“機械設計課程設計”多理念融合教學改革實踐探討

摘要：基于“機械設計/基礎課程設計”課程與機械設計課程的理論部分及其他設計實踐類課程特點的不同，進行了課程設計教學改革和實踐，融合了CDIO工程教育模式、項目教學法、任務驅動式、分層教學法、自主學習教學模式等較為先進的思想理念，摒棄傳統教學方法中的不合理做法，采用了傳統教學方法和現代教學方法并用的教學手段，分成四個模塊，豐富了課程設計的題目及類型，加大了虛擬樣機技術在該環節的應用力度，重新制訂了答辯與考評方式，形成六個特色，進一步提高課程設計的教學品質。實踐表明：改革提高了學生的工程意識和實踐動手能力，加強了對學生自主創新能力的培養，提高了教學質量，達到了預期的教改目的。

關鍵詞：機械設計；課程設計；實踐教學

作者簡介：范雪兵（1976-），女，吉林省吉林市人，東北電力大學機械工程學院，講師，哈爾濱工業大學宇航空間機構及控制研究中心博士研究生（黑龍江 哈爾濱 150006）。（吉林 吉林 132012）

基金項目：本文系東北電力大學教改項目“基于CDIO《機械設計》課程設計主動實踐項目化教學模式探索”的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）26-0069-02

“機械設計/基礎課程設計”是機械類及近機械類各專業學生必修的技術基礎課，起到了從理論過渡到實際、從基礎過渡到專業的橋梁作用。與其重要性形成鮮明對比的是，課程設計的質量逐年下滑。究其原因主要有：一是教學計劃安排的課程設計時間短、任務重，學生普遍缺乏設計經驗，學生在短期內不能做到全面考慮問題、確定合理參數；二是課程設計任務單一，不能因材施教，設計方法陳舊，學生的專業技能得不到更有效的鍛煉和提高；三是教學手段及考核評價方法單一等。

機械類人才教育越來越關注如何最大限度地提高人才培養對高速的社會發展與技術變革的適應能力。為培養造就創新能力強、社會適應能力強的高質量工程技術人才，促進課程設計教學質量穩步提高，“機械設計/基礎課程設計”的教學改革勢在必行。

一、多理念融合教學改革的主要思想來源

近年來，全國各級各類院校及教育研究機構對“機械設計及其課程設計”的教學改革進行了各種有益的探索，[1，2]這里融合多種較先進的改革理念，基于“機械設計/基礎課程設計”課程與理論部分及其他設計實踐類課程特點的不同，形成多理念融合教學改革方案，以提高課程設計這類實踐教學環節的教學質量，達到教學目的。

1.理念來源一——CDIO工程教育模式

CDIO（Conceive、Design、Implement and Operate）提倡的是“做中學”的教學模式和“以工程為導向”的教學方法，尤其適合于工程性較強的專業課程“機械設計”的理論及實踐教學。CDIO可以說是一個系統工程，一是以產品和系統從研發到運行的生命周期為載體，它強調方法，強調實踐；二是讓學生以主動的、實踐的、課程有機聯系的方式學習工程，強調的是其彼此間的方法聯系，這是整體性、系統性的深刻體現。[3，4]

2.理念來源二——項目教學法

以項目為載體，把新知識點分解，融入到項目的各個環節中，最終使學生能夠根據所掌握的知識設計出一個完整的項目解決方案。在項目教學中，教師通過對問題的深化和擴充，進一步拓寬學生掌握知識的廣度和深度，從而達到培養學生實際操作能力的目的。在項目教學法的所有環節中，項目的確定與分解是最基本的、最重要的。[5]

3.理念來源三——任務驅動式

這一教學模式是建立在建構主義教學理論基礎上，師生共同參與，將新知識隱含于任務中，學生在具有明確的任務驅動下，自主地學習和應用知識，實現教學目標。[6]學生是主體，教師在任務實現過程中起指導作用。具體過程可分為任務設計、布置和實施步驟。

4.理念來源四——分層教學法

將教學對象按相關影響因素分成若干不同的教學層次，針對不同教學層次提出教學目標，并采用相適應的教學手段，完成教學的最終目標。[7]對機械專業實踐類課程，可從選題、學生、評價標準、教師的指導等方面進行分層，將難度系數和區別度系數的概念擴展到系統的層面上。

5.理念來源五——自主學習的教學模式

教學模式改革成功的一個重要標志就是學生個性化學習方法的形成和自主學習能力的發展。[8]這種教學模式以學生為中心、學生積極參與、自主管理自己的學習，教師在教學過程中進行宏觀調控，給予學生在學習策略上的指導，以使學生具有可持續發展和終身學習的能力。

二、多理念融合教學改革的主要內容

將“機械設計/基礎課程設計”所涵蓋的內容進行模塊分解，形成設計選題、教學方法、設計方法、考評方式四大模塊。

1.模塊一——設計選題

課程設計選題合理與否，是課程設計改革各環節的重中之重。

（1）選題的綜合性。設計題目能充分反映“機械設計/基礎課程設計”的教學主要內容，讓學生掌握機械設計的基本方法和步驟，學會綜合運用所學課程（如工程力學、材料學、公差與工藝、機械制圖等）的基本知識和基本理論。課程設計題目的分配可在理論課講解之初即選定。

（2）選題的實用性。采用項目教學法，通過校企合作方式，掌握企業對知識的需求，與企業技術人員共同以企業真實工作任務為課程“主題”，所選題目應對學生專業能力、專業思想有一定的培養和促進，還能激發學生的興趣。部分選題可作為學生畢業設計或機械創新設計大賽的備選題目，使課題有延續性。

（3）選題的層次性。對課程設計題目設定難度系數，以適應學生不同層次的知識需求，實現因材施教。

2.模塊二——教學方法

摒棄傳統教學方法中的不合理做法，采用了傳統教學方法和現代教學方法并用。教學方法的改革體現在如下幾個方面：

（1）教學主體多元化。改變傳統教學中僅以學生為教學主體的情況，教學主體除學生外，也可以是教師、公司或工廠。教師不再僅是“教”，同時也在“學”；公司或工廠在這一過程中有效參與。

（2）先分散后集中的理實一體的教學方式。在教的層面，教師講課時結合設計課題有目的地進行引導，將課程設計的關鍵知識點分散到理論課的各章節、作業和答疑輔導中，即采用先分散后集中的理實一體的教學手段，教師對學生掌握知識的程度了解更加準確和深入。在學的層面，學生帶著任務主動學習，利用整個學期的課余時間進行準備、思考，充分醞釀。在設計周中，學生有較充裕的時間循序漸進地進行設計、繪制裝配圖及零件圖、編寫設計說明書等等，以高效完成課程設計。

3.模塊三——設計方法

現代設計方法的引入包括設計理念，如綠色制造、并行設計等引入到實踐環節當中；還包括設計手段的引入，如利用機械專業常用件平面繪圖類軟件AutoCAD、CAXA，三維設計軟件Pro/E、UG、SolidWorks等，動力學分析軟件Adams，有限元分析軟件Ansys、Nastran等的計算機軟件的輔助設計功能和虛擬樣機技術的引入。鼓勵學生使用計算機輔助設計軟件建構三維模型，建立虛擬樣機，實現運動和裝配仿真等。實現復雜問題簡單化、抽象問題直觀化，深化對工程實踐類問題的認識，增強學生利用現代化手段進行機械創新設計的能力。

4.模塊四——考評方式

課程評價手段的改革，從注重理論學習結果的評價轉向工作任務完成過程的評價，從單一評價轉向多重評價。

答辯過程分三個階段三種方式進行，三個階段分別為準備性評價、過程性評價和終結性評價，這三個階段和課程設計的順序過程相吻合；三種方式是自評、互評、指導教師評定。以激勵為主，可操作性強，消除學生對答辯僅是考核手段的片面認識，專業技能在答辯過程中得到更進一步的提升。

三、多理念融合教學改革的主要特色

1.任務驅動

圍繞任務展開學習，以任務的完成結果檢驗和總結學習過程等，使學生主動建構探究、思考、運用、解決的實踐學習體系。

2.先分散后集中的理實一體教學模式

在兩至三周時間內集中完成課程設計，教學效果不理想。基于此，將傳統的集中式教學模式改為先分散后集中的教學模式，將理論和實踐相融合。

3.分層教學

將“機械設計/基礎課程設計”的具體任務分解為基礎性任務、提高性任務、拓展性任務三個不同層次的任務，適應性強，使不同層次的學生都能根據自身學習基礎得到發展。課程設計題目分層、學生分層、評價標準分層、教師的指導分層。

4.虛擬樣機技術的應用

在課程設計中分步驟分層次加入三維實體建模及相關動力學分析，在設計方法上更進一步應用虛擬樣機技術。

5.過程性考評方法

改變傳統的“圖紙+答辯”、以教師為中心的考評方法，以學生為中心，形成“過程性”考核評價體系。使準備性評價、過程性評價和終結性評價三者有機結合，使內容更加細化、具體化，更具可操作性。

6.課程后延續培養

課程設計與畢業設計、機械創新設計大賽相結合，課程教學過程針對有創新潛力的學生，利用業余時間對他們進行指導，進行課程后的繼續創新活動。

四、多理念融合教學改革的教學組織步驟

1.準備階段

該階段以課程設計選題、教學手段、虛擬樣機技術應用和答辯與考評方式四個子模塊進行形成和完善。

2.試行階段

先在本校機械專升本的課程設計過程中進行，傳統方法與教學改革方法并行，形成有效的比較分析數據，并進行評價和改進。課程設計時，將學生分成兩批，第一批結合虛擬樣機技術完成課程設計，設計題目分層次進行，在理論課講解之初進行選定；第二批按傳統方式進行。從設計時間、設計質量、學生認可度、其他教師評定幾個角度來進行分析。

3.推廣階段

逐步逐層在機械及近機械類“機械設計/基礎課程設計”中推廣，并形成有效的反饋，最終形成較為完善的多理念融合的教學改革報告，豐富教學改革的理論體系，為其實踐操作提供依據。

五、課程改革實施的評價分析

通過采取各種有效措施對“機械設計/基礎課程設計”各方面改進后，學生完成課程設計有效可利用時間增加，學生出勤率得到了提高，任務目標理解更為透徹，虛擬樣機技術得以應用，對評價方法認可度增加，學生的學習積極性和求知欲望調動得更為充分。從教學效率上來看，學生完成課程設計時間有所縮短；從教學效果上來看，課程設計質量有所提高；同時專業指導教師的業務能力得到進一步提升。

在取得一定效果的同時，也出現了一定問題。其中選題設計的合理性較為突出，這主要受課程組指導教師及相關技術人員的知識所限，有待于專門進行更系統化的研究。

六、結束語

在教學改革過程中，一個很重要的問題是傳統課程如何改革，不論是教學內容、教學方法和手段的改革，還是教學思想的轉變，都將對學生綜合素質的培養和工程設計能力的提高起到非常重要的作用，對于“機械設計/基礎課程設計”的改革，要注重系統性和整體性，[9]拓展設計實踐類課程體系教學改革的思路。

參考文獻：

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[8]徐鳳亮，史斌斌，黎明.自主學習教學模式的優化設計[J].職業技術教育，2011，(23):42-44.

[9]吳宗澤.運用系統工程方法改革機械設計教學[J].清華大學教育研究，1986，(1):23-26.

（責任編輯：宋秀麗）