任務驅動教學模式在機械設計教學改革中的應用

倪向東 馬蓉 朱榮光 李霞

摘要：機械設計課程內容多而雜，各部分相對比較獨立、零散，相互之間聯系差、重點不明顯，各種概念、名詞、公式、表格數據眾多。該課程研究對象和課程性質，決定了本課程內容的繁雜性，而機械設計課程也是機械類專業的學生從理論課程到工程實際應用的過渡，因此學生普遍感覺難學。文章采用任務驅動教學模式，緊緊圍繞一個共同的任務活動中心，以任務驅動創設問題情境，實施啟發式教學，從而引導學生進行自主探索和互動協作式學習，提高教學質量，提升學生的綜合實踐和應用創新能力。

關鍵詞：機械設計；任務驅動；教學方法；實驗；改革

機械設計是機械專業一門重要的技術基礎課程，它在學好有關專業和培養實際的工程設計應用能力等方面起著重要的作用。該課程不僅要求學生預先學完機械制圖、理論力學、材料力學、工程材料及機械制造基礎、機械原理、公差與技術測量等先修課程，而且要求學生結合本課程的學習，能夠綜合運用所學的基礎理論和技術知識，為順利地過渡到專業課程的學習及進行專業產品的設計打下基礎。因此，本課程具有從理論性課程過渡到結合工程實際的設計性課程，從基礎課程過渡到專業課程的承前啟后的橋梁作用。

近年來，隨著課程體系改革及人才培養方案的不斷優化，該課程總課時大幅減少，教學內容卻在不斷更新和增加。由于本課程與多門先修課程緊密相連，需要綜合運用先修知識來為機械設計服務，因此很多學生在學習中感到比較吃力，沒有頭緒，抓不住重點。如何使學生獲得更好的學習效果，將工程應用任務驅動融入課程教學，從而提高學生綜合創新及實踐應用能力，筆者結合自己的教學實踐，談談自己的體會。

一、 針對教學內容進行教案組織的合理優化

針對機械設計課程公式多、系數多、圖表多、概念多的特點，如何引導學生理解這些復雜的公式，就要注意輕重有別。重在弄清這些公式的性質、使用條件、符號、參數，而對公式的推導過程、經驗數據的取得等只需要作一般的了解，不必深鉆，以免偏離重點。本課程研究的內容繁多且看起來比較零碎，邏輯性相對較差。但實際上其中有很多規律性的東西，我們從教學內容中找出這些規律，形成一條教學主線，就能很好地幫助學生理解龐雜的課程內容，提高學生掌握工程設計一般規律的能力。

機械設計課程教學要求預先學習多門先修課程。因此，在教學設計環節中要將先修課程各個知識點相互貫通，要不斷引導學生復習和融匯先修課程相關知識點。在教學案例方面要大量引入工程實際案例設計，從而提高學生的學習效率和拓寬學生的知識面。例如，在軸承設計中，就必須了解金屬材料：碳鋼、軸承合金、銅合金等材料的特性及應用；公差與配合：基孔制、基軸制、配合關系的特性及應用。該案例教學中重點采用與工程應用結合，以發動機的滑動軸承應用、變速箱滾動軸承工程應用為切入點，通過發動機與變速箱的實物展示、裝配的過程，學生經過對比綜合分析滾動軸承與滑動軸承應用上的差異，從設計理論及方法上找出滾動軸承與滑動軸承之間的共性和特性，對軸承從整體上有了個比較清晰的認識。

日常教學中很多學生往往將一個個零件孤立起來，這難免產生零碎雜亂的感覺，難以消化吸收。為此，在組織教案時就要采用綜合和比較的方法對各零部件的設計進行歸納總結，重點講述各種傳動件的工作性能和適用場合等方面對比，從他們在機器中的職能、相互影響、裝配關系等方面多作分析，找出各零件之間的關聯，從設計理論與方法上找出各章節之間的聯系，分析各零件之間的系統關聯性。例如，在軸系結構組合設計講解時，首先指出軸系結構設計中，軸轂零件的軸向、周向固定的規律性，整理出一條總的設計思路：傳動規律→設計準則→強度計算→設計步驟→結構設計→定位方法→軸承支撐→密封方式→配合關系→簡圖規劃設計，這樣可以加深學生對軸系結構設計的認識，使教學結構嚴謹、思路清晰、重點突出。經過比較與綜合，對不同的機械傳動、軸系支撐結構進行歸納與總結，使學生能將各個部分內容有機地結合起來進行自主探索，形成一個系統的設計總體規劃流程。

二、 教學方法與教學手段的合理使用

教學方法和教學手段改革是提高教學質量的關鍵，師生課堂的教與學是整個教學過程的重點環節。在此環節中它不是單純由教師傳授知識給學生，更要注意采取適當的教學方法和手段，激發學生的學習動機和積極思維，以取得最佳的課堂教學效果。

任務驅動指在課程教學的過程中，教師緊緊圍繞一個共同的任務活動中心，在學生強烈的問題動機的驅動下，通過對學習資源的積極主動應用，進行自主探索和互動協作的學習，并在完成既定任務的同時，引導學生產生一種學習實踐活動。以任務驅動教學模式，創設問題情境，實施啟發式教學。本課程在教學過程中，首先是以工程中的實際案例引入，分析工程應用中實際存在的問題，創設問題情境，使學生帶著需要解決的工程問題進入情境教學模式，提升學生解決工程問題的興趣。把教學內容與日常生活應用聯系起來，學生帶著問題進入課程的學習，從而提升了學生的學習興趣及創新思維。由于學生積極參與，改變了學生只是被動接受的狀態，調動學生的主動性、積極性和創新思維。例如，在齒輪傳動章節，采用機械系統設計的黑箱原理，課堂中僅給出工程應用變速箱的輸入輸出的相關參數，課間學生討論激烈，每位學生都在課后提交了自己的傳動方案，學生基本上把齒輪傳動章節全部的傳動方式都進行了涉及。課堂討論中，教師展示了部分學生的優秀案例，極大地激發了學生的學習熱情。

日常教學中，通過任務驅動教學模式，工程實際應用問題的引入環節，教師與學生適當轉換角色，也可提高學生間的團隊合作能力，課堂的教學中，提前布置學生預習工程應用情況，課堂教學中請學生上臺講解部分內容。對上臺的學生而言，這是展示自我團隊的一次機會，大大激發了學習討論興趣。課堂的學習氛圍濃厚，極大的提高了學生課題參與的積極性。

教學手段的應用方面，由于多媒體的優勢圖文并茂、形象直觀、內容豐富等特點改善并提高了教學效果。近年來，基于石河子大學網絡教學平臺資源的建設，我們為學生提供了教學安排計劃、教學同步訓練、在線測試以及大量的各類工程應用實例素材，并采用了在線答疑等功能模塊，及時與學生進行互動交流。經過我們課程組在教學中的應用，提高了課堂授課效率，解決了在有限的學時內保質保量地完成教學任務的要求。

三、 實踐教學環節的強化

實驗是機械設計課程教學環節中重要的一個環節，學生在實驗中通過動手操作，觀察驗證所學的理論，加深理解課堂所學知識，通過實驗培養學生的基本技能和創新能力，提高觀察和分析事物的能力。例如：在綜合傳動實驗平臺上，學生通過構架不同的傳動類型，采用磁粉制動器進行傳動加載，通過測試齒輪、鏈、帶各種機構的傳動效率，有助于提高學生的動手能力。同時也強化了整個傳動鏈設計的注意事項，有助于加深對傳動效率理解，也有助于學生把各個章節所學的內容有機結合起來，全面掌握機械設計的精髓。

近年來，課程組教師全面開放了機械傳動綜合實訓實驗室，采用專業的實驗負責人制，如：通過開放機械傳動虛擬組合實驗平臺，學生可以自己設計傳動鏈，通過模型虛擬組合實施，自主進行機構及傳動鏈的設計，學生自己安裝、調試，觀察不同傳動機構的運動情況，比較其工作特點及應用場合，提高了學生學習的主動性積極性。通過近幾年的實驗改進效果來看，學生的興趣濃厚，創新意識和創新能力以及動手能力不斷提高。

四、 結語

以任務驅動教學模式，使學生在牢固掌握本課程知識的同時對其他先修課程的基礎知識起到有益的融會貫通，鍛煉了學生發現問題、解決問題、運用知識、組織協調等綜合能力。筆者通過多年的機械設計任務驅動教學模式的探索與實踐發現，與一般的教學方法比較，學生的學習熱情、學習積極性、學習效率以及綜合素質具有明顯的提升。

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