案例教學(xué)在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程中的探索與實(shí)踐

摘 要：案例教學(xué)作為一種實(shí)踐性教學(xué)方法，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力起著非常重要的作用。本文闡述了案例教學(xué)在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程中應(yīng)用案例教學(xué)的必要性，提出了在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程中實(shí)施案例教學(xué)應(yīng)注意的問題，同時(shí)對該門課如何實(shí)施案例教學(xué)進(jìn)行了探析，以期為機(jī)械類課程的案例教學(xué)改革與推廣提供思路。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)；機(jī)械；創(chuàng)新設(shè)計(jì)

案例教學(xué)法起源于古希臘、古羅馬時(shí)代。20世紀(jì)在美國的哈佛大學(xué)商學(xué)院率先使用，一開始在法律教學(xué)中應(yīng)用，后來逐步應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、管理學(xué)、教育學(xué)等學(xué)科上面，培養(yǎng)了大批能夠獨(dú)立思考并能解決實(shí)際問題的人才。案例教學(xué)在國內(nèi)推廣較晚，但得到重視，已被列入各高校的教學(xué)改革計(jì)劃。目前，很多課程都應(yīng)用了案例教學(xué)，并取得了重要的研究成果，但在機(jī)械類課程教學(xué)中應(yīng)用案例教學(xué)的研究較少，而且主要集中在機(jī)械基礎(chǔ)課程中幾門課程中，如《機(jī)械原理》《機(jī)械設(shè)計(jì)》《工程材料》《材料力學(xué)》等課程。

一、 為何要在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中引入案例教學(xué)

當(dāng)今，創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)已成為高等教育發(fā)展的必然趨勢，機(jī)械制造業(yè)的高速發(fā)展急需一批機(jī)械創(chuàng)新應(yīng)用型人才。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)在培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才中起著關(guān)鍵作用。目前這門課所使用的教材和上課內(nèi)容基本還是按“創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思維基礎(chǔ)——創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)——機(jī)械演化、機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械組合創(chuàng)新等各類方法的介紹——創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例”的主線，教學(xué)模式較為陳舊，加上抽象的概念較多，學(xué)生興趣不高，教學(xué)效果不佳。因此，在該門課程中探索出一種更有效的教學(xué)模式和方法，已成為培養(yǎng)機(jī)械類創(chuàng)新人才研究的重點(diǎn)。對于機(jī)械課程，有些知識較枯燥，有些概念較抽象，有些問題較難描述，甚至無法通過討論的方式解決，給案例教學(xué)的應(yīng)用帶來一定的困難，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展和多媒體技術(shù)的應(yīng)用，案例教學(xué)的內(nèi)容和形式不斷發(fā)生變革，給課堂教學(xué)注入新生力量。充分利用網(wǎng)絡(luò)資源開發(fā)教學(xué)案例和合理地應(yīng)用多媒體進(jìn)行案例教學(xué)對傳統(tǒng)的機(jī)械類課程改革和人才培養(yǎng)具有重要的意義。

二、 在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)中需要注意的問題

1. 課前內(nèi)容準(zhǔn)備

案例教學(xué)要求教學(xué)內(nèi)容要具有足夠的吸引力，在開發(fā)案例過程中，最好對教學(xué)對象做一定的問卷調(diào)查，對學(xué)生感興趣的內(nèi)容作比較分析，根據(jù)需要開發(fā)既符合教學(xué)大綱要求又形象、直觀、貼近生活、貼近生產(chǎn)的案例，同時(shí)要求案例應(yīng)具有一定的典型性和真實(shí)性。比如健身洗衣機(jī)、自動切菜機(jī)、硬幣分離機(jī)等，都是生活中常用創(chuàng)新型機(jī)械。

實(shí)踐表明，生活中的機(jī)械創(chuàng)新案例更能吸引學(xué)生的眼球，當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)發(fā)達(dá)，這些案例的收集、制作并不困難，收集之后還要進(jìn)行一定的教學(xué)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是如何引入案例，如何引導(dǎo)學(xué)生積極參與討論，如何總結(jié)。

2. 案例講授方式

有些案例可以直接給出答案，比如光靠文字語言無法描述很難進(jìn)行討論的案例，直接可以增長學(xué)生的理論知識。對于沒有答案的案例，為了不讓學(xué)生厭倦，每堂課需要把握討論時(shí)間，討論案例設(shè)置3-5個為宜，太多的案例討論會影響課堂秩序，占用過多時(shí)間，為了提高案例教學(xué)效果，有些案例材料可提前發(fā)給學(xué)生，讓其查閱相關(guān)資料，思考一段時(shí)間，這樣的討論效果更好。

3. 案例的展現(xiàn)方式

目前很多案例還是以文字的形式出現(xiàn)，比較單一，實(shí)踐表明，文字加圖片、視頻等效果更佳。因此，在教學(xué)過程中應(yīng)充分利用多媒體的作用，讓案例教學(xué)的內(nèi)容更加豐富，利用文字描述、圖片結(jié)合、視頻輔助的方式，使人的視覺、聽覺都融入到課堂當(dāng)中，更有利于創(chuàng)造情境。

三、 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例如何展示和教學(xué)

本文結(jié)合筆者在教學(xué)過程的實(shí)際，列舉幾個機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的教學(xué)案例：

案例一：在講機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思維基礎(chǔ)時(shí)，首先引入一些重要發(fā)明的圖片，如帶有溫度計(jì)的保溫杯，瑞士軍刀，“房車”。通過這些學(xué)生沒有見過的發(fā)明案例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)讓學(xué)生感覺到不同的思維方式，直接增長學(xué)生的創(chuàng)新理論。在講授習(xí)慣性思維時(shí)，筆者通過一段這樣的文字展示了給學(xué)生“聾啞人到五金店買釘子，說不出話來，怎么辦？”很快有學(xué)生根據(jù)自身的生活經(jīng)驗(yàn)發(fā)言說“可用一只手做錘子的手勢，一只手拿著釘子的手勢給店老板看”，有學(xué)生說“寫在紙條上”。點(diǎn)評是“手語，五金店的老板應(yīng)該可以看懂，寫在紙上也可以”，然后筆者又提出第二個問題“如果一個瞎子到這個五金店買剪刀呢？”，這時(shí)一個學(xué)生回答“用兩只手指做一個剪刀動作即可”，點(diǎn)評是“瞎子只是眼睛看不見，但是可以說話，他可以直接說買剪刀，看來是受到前面情景的影響，導(dǎo)致了思維定勢”，這時(shí)全班笑了，在歡笑中理解了思維定勢這個概念。

案例二：在講授思維方式的群智集中法的概念和優(yōu)勢時(shí)，筆者以美國一家電力公司解決電線上積雪為例。講解案例之前，首先展示一些下雪后的美景圖片，加上一些小孩子堆雪人的圖片，讓學(xué)生回憶下雪天的美好情境，激發(fā)學(xué)生的興趣，然后再通過一些交通被積雪弄得癱瘓的情境圖片和下雪帶來的災(zāi)難數(shù)據(jù)，最后播放2008年南方雪災(zāi)的視頻短片，讓學(xué)生切身感受到積雪帶來的嚴(yán)重后果，最后引出電線結(jié)冰導(dǎo)致電線斷掉的畫面。提出問題“電線結(jié)冰，如何解決更好？”的問題，同時(shí)將教室里的學(xué)生分成4組討論，十分鐘后，各組代表發(fā)言，一組的學(xué)生說設(shè)計(jì)一種專用電線掃雪機(jī)；二組的學(xué)生說用電熱來化解冰雪；三組的學(xué)生說用振蕩技術(shù)來清除積雪；四組的學(xué)生說乘坐直升機(jī)去掃除電線上的積雪。點(diǎn)評“四種方面都是一些方法，但是方案一掃雪機(jī)可能要考慮機(jī)子重量、安裝的問題；方案二電線發(fā)熱量較小，不敵冰的降溫作用，方案三需要考慮電線的穩(wěn)定性和成本，方案四需要考慮人的安全問題”。當(dāng)這些方法讓學(xué)生都感覺到存在些問題、無法解決的時(shí)候，課堂氣氛突然變得低沉了起來，這時(shí)突然有一位學(xué)生提出一個想法，利用直升機(jī)螺旋槳產(chǎn)生的高速下降氣流扇落積雪。點(diǎn)評“直升機(jī)螺旋槳產(chǎn)生風(fēng)力較大，不影響電線，而且適合高空作業(yè)，安全可行，比前面四種方案都要好”。原來這學(xué)生通過第四組的學(xué)生發(fā)言受到了啟發(fā)，加上自身有一定的生活經(jīng)驗(yàn)“在電扇下吃冰棒時(shí)容易掉水”，最后點(diǎn)評“同學(xué)們通過討論的方法最終取得了最終較好的方案，這個過程叫群體集智法，也叫頭腦風(fēng)暴法。”endprint

通過這兩個案例講授，深刻理解了定勢思維和群體集智法的概念。更掌握在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中需要注意思維定勢的影響和群體集智法的優(yōu)勢。

另外，筆者在講機(jī)構(gòu)創(chuàng)新方法時(shí)，不是按教材的方法對比一些機(jī)構(gòu)的區(qū)別及應(yīng)用，而是通過案例的模式進(jìn)行的，如“目前共享單車盛行，鏈傳動自行車依然作為主流，但是，鏈傳動自行車存在掉鏈條的情況，甚至鏈條會刮破褲子，如何設(shè)計(jì)更好的自行車”，同時(shí)展示共享自行車的圖片，以及自行車掉鏈條的圖片，將學(xué)生帶入問題情境，這時(shí)有的學(xué)生根據(jù)自身所學(xué)的知識提出了利用雙曲柄傳動方案，有的學(xué)生提出用圓錐齒輪傳動方案，還有的同學(xué)利用同步帶傳動方案，并且畫出了傳動的原理圖，這種方式不但激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且調(diào)動了學(xué)生利用機(jī)械原理知識去進(jìn)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的積極性。

通過案例教學(xué)在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程中的實(shí)施，可將機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程中抽象的概念具體化，枯燥的知識趣味化。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本文在案例教學(xué)的研究過程當(dāng)中，在不同的班級進(jìn)行了試點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)采用案例教學(xué)模式的班級，學(xué)習(xí)興趣較高，學(xué)生也積極參與創(chuàng)新實(shí)踐，學(xué)生交上來的作業(yè)也具有較多創(chuàng)新之處，部分還準(zhǔn)備申請專利，有的作品還參與了全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽并獲獎。

四、 結(jié)論

本文針對案例教學(xué)在機(jī)械類課程中應(yīng)用較少的問題，倡導(dǎo)在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程中實(shí)施案例教學(xué)，結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，提出了一些需要注意的問題，并通過幾個教學(xué)案例及其實(shí)施過程的展示，提出了案例教學(xué)在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的優(yōu)勢和開展方式，給機(jī)械類其余課程的改革提供參考。

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作者簡介：

周啟興，江西省南昌市，華東交通大學(xué)理工學(xué)院。endprint