方程动量定理动量矩定理、动能定理、动静法这三章组成。 第十五章以动力学基本方程f = m a 为基础，推导出直角坐标、自然坐标形式的运动微分方程和 质点、质点系微分形式的动量定理、积分形式的动量定理。 第十六章介绍了功有常力的功、变力的功、重力的功、弹性力的功和力矩的功，动能有质点动 能和质点系动能，动能定理建立功和能之间的联系。 第十七章介绍了将动力学问题转化成静力学平衡问题的方法。 运动力学网络课程内容及建议学时如表2 1 所示。 7 东南大学硕士学位论文 表2 1 运动力学网络课程内容及建议学时 知识点建议 序号章名称 学时 决定点的运动的方法：求点的速度、加速度的矢径法t 求点的速 8 十一点的运动 度、加速度的直角坐标法；求点的速度、加速度的自然坐标法 刚体的平行移动：刚体的定轴转动；定轴转动刚体内各点的速度 8 十二 剐体的基本运动 和加速度；定轴转动刚体传动比的计算 点的合成运动概念：点的速度合成定理；牵连运动为平动时点的 8 十三 点的合成运动 加速度合成定理 十四刚体的平面运动刚体甲面运动的运动方程；平面图形内各点的速度 6 动力学基本方程动动力学基本方程；动量定理；质心运动定理；动量矩定理；刚体 1 4 十五 量定理动量矩定理定轴转动微分方程 十六动能定理力的功；质点的动能定理；质点系的动能定理；功率和功率方程 1 2 卜七动静法惯性力的概念：动静法；刚伴惯性力系的简化8 合计6 4 2 ) 学习内容关系分析 在课堂教学过程中，主要依靠教师的语言表达帮助学生建立学习内容之间的关系。明确知识点 之间的关系后，学生可根据知识的关系选择学习的路线，有利于学生建立自己的认知结构且能加深 对知识的理解。在网络课程中需要使用知识点结构图米表达。要建立知识点结构图，首先要确定课 程中有哪些知识点，它们之间存在着什么样的关系。 依据教学大纲，在确定学习 勺容之后，将学习内容分解为相对独立的两个大模块，即运动学和 动力学；再将运动学和动力学划分成相对独立的章、节、知识点；最后确定各个知识点之间的内在 联系。知识点之间的关系可分为四种类型1 2 4 】： 父子关系 将知识点以一定的顺序串接起来就可形成复合知识点，则复合知识点与子知识点的关系即为父 子关系。例如，点的合成运动是复合知识点，运动合成、速度合成、加速度合成是它的子知识点。 前导关系 在学习某一个知识点之前必须先学习相关的另一个知识点，这两者之间的关系即为前导关系。 例如，直角坐标法求速度、加速度是点的速度合成及加速度合成的前导知识点。 后续关系 在学习某一个知识点之后，由本知识点直接支持的知识点，这两者之间就直接构成了后续关系。 例如，点的运动直角坐标法、自然坐标法是矢径法的后续知识点。 平行关系 处于同一层上，知识点之间无父子关系或明显相互关联关系，学习时可以不分先后次序，它们 之间就构成平行关系。例如，点的运动直角坐标法与自然坐标法是平行关系。 在网络课程学习内容设计时，依据知识点之间的关系确定网页之间的链接关系。父子关系知识 点对应网页遵循先父后子的顺序；前导关系、后续关系知识点页面之间设置超链接，便于学生选择 学习路径；平等关系知识点的页面则并列呈现。 运动力学知识点的结构及相互关系如图2 1 所示。 翌三皇堕竺堡堡望墨堑坌堑 图2 一l 运动学知识点结构及相互关系 动力学知识点的结构及相互关系如图2 2 所示。 图2 - 2 动力学知识点的结构及相互关系 从图中可以清楚地看出知识点的层次关系、前导与后续关系。运动力学网络课程以知识点结 构图作为首页，从首页可以清楚地看出知识点之间的相互关系。每个章、节、知识点都与相应的页 面相超链接，学生可以随便从那一点开始学习。 9 东南大学硕士学位论文 2 1 4 学习目标分析 学习目标是指学生完成学习任务后应该达到的行为指标。可从认知领域、动作领域和情感领域 三方面确定学习目标。学习目标是在教学分析的基础上确立的。学习目标要求具有较强的可操作性 和可测性，是进行网络课程设计的依据o j i ”j 。 运动力学网络课程的学习目标划分为五个层次：识记、理解、应用、分析和综合。“识记” 是指对已有知识的回忆，以记忆为主：“理解”是指利用已掌握知识对新知识解释、推理的能力；“应 用”是指具有把学到的知识应用于新领域的能力；“分析”是指具有把复杂的整体知识材料分解为若 干个部分，并理解各部分之间关系的能力；“综合”是指将所学知识的各部分重新组合，形成一个新 的整体知识j 。 高职学生毕业后主要在生产一线工作，从事金属切削加工、机械装配与维修、工装夹具改造等 工作，学习运动力学网络课程的目的主要是提高应用知识的能力，因而对学生认知要求以应用、 分析、综合为主。在车削工件的球形表面时，大拖板的纵向进给运动和中拖板的横向进给运动合成 刀具的运动，要求理解“点的运动合成”这个知识点。在车削不同螺距的螺纹时，要求丝杠与主轴 有不同的传动比，需要更换车床上挂轮来改变传动比，需要学生能够应用“刚体定轴转动”这个知 识点。学习本课程还为机械零件课程设计、毕业设计或工作岗位中的技术革新提供技术支持。 本网络课程的学习目标如表2 2 所示。 表2 2 运动力学网络课程学习目标 学习甘标 章名称知识点 识记理解应用分析综合 求点的速度、加速度的矢径法 点的运动求点的速度、加速度的直角坐标法 求点的速度、加速度的自然坐标法 运动台成 点的台成运动速度合成 加速度合成 刚体平行移动 刚体基本运动 刚体定轴转动 刚体平面运动刚体平面运动速度 动力学基本方程 动力学基本方程质点、质点系动量定理 动量定理质心运动定理 动量矩定理动量矩与动量矩定理 _ 刚体定轴转动微分方程 力的功 质点的动能定理 动能定理 质点系动能定理 功率和功率方程 惯性力的概念 动静法质点、质点系的动静法 j 刚体作平行移动、定轴转动动静法 1 0 第二章网络课程的系统分析 2 2 网络课程的功能模型 建构主义学习理论基本观点认为，知识不是通过教师传授得到，而是学生在一定的情境中，借 助他人( 包括教师和学习伙伴) 的帮助，利用必要的学习资料，通过主动意义建构的方式而获得。 所以运动力学网络课程系统包含教! 学内容和教学支撑环境两大部分。教学内容为学生在网络环 境下进行自主学习和探索学习创设良好情境，教学支撑环境为学生之间进行协作学习创设情境。 学习内容是学生进行自主学习的主要知识来源，是教学内容主要组成部分，也是网络课程的主 体；一从学习目标分析可知，对于不同的知识点具有不同的学习要求，大多数高职学生理论基础较差， 在学习过程中靠其自身能力很难准确把握每一部分的学习目标，因而系统需要提供学习指南功能模 块，明确指出各章、节、知识点的目标层次，并给出学习建议，让学生根据不同的学习内容的目标 层次来选择相应的学习策略。 学习内容和学习指南构成课程内容。 在传统教学中，在讲授一章内容之后，教师通常以单元测验的形式了解学生对前一段知识的掌 握情况，以调整教学方法、教学进度和教学内容难易程度；学生也可以借此巩固和强化所学知识， 并根据测验结果改进学习方法、修订学习计划。在学期结束时，教师以期末考试的形式考查学生对 课程的掌握情况。在网络环境下，学生和教师处于分离状态，为了实现与传统教学相似的评价形式， 本网络课程通过练习测试模块来实现在线评价。在线评价有形成性评价和总结性评价。形成性评价 是对学生学习过程作出及时的评价，学生根据评价结果确定学习进度、调整学习策略；总结性评价 是对学生学完课程后所作山的总体评价，它综合反映了学生对整个课程的掌握程度。 高职学生来源于高中、中专、技校毕业生，他们的文化水平、知识结构差异较大，而学习新知 识是在原有知识的基础上进行建构的，所以在自主学习的情况下，为满足不同层次学生的需求，系 统需要提供物理、数学、机械制图、工程材料、机械零件等相关课程资源米帮助学生完成对新知识 的建构。 学生有在r 与有大量信息的基础之上，才能更好地自主学习，形成意义建构。同一个知识点从不 同侧面阐述，可使学生加深对所学内容的理解。学习内容模块提供给学生的信息量是有限的，丰富 的学习资源是建构主义学习的一个必不可少的条件。本网络课程提供了己在i n t e m e t 网上发布的与 运动力学课程相关的网址，为学生创设有意义的学习情境，便于学生进行主动探索、发现知识、 意义建构。 为了拓宽学生的知识面、激发学生对运动力学的兴趣，本课程搜集力学史、力学名人、力 学趣闻、力学前沿等方面的文章，形成网络课程的课外阅读模块。 相关课程、相关链接和课外阅读构成本课程的资源库。 课程内容、在线评价和资源库构成教学内容，它是学生进行自主学习和探索学习的基础。 在传统教学中，学生往往通过教师的课外辅导和同学之间的相互讨论来解决学习中遇到的问题。 学生在自主学习过程中，因其理论基础较差且本课程涉及到的相关知识多，对于有些问题难以理解， 需要向教师或同学请教，本网络课程应具有答疑。 在传统教学中常采用讨论教学法，它可以培养学生的合作精神，集思广益、互相启发、取长补 短，加深对学习内容的理解。在网络环境下采用讨论法除了以上优点外，还可以使学生感觉到仍生 活在一个集体环境中，满足学生与人交往的需求。 学生、教师在时间上和空间上处于分离状态，网络课程需要提供非实时交互或实时交互两种方 式要实现答疑和讨论。非实时交互方式有网上留言和教师信箱，实时交互方式有在线讨论。 在系统需求分析的基础上，进行了系统功能分析，建立运动力学网络课程的功能模型口”( 如 图2 3 ) ，它为网络课程的系统设计提供了依据。 运动力学网络课程 教学内容il 教学支撑环境 资源库ll 答疑讨论 课雕相| l 相 外l | 关关 阅l | 链课 读l i 接程 图2 - 3 运动力学网络课程功能模型 网| i 在li 教 上| | 线 i 师 警恻陲 缈i陈旧弑 在一 蚓工禹翌薰剥 第三章网络课程系统设计 第三章网络课程系统设计 传统教学工作一般由五个环节依次组成：备课、上课、课外作业指定与批改、课外辅导、学生 成绩的检查与评定。其中上课是教学工作的中心环节。课的基本结构是组织教学、复习检查与导入 新课、讲授新教材、巩固新教材、布置家庭作业【2 w 。 在网络环境下学习，学生与教师处于分离状态，传统教学工作中的各个环节和课的基本结构都 已经不能适用于网络环境下学习。为了实现与传统教学相似的环节和基本结构，在运动力学网 络课程系统设计中需要研究实现的方法及其理论依据。 从功能模型分析可知，网络课程系统设计”o j p ”就是进行教学内容设计和教学支撑环境设计。教 学内容为学生提供进行自主学习的所有学习资源，如课程内容、在线评价、资源库：教学支撑环境 为学生创造网上答疑和协作学习的技术平台。 3 1 教学内容设计 3 1 1 学习内容设计 1 】学习内容的组纵 学习内容结构 行为主义学习理论要求网络课程设计应当遵循小步子原则，即把学习内容按其内在的逻辑关系 分割成许多细小的单元。因此，运动力学网络课程的学习内容被细化成若干个知识点，以知识点 为最小学习单元，学习内容以相对独立且完整的知识点呈现，每个知识点对应一个独立的网页。以 知识点呈现内容，设定的学习目标比较宽松，学生可以按照自己的节奏，在课程所列出的知识点中 选择适合自己需要的内容进行学习。每个知识点的内容少而易学，使学生在学习过程中不断得到激 励，增强学生的信心和兴趣。网络课程的网页文件数量众多，为了便于文件的管理羊u 有序地呈现， 在对学习内容进行详细分析后，将其划分成章、节和知识点三层结构口。当对某一部分内容修改时， 不会影响其他部分，有利于课程内容