工程教育認證下機械設計課程教學模式探討

（遼寧石油化工大學機械工程學院，遼寧 撫順 113001）

為構建中國工程教育的質量監控體系，建立與工程師制度相銜接的工程教育認證體系，增強工程教育人才培養對產業發展的適應性［1］，我國已于2013年6月加入國際高等工程教育互認機構華盛頓協議（Washington Accord），并在全國開展工程教育認證工作［2］。目前我校也在積極推進工程教育認證工作，機制工程專業作為我校人才培養比重較大、歷史較長、基礎較好的一個重要的工程專業類，在認證中更承擔著實現與工程教育國際接軌的責任和使命。為順應機械制造教育國際化的發展趨勢，積極推進機制工程專業認證的開展，我們面臨的最大問題是如何培養具備相應的業務基礎、較寬領域的基本知識、創新設計與實踐能力，特別是有較高的全面素質的機械工程人才［3］。本文結合工程教育認證基本理念，按照“反向設計，正向施工”的基本思路，以培養目標和畢業要求為出發點，對與機械設計課程相匹配的教學方法進行探索。

一、工程教育認證下機械制造專業培養目標

加入WTO后，我國經濟融入世界經濟的步伐加快，調整產業結構的國策，使我國迅速成為世界加工制造大國。隨著外資企業的大量涌入，我國已成為加工制造業的重要基地之一。另外，由于科學技術的發展，機械設計制造過程中融合了計算機信息技術、自動化、智能技術等更多的內容，新時代下需要大量的機械設計制造及其自動化專業的應用型工程技術人才，相應的機制工程專業的人才培養目標也發生改變。我校機械工程專業的人才培養根據新時代要求進行調整，要求新機制工程人才具備的條件有：（1）掌握機械設計方面的基礎知識及理論，并能夠解決專業相關的工程實際問題，運用計算機對產品進行三維模擬和結構優化設計。（2）會熟練利用現代工具進行信息檢索、文獻查詢，通過信息綜合分析機械設計制造中的工程問題，并結合機械領域的專業知識對工程問題進行識別、分析、表達與實施。（3）能夠在多學科背景下的團隊中勝任個體、團隊成員以及負責人的角色，具有跨領域的整合能力，具備以機械設計制造為主體的總攬和整合能力。

機械設計是機械制造專業的核心課程，是本科生從基礎理論課程學習過渡到研究機械工程技術問題的橋梁，在機械類系列課程體系中占有十分重要的地位［4］。新的培養目標所對應的能力指標對教師課程改革提出了明確的方向和要求，秉承工程教育認證倡導的產出導向理念、學生中心理念和持續改進理念三個基本理念［5］。為提高這門課程的學習效果，激發學生的學習興趣，將課堂教學內容更好地運用于工程教育實踐中，機械設計課程教學嘗試采用任務式教學模式。

二、工程教育認證下任務式教學模式探索

教學模式是在一定教學思想或教學理論指導下建立起來的較為穩定的教學活動結構框架和活動程序。機械設計課程不同于其他專業課程，該門課程實踐性、創新性很強。傳統的教學模式強調的是以教師單方面授課為主，要求教師在有限的課時內把大量的知識和信息傳遞給學生，學生被動地接受填鴨式教育，缺少動手操作與動腦思考的機會，這并沒有真正使得課程與實踐落到實處，而且工程以及科研項目根本不能很好地融入實踐教學中去，對于學生工程方面能力的訓練強度不夠。顯然這種舊的教學模式不能完全滿足教學要求。工程認證中，產出導向理念強調專業教學設計和教學實施以學生接受教育后取得的學習成果為導向，并對照畢業生的核心能力和要求，評價專業教育的有效性。學生中心理念強調以學生為中心，圍繞培養目標的達成進行資源配置和教學安排。持續改進理念要求能持續跟蹤改進效果并用于推動專業人才培養質量的不斷提升［5］。這些理念很好地為機械設計課程新的教學模式提供了方向，基于以上理念本文設計了任務式教學模式。

（一）任務式教學模式的構架

產出導向教學強調以學生為中心，教師應該知道學生能取得什么樣的學習成果，如何有效地幫助學生取得這些學習成果。教師對學生的要求更多地集中在培養學生的學習主動性、問題的深入探究和鉆研精神以及追求創新的態度和意識。任務式教學模式就是根據這一要求提出來的，主要包括教學環節、實踐環節、共享平臺和靈活的考核方式。其中，教學環節是主體形式，是知識點講授、教學任務分發、任務成果展示、師生之間及學生之間交流等活動的開展平臺。為了讓教學環節順利開展，實現預期效果，應配以輔助支撐環節如實踐環節、共享平臺和靈活的考核方式。該任務式教學模式旨在培養學生的自主學習能力，使教師的角色由講課者向引導者轉變并有效開展師生互動。開展啟發式教學，以學生為主體，教師的輔助指導起到把握大方向和啟發學生創造性思維的作用。

（二）任務式教學角色任務的確定

實現對機械產品開發項目的管理，需要制定項目計劃模型，項目計劃模型由任務、進度安排和人員安排等信息組成。為了在授課過程中真實模擬企業機械產品的開發過程，需要教師將課程相關教學內容按照項目計劃模型進行整理。機械設計課程要求重點體現設計人員以下四方面能力的培養：調研、文獻檢索和整合的能力，基本理論、方案設計的能力，結構設計的能力，計算說明文檔整理的能力。教師在教學過程中可把涉及的工作角色設置為相應的四個類別組，即計算組、結構組、解說組和圖文組，各組要求具備相關要求。其中，計算組要求學生具有扎實的數學、物理、力學等知識基礎，較強的計算和分析能力；結構組要求學生具有較強的看圖和三維繪圖能力；解說組要求學生具有較強的檢索、語言表達和幻燈片制作能力；圖文組要求學生具有較強的圖文檔編輯能力。

（三）任務式教學的具體實施

教師要從宏觀上把握教學活動整體及各要素之間內部的關系和功能，實現教學的有序性和可操作性。教師在教學過程中應該起到主導作用，熟悉整個課程的教學內容和教學知識點，并將教、學和交流討論融合在一起，貫穿課堂和課后。結合教學大綱和教學日歷制定角色任務登記表，所設計的內容與形式可如表1所示。在角色任務確定后，按角色任務登記表實施。例如可在螺紋連接和螺紋傳動的知識講授中安排千斤頂的設計，分發四個任務。完成這些任務需要安排一名計算組的學生根據設計條件和要求進行相關計算，得到基本結構尺寸；需要一名結構組的學生根據計算組同學的計算結果進行三維結構繪制仿真；需要一名圖文組的學生對計算和繪完圖的內容進行總結歸納，形成文檔和PPT；需要一名解說組的學生收集螺紋種類和特點，分析螺紋對千斤頂的作用及千斤頂的應用，在課堂上把千斤頂從設計計算到使用的整個過程加以匯報解說。這種強調特長和相互合作交流的學習形式會增強學生的自主學習動力，提高學生對課程的學習興趣。為使任務具體落實到個人，又方便各組學生交流，每組成員控制在兩名左右。要確保教學模式正常進行，及時完成任務是重要的保證。任務布置不能太早，任務的完成除了要能促進完成者對相關知識的掌握，也應該強調結果的展示對學生學習的影響。如果時間過早，有可能和所學知識點不銜接；如果布置得太晚，留給學生準備的時間不足。按任務的難度一般可安排三至七天。上課前一天要確保本節課的任務已經完成，并能隨時調整課程內容。

表1 角色任務登記表

任務教學實施過程中，應注重企業對學生個人素養的需求，促進層次遞進教學?！叭阶摺贝_保從點到面參與的持續改進機制，以靈活多樣的形式來培養多層次人才。第一階段，因材施教，根據學生特長、主觀意愿和興趣分配少部分人進各角色組，促進特長教育和學生的相互交流。第二階段，采用對比方法。第一階段后，大部分學生已經融入任務式教學過程中，此時可以結合學生學習情況和調動學生學習積極性給角色組外的學生派發任務，讓他們和角色組人員分別完成相同任務，進行取長補短的互助交流學習。如指定某學生和解說組的A同學分別完成“齒輪在生活生產中的應用”的調研、信息檢索和PPT解說，并對其任務完成情況進行課堂點評，讓他們能更直接地了解自己的不足，促進相互學習。第三階段是全面開放階段，取消原固定角色組成員的具體任務，全體成員積極參與。

三、工程教育認證任務式教學支撐模塊

（一）加強實踐教學

工程認證重點強調的是學生工程能力的培養，就是要求學生能夠把所學的理論知識應用在實踐中，解決實際問題，這會激發學生的學習興趣，使學生產生強烈的求知欲，為學生的終身發展奠定堅實的基礎。為了讓學生掌握工程設計及結構知識，培養學生對相關機械零件的結構設計能力，應該盡可能多地設計一些機械設計項目，提高學生的操作能力，讓學生都能夠參與進去，不斷地進行創新。為此，機械設計課程針對以下幾方面對學生的實踐能力進行培養。

一是課堂教學注重理論和實踐相結合。開展案例教學，選取典型的設計案例，以“以例吸引學生—以例闡述知識點—以例指導學生”為流程，同時將課程設計貫穿整個教學，注重對與課程設計有關的零部件資料的收集，把這些資料恰當地運用到課件中，使學生在學習相關零部件時能聯想起其他應用，做到理論與實踐相融合。通過課程設計任務的實施加強學生實踐動手能力、分析解決問題能力、科研能力和工程意識，并在課程教學開展過程中培養學生間的溝通與交流能力，讓其感受到合作的重要性。

二是通過競賽活動向課堂外延伸。利用競賽活動讓學生在實踐探索過程中提高創新能力。鼓勵學生積極參與老師的科研活動和大學生創新實踐比賽，比如機械創新設計、無碳小車工程能力、大學生挑戰杯等，并要求學生自主參與、全程參與，注重讓學生積極動腦、動手、動口，通過動手操作獲得知識與能力。

三是通過實踐課程提升學生的工程能力。學校更多地與企業生產實際相結合，與企業溝通聯系，創造機會讓學生深入企業生產一線，直觀接觸與動手實踐。畢業設計和校內外實習使學生從工程技術知識接受轉變到職業所需能力獲得，培養學生的工程理論知識、工程基本技能和工程思維與素質，培養學生的工程實踐能力，保障專業培養目標的達成。

四是加強青年教師的實踐鍛煉。青年教師自身實踐經驗缺乏，這會在一定程度上影響課程教學效果。機械設計課程教師需要豐富的生產實踐經驗作為支撐，這就需要他們多參加競賽活動的指導，多參加校內外的生產實習和企業實習。目前學校開展的校企合作為促進教師理論與實踐結合，提高教師教學水平與人才培養質量有著重要的作用。

（二）構建共享平臺

任務式教學是以學生為主體、教師為主導的教學模式，學生之間、師生之間的交流互動頻繁。教師資源及學生任務成果應該能及時進行共享和交流，方便教學的開展和學生的自主學習，也是任務跟進和監督的有效措施和保證。通過共享平臺，采用公共郵箱和微信工作群的方式可以促進師生之間、學生之間的交流，方便任務式教學的開展。

（三）采用靈活的考核方式

考核評價標準和考核方式對于檢驗課程教學效果非常重要。本課程在常用的平時考勤、作業與期末考試成績的考核評價機制基礎上進行擴展，與教學過程中所分發的任務完成情況相結合，采用靈活多樣的考核方式。新的課程教學模式應該強調任務的動態過程考核，按照完成時間、完成質量參考評價，這種新的評判方法能夠強調學生平時的學習態度和過程，鼓勵學生積極進行思考。

四、結語

本文的教學模式適合一至兩個班的規模教學，筆者以機制1405和1406兩個班試行探索。該教學模式得到學生的積極參與支持，活躍了課堂教學氛圍，培養了學生在計算、檢索資料、表達、繪圖等工程實踐的能力以及提出、分析、解決問題的能力。