項目式教學模式在“機械設計實踐”課程中的研究與實踐

連迅

摘 要 如何把大學生培養成為具有新時代創新意識和創新思維、具有實踐能力和創造能力的高素質綜合人才，是擺在所有高校面前的一項充滿挑戰的嚴峻考驗。本文探討了一種通過引入機械工程實際應用案例到日常教學中，來介紹機械創新設計原理的方法，達到激發學生的創造潛力和學習熱情，提高學生機械設計創新能力的教學目的。

關鍵詞 項目式教學模式 機械創新設計 創新意識 創新能力

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.05.055

Abstract How to cultivate college students into a new era of innovative consciousness and creative thinking， with practical ability and creative ability is a severe test full of challenges facing all colleges and universities. This paper discusses a method of introducing the principle of mechanical creative design by introducing the practical application cases of mechanical engineering to the daily teaching， to stimulate the creative potential and enthusiasm of the students， and to improve the teaching purpose of the creative ability of the students' mechanical design.

Keywords project-based teaching mode； mechanical innovation design； innovation consciousness； innovation ability

0 引言

隨著科技的不斷進步和社會的飛速發展，越來越多的國家已經意識到，衡量一個國家的綜合國力大小的重要因素就是是否具有創新能力并掌握核心技術，“科技創新”已經成為各國搶占行業制高點的最有利武器。早在1995年，江澤民同志就指出“創新是一個民族進步的靈魂”；劉延東同志也提出“科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐”；胡錦濤同志也指出“激發全民族的創新精神，大力推進理論創新和科技創新”。 [1]

由此不難發現，近年來國家和政府一直是鼓勵創新，并制定了一系列相關政策來激發“全民創業、萬眾創新”，期望早就更多的高端創新人才，不斷加強自主創新能力，不斷提升綜合國力。

隨著現代高等教育事業的不斷發展，創新思維和創造能力的培養也得到了越來越多高校的重視。各大高校紛紛認識到，在當前復雜的國際環境下，如何把大學生培養成為具有新時代創新意識和創新思維、具有實踐能力和創造能力的高素質綜合人才，是擺在所有高校面前的一項充滿挑戰的嚴峻考驗。

“機械設計實踐”就是專門為了培養機械制造及其自動化等機械相關專業的學生創新意識和創造能力而開設的一門專業課，它是一門強調實際動手能力和創新能力的課程，其先修課程包括：機械原理、機械設計理論與方法、機械制造工藝、理論力學和材料力學等。[2]

這門課通過引入機械設計在工程領域的實際應用案例，來介紹機械創新設計的一般原理與方法。通過這門課程的學習，能夠讓學生掌握機械創新設計的基本原理和實現方法，具備初步的機械創新思維和意識。在不斷分析機械工程實際案例的基礎上，培養學生自主找出現有設計存在的問題、分析問題產生原因，是否具有優化空間，并能提出改進方案的能力。

通過這種方式，激發了學生綜合運用所學機械原理和機械設計等知識，充分發揮創新思維進行部分改進設計或全新創造性設計，最終達到激發學生的創造潛力和熱情，提高學生創新能力的教學目的。

1 “機械設計實踐”課程在課堂教學中出現的問題及分析

筆者在對本校機電技能班授課的過程中發現，雖然學生對機械創新設計表現出一定興趣，對實際應用案例也聽得津津有味，但真正需要他們動手設計一些機械結構，或者需要改進現存的機械結構時，仍然表現不佳。通過自身不斷總結，分析了一些在課堂教學中出現的問題，現歸納如下：

1.1 教學內容和教學形式較為單一，學生欠缺學習熱情

從授課內容上看，“機械設計實踐”仍然是建立在機械原理和機械設計基本知識框架上，然后做了一些設計方法的增加，雖然也結合了一定的工程實例，但講課的重點仍然偏重于機械原理部分，并不能很好地啟發學生的創新思維。而學生對于機械原理和機械設計的內容已經學過，所以對本課程的學習熱情并不高。[3]

從授課形式上看，“機械設計實踐”仍然是以教師結合PPT進行常規講述為主，很少與學生進行互動式教學，而本課程的教學目的應該是教師通過啟發學生來激發其創造性思維，需要師生之間產生積極的互動，才能保證教學效果。傳統的教學形式很難激發學生的學習熱情。

1.2 學生欠缺創新意識和創新思維

以筆者所帶機電技能班為例，機械原理、機械設計、機械制圖等基礎理論已經學過，但總體來說，學生對于與機械創新設計相關的基本知識點仍然掌握得不夠，而這是進行機械創新設計的基本條件。究其原因，主要包括：學校對課時進行了壓縮，學生學習主動性不足，欠缺工程實訓環節無法將理論知識運用于機械設計。其結果就是：學生往往為了應付考試而學習，沒有對基礎理論真正融會貫通，也很少開啟自身的創新意識，更不用說嘗試進行機械創新設計。[4]

1.3 容易局限于應用三維軟件進行虛擬的建模仿真，欠缺設計真實產品樣機的能力

近年來，應用于機械工程行業的CAD/CAM軟件越來越多，功能越來越強大，尤其是各種三維軟件得到廣泛的應用，包括：Solidworks、Inventor、Pro/E、UG。學生基本上在二年級就會學會這些軟件的使用，而且能繪制出酷炫的三維模型和精美的仿真動畫視頻。

三維軟件能夠確實能幫助學生更好地表達自己的設計思想，讓空間想象力得到更好的發揮，使設計工作更加高效而有趣，使設計的結構更直觀，更便于討論或修改。[5]但與此同時，筆者也注意到很多學生把學習重點放在三維軟件的使用技巧上，而忽略了機械結構涉及到的基礎知識點。簡單來說，學生利用三維軟件設計具體機械結構時，只能繪制出漂亮的三維模型，但不擅長或根本不會繪制出更具體的機構細節。這樣的三維模型僅僅虛有其表，而沒有實質性的機械結構。換句話說，是無法做成實際樣機的。

所以，真正的機械創新設計的本質還是對機械本身的設計，對基本結構原理的掌握和應用。而各種三維設計軟件僅僅只是輔助設計的一個工具、一種手段，通過它能更快更好地制作出實際產品樣機。在培養學生創新設計能力的時候，必須堅持軟件建模與真實產品樣機并重的原則。[6]

1.4 欠缺實際項目的鍛煉，欠缺完整、系統的產品研發經驗

參與實際產品研發項目的鍛煉，其意義在于讓學生從中學習到實際產品設計的全部流程，掌握一種產品從設計到加工全過程所涉及到的知識，能夠培養學生綜合掌握專業知識的能力，從本質上提升其創新設計能力。

但從實際情況看，大多數學生仍然是以理論學習為主，沒有觸碰到設計的本質學習，對于學校安排的實踐環節往往只能走馬觀花地看一看，并沒有機會對設計過程進行體會。在欠缺實際項目設計經驗的情況下，學生的理論知識無法得以充分發揮也就是很正常的事情了。從長遠來看，這會嚴重制約學生的創新能力和創新意識的發展。[7]

2 項目式教學模式在“機械設計實踐”課程中的引入

“項目式教學法”是通過完成一個完整的“項目”的工作而進行的實踐教學活動，以為社會培養實用性型人才為直接目的的一種人才培養模式。其目的是在課堂教學把理論與實踐教學有機地結合起來，充分發掘學生的創造潛能，提高學生解決實際問題的綜合能力。[8]

項目式教學“以項目為主線，教師為引導，學生為主體”，改變了以往“教師講、學生聽”被動的教學模式，創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式，以為社會培養實用性型人才為直接目的的一種人才培養模式。

項目式教學改革擬達到的目標是：將機械設計思想、三維軟件的設計和實際設計項目相結合，將理論知識與實踐相結合，提高學生的學習興趣和積極性；通過對項目式教學的研究與實踐，完善教學中學習任務，確定教學項目等環節；實現應用型本科專業人才的培養目標。[9]

2.1 教學內容設計和教學流程設計

為適應我校應用型人才培養目標，在教學內容上將原有教學內容進行調整，將理論知識與項目相結合，利用項目將實踐與理論知識有機結合起來，學生把學到的理論知識通過完成項目的方式運用到實際任務中，解決實際問題。

“機械設計實踐”課程主要是將機械設計思想、三維軟件的設計和實際設計項目相結合。在整個的學習過程中選擇合適的設計課題將所有知識點串聯起來，同時將機械創新設計融合進來，提升學生的機械設計能力和綜合能力。[10]

（1）教學階段。筆者在對機電技能班進行“機械設計實踐”授課時，針對學生基礎水平較差，但動手能力強的特點，大膽進行翻轉課堂教學方法的嘗試。鼓勵學生按照學科競賽答辯模式，分組討論項目內容。以歷屆競賽真題為設計任務，以日常物品為原材料，真題真做制造出實物樣機，并讓學生以評委身份對其他組同學的實物作品進行打分。這種授課方式極大激發了學生的創造力和積極性，深受學生好評。

今后可將更多的學科競賽真題，合理的融入到“機械設計實踐”課程中去，并把學生畢業設計真題真做的實物作品（比如仿生機械鳥、氣動搬運機器人）帶到課堂上，作為教具介紹給學生，讓學生不僅學到基本理論，并學到如何在實踐中運用這些理論，真正掌握設計的精髓。

（2）獨立探索階段。教師布置一個實際項目讓學生獨立探索，在學生理解項目任務內容的基礎上，教師可設計多種類型的實際項目任務，讓學生獨立思考并完成項目任務。

（3）實戰演練階段。在教學實施過程中，本著教學中學生處于主體地位，變被動學習為主動學習的思想。學生獨立完成剛剛布置的項目，并完成項目的三維設計建模及工程圖的生成。學生在“做中學，學中做，做中練”，在實戰演練過程中學習知識，訓練技能。教師及時幫助解決各小組在項目教學中出現的各類問題，保證各小組項目的順利完成。

（4）學習評價。以實際項目的完成情況來評價學生的學習成績。首先教師教學生完成一個項目，然后學生獨立完成一個項目，項目做完了，所有的知識點也就全部完了。在整個的教學中采用“教、學、做”一體化的方法，使學生在項目中學習并實現能力的提高。

3 項目式教學改革所取得的成果

指導學生參加學科競賽獲獎情況：（1）參加2015年全國大學生機械產品數字化設計大賽決賽，獲國家三等獎；（2） 參加2016年湖北省大學生機械創新設計大賽暨第七屆全國大學生機械創新設計大賽湖北分區預賽，獲湖北省一等獎；（3）參加 2017年全國大學生機械產品數字化設計大賽決賽，獲國家二等獎和國家三等獎。這也是技能班學生第一次在全國大賽中獲得名次。（4）參加全國3D大賽10周年精英聯賽暨DigitalMaster2017一帶一路挑戰賽龍鼎獎，獲湖北省特等獎。

指導學生畢業論文情況：（1）指導學生作品《助力卸貨機械手結構設計》獲2017年湖北省優秀畢業論文；（2）指導學生作品《仿生撲翼機》和《氣動搬運機器人》獲2018年湖北省優秀畢業論文。

4 結束語

優化機械設計實踐的教學方案和教學設計，摒棄原來傳統的教學模式，采用項目式教學使學生將機械設計思想、三維設計軟件與實際設計項目結合起來，并鼓勵學生自主完成一個項目，提高學生的學習積極性和學習效果；同時使學生的理論知識與實踐完好結合，使學生的綜合能力得到很好的提高，為社會培養應用型本科專業人才。

參考文獻

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[9] 馬強.機械工程類學生的創新素質、知識與能力結構[J].高等教育，2011（1）：19.

[10] 陳海波.機械設計類課程創新型實踐教學模式的研究[J].實驗室科學，2010.13（2）：31-32.