“目標引導任務驅動”下的課程設計與專業課教學同步的教改嘗試

湯曉明 潘曉紅

[摘 要]文章通過分析專業課教學和相關課程設計存在的問題，指出兩者時間脫節和設計題目陳舊是重要原因；提出多渠道選擇合適的課程設計題目并將課程設計任務分解到每階段的課堂教學中，兩者同步進行，實現以課程設計要求為目標，以課程設計階段任務驅動學生完成課程學習的教改模式。前期教改嘗試表明，“目標引導，任務驅動”的教學效果突出，值得在工科專業課教學中推廣。

[關鍵詞]目標引導；任務驅動；教改方案；實施計劃

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）01-0058-03

專業課在本科教學中占有重要地位，是學生在學習過程中必須掌握的課程，能否對其學懂學透學以致用是一名學生能否向專業技術人才轉變的關鍵。但專業課通常具有理論抽象、概念繁多、實踐性較強的特點，學生在學習的過程中很難對其有一個很好的把握，而且其前后銜接課程周期長、內容容易遺忘，這就給學生理解和掌握課程內容造成困難。本項目將機械設計基礎課程課堂教學和機械設計基礎課程設計實踐教學環節同步結合起來，開展“目標引導，任務驅動”教學模式研究與實踐，以達到回歸教育理念，實現學習、研究、實踐同步進行的教育過程，進而激發學生的思考興趣和設計熱情，促進學生全面發展。

一、機械設計基礎及其課程設計教學目前存在的問題

機械設計基礎是面向非機械專業學生開設的一門重要專業課，它要求學生通過課程學習了解普通機械設備的工作原理，在選購設備、使用設備、維護設備以及設備故障分析等方面獲得必要的基本知識，是非機械專業學生必須掌握的一門重要的基礎課程；還要求學生初步具備借助《機械設計手冊》設計簡單機械裝置的能力。因此，在課程結束后會開設有為期兩周的機械設計基礎課程設計實踐教學環節。通過以上兩個相連的教學環節，培養學生的綜合知識運用能力和動手設計的實踐能力。該課程也是基礎課和專業課的銜接點，是培養一個優秀學生向一個合格工程技術人員轉變的切入點。

但機械設計基礎課程內容的廣泛性與學時的局限性之間的矛盾，影響了學生掌握更多的機械設計知識，限制了學生分析能力和設計能力的提升。而且傳統的教學模式相對單一、學生理解費力，會使得學生對該門課程的學習失去信心，最終影響到學生的學習效果。因此，針對傳統教學的不足，在機械設計基礎課程教學中找到一種新的教學方法是十分必要的[1]。

機械設計基礎課程設計是一個重要的實踐教學環節，它不僅培養工科學生的設計思想、構思與表達的能力，還培養學生分析和解決實際工程問題的能力，有利于鞏固、深化、拓展學生的專業知識，讓學生對所學機械知識的理解更加深刻，為學生以后的學習工作打下良好的基礎[2]。

機械設計基礎課程設計通常是在機械設計基礎課程結束以后的兩周內進行，課程設計時間與課程教學脫節。課程設計題目通常選擇一般用途的機械傳動裝置或簡單機械，給定的數據多年不變，課程設計題目陳舊、缺乏創新。這就導致學生缺乏學習的主動性、積極性，教師缺乏新思維，師生同受其害。整個課程設計過程缺乏師生的交流與互動，考核方式死板單調，僅憑學生最后提交的設計圖紙和設計說明書等紙質材料給定成績，難以有效調動學生的學習積極性，助長了懶惰學生抄襲的不良風氣，影響了勤奮好學學生的學習積極性，嚴重違背了課程設計教學的初衷[3]。

二、“目標引導，任務驅動”的教改思路

國外工科學校的一些先進的教學模式就與目標學習有關，比如美國麻省理工學院的基于產品生命周期的CDIO教學法，丹麥奧爾堡大學基于工程實踐問題的PBL教學法等，都是以實踐目標同步引導專業課學習，均能收到良好的教學效果[4]。

我國高校目前的課堂教學采用階段教學法，將專業知識按理論體系來分章節，每一章節講究學深吃透，舉一反三；在理論基礎上下了很深的功夫，可是該專業知識在工程中的典型應用就講得不透，缺乏實踐鍛煉的學生無法形成直觀印象，在今后的工程實踐中也無法及時準確地將所接觸的實際情況與相關理論知識建立聯系，也就無從進行后續的設計工作。

我校大多數工科專業目前已全面實行卓越工程師人才培養模式，突出了工程實踐、設計與創新能力要求。這就迫切需要在教學方法上進行改進，而“目標引導，任務驅動”的教學模式正是突出工程實踐，并將工程問題與專業理論知識適時有機融合的一種有益的教學嘗試。

在課程教學中采用“目標引導，任務驅動”的教學模式，就是以課程設計要求為目標，在學期初將課程設計題目布置到每個學生，使每個學生在一開始就明確自己的設計目標，以目標引導學習；教師再將課程設計任務分解到每階段的課堂教學中加以逐步介紹，讓學生了解每章節的學習目的和該章節知識的用途，通過視頻教具等虛擬實踐手段使學生能夠直觀感受機械設備的結構特點，將機械設計知識轉換為機械設備設計的能力，逐步完成各階段的設計任務，在最后的課程設計階段將各階段成果組合并加以修改驗證，完成整個設計任務。這樣既明確了專業課的學習目的和學習要求，又完成了工程設計能力的突破，兩者結合能達到最佳的教學效果。

三、教改方案與實施計劃

為培養具備較強的工程實踐能力、創新思維及設計能力的高級工程技術人才，可依托中南大學機械學科涵蓋面廣、學科優勢突出、教學資源豐富、師資力量雄厚的優勢，借鑒國內外高校同行在工科專業課教學方面的先進經驗，充分發揮機電工程學院在創新教育方面的經驗和優勢，把握當前機械制造領域和社會需求的發展趨勢，采取以下教改方案和實施計劃。

其一，對教學內容進行更新，幫助學生適應本專業未來的發展。隨著教學改革的深入，我校許多專業將機械原理和機械設計這兩門課程整合為一門機械設計基礎課程，課時大幅減少，因此必須對教學內容進行精選。機械設計基礎是一門應用性很強的課程，教學內容應具有實用性和針對性。我們根據市場和社會需要，重新整合教學內容，并不斷更新教學內容，保證教學內容的先進性。將教改教研成果和學科最新發展成果引入教學中，拓寬學生的知識面，努力加強學生工程意識的培養，使學生能更好地將所學知識應用于設計實踐中； 同時加強對學生機械設計能力特別是創新設計能力的培養，融知識傳播、能力培養、素質教育于一體，教書育人，積極改革。

其二，采用先進的教學方法和教學手段，保證學生能夠有效掌握知識。教學過程以激發學生的學習興趣、培養學生理解能力為主導，根據實際教學內容的需要，我們可以采用啟發式、互動式等靈活的教學方式，力求創建活躍、和諧的課堂情境，進而激發學生的學習興趣和學習的積極性。學生是課堂教學的主體，只有在課堂教學過程中充分激發學生的學習興趣，充分調動他們的學習積極性，才能使他們對知識的理解更深刻，掌握更牢固。我們可以針對不同章節教學內容的特點，采用不同的教學方法，增加師生互動環節，并和實踐教學緊密地聯系起來，加深學生對機械內容知識的感性認識，讓學生感到實踐就在我們身邊。比如在講解機械原理的過程中，我們帶領學生參觀了我校的大學生創新設計基地，向學生展示了由大四學生制作的各種層次的創新設計作品，讓學生對機械的魅力有一個更加深刻的理解，提高學生學習的積極性。在展示及討論的過程中，學生的積極性很高，氣氛十分熱烈，有些創新能力強的學生還提出了幾種機構綜合的方案，具有一定的實用性和創新性。為增加課堂的信息量和提高教學效率，保證整體教學質量，在實際的教學過程中，我們將多媒體教學和網絡教學等一些新的教學手段運用到實際的教學工作中，通過圖片和動畫演示的方式將各種機構的結構和運動過程直觀生動地展現在學生面前，幫助學生加深對這些知識點的理解，增強其感性認識，激發其學習興趣。同時為突出課程的教學重難點，我們將傳統教學和多媒體教學相結合，適當增加板書內容，比如公式的推導、重要結論等，以方便學生記憶和掌握。

其三，明確學習目標，多方選題并按題目難度分級。傳統的機械設計基礎課程設計題目以使用齒輪減速器的皮帶運輸機、卷揚機等通用機械的總體設計為主，雖然機構典型，但這一類題目已沿用幾十年，不能適應目前教育發展的需要。而且學生在網上也能輕易下載到相關的設計計算模板，增加了整體抄襲的可能性。面對這些抄襲的設計計算，指導老師很難判斷評分，獎懲無法分明，這就打擊了真正認真完成設計任務的學生的學習積極性。

新的課程設計選題完全可以多渠道進行，即可將傳統題目加入部分行業新技術進行改良，也可依托中南大學眾多科研項目的優勢，從中精煉簡化出適用于課程設計的新題目，還可從學校歷年的學生創新設計大賽項目中加以篩選，部分有能力的學生甚至可以自己收集資料自己出題并由指導教師審定。總的方向是題目新穎，緊密聯系工程實際或日常生活，內容涵蓋機械設計基礎課程的大部分關鍵章節，題目綜合性強。至于課程設計題目難度的把握，可以按設計難度分為較難和中等難度兩大組由學生自主選擇。學習成績好、綜合能力強的學生可選擇較難組的題目，完成得好可評優；成績一般或學習吃力的學生可選中等難度組的題，只要基本完成了設計任務就可給及格，但這一組的題因難度不夠，最高成績也只能給良好。經試驗，絕大部分學生都滿意這種選題方式并能較好地完成設計任務。若有條件，還可適當嘗試安排少量設計工作量大的題目，由2-3名學生分工合作共同完成設計，借以培養企業特別看重的團隊合作精神和小組成員間的協調配合能力。

其四，分解設計任務與學習要求，實現教學和實踐的有機結合。以課程教學大綱為主線，合理分解安排課程設計環節，按章節內容融入課程的教學環節和考核環節，注重課堂教學與課程設計的結合，把控教學進度和教學效果。在課程開始時將課程設計任務提前分配給每個學生，使課程設計與課堂教學同步，學生帶著設計課題開始機械設計基礎課程的學習。再將設計題目分解為總體方案設計、運動分析與機構設計、零部件設計及優化等多個設計環節，并將每個設計環節當作相應課程章節的綜合練習。在重要章節的學習過程中，每個學生都明確自己的學習目的，能及時應用所學的知識完成相關環節的設計任務。學生在設計過程中自然而然地將零散繁多的知識點串聯起來進行理解記憶，也就更好地理解了所學的概念原理，掌握了工程實踐中解決問題的思路和方法。學生通過完成課程設計的各階段設計任務來開展實踐和理論的交替式學習，加強了對知識構架的把握。教師也可以通過批改作業為階段設計結果把關，還可利用作業討論的機會引導學生優化設計方案。

其五，對實踐性教學環節進行優化改革。培養學生的實踐和創新能力目前已成為高等學校的一項重要教學改革內容。在實踐性教學環節的改革中，我們堅持理論教學與實踐教學并重，注重提高學生的實踐動手能力，啟迪學生的創新思維，培養學生分析和綜合運用現代技術手段解決工程實際問題的能力。機械設計基礎課程實踐環節包括實驗和課程設計，這就體現出實踐教學的重要性。為加強對學生機械設計能力特別是創新設計能力的培養，教師在實驗環節的教學過程中要格外著重開設具有創新性、綜合性和設計性的實驗，同時開放大學生創新設計基地和實驗室，讓學生能夠動手開展一些具體的實驗操作，鞏固所學到的理論知識，加強工程實踐能力和創新能力，為學生提供展現才華的機會。教師在課程設計改革的過程中，設計題目要多樣化，主要是以常用機械和生產實際課題為主，同時為了調動學生的學習積極性，發揮學生的創造力，允許學生自由選題。在教師的指導下，學生可根據自己的想法對現有機械進行改進設計或發明新的機械。有些學生在實踐中表現出濃厚的興趣，在完成本課程的學習后就直接報名參加大學生創新設計比賽。

其六，引入先進的設計手段，模仿企業要求進行設計。目前機械設計制造企業已全面推行產品設計過程全數字化，大范圍使用先進的設計軟件和最新的數字化設計規范，但教材與行業發展總是存在著時間差。為使學生的學習與目前的行業發展和企業要求同步，在教學與課程設計過程中引入先進的設計軟件和最新的設計規范也是我們的教改嘗試之一。因先修課程和學生課外自學及參與創新活動等因素，很多學生已基本掌握了UG、SolidWorks、Pro/E等主流三維設計軟件的使用方法，引導學生借助先進的三維設計軟件完成機構設計、零部件設計和總體設計，再用有限元法進行結構設計和力學校驗。在課程設計中將先進的設計軟件與機械設計內容緊密結合起來，哪怕使用的是已高度簡化的設計計算模型，對提升學生的實踐鍛煉效果也是很有幫助的，而且能為學生今后走進企業打下良好的基礎。

其七，針對部分由創新大賽項目和教師科研項目演化而來的、內容新穎、系統性強而難度偏大的課程設計題目，可嘗試開展研討式教學。研討式教學是以學生為主體、以分析解決問題為中心的教學方式，強調以“導”為主。可選取少數課題作范例，采用兩段式引導方法開展教學。在分析問題階段，全班學生共同參與，以課題的階段設計要求為目標，教師引導學生以所學課程知識來分析問題并加以討論，逐漸養成學生自主分析問題的習慣。在解決問題階段，組織該課題的學生根據前期的分析結果，通過查找資料和探索研究確定解決問題的方案，完成設計實踐。這樣既讓部分學生通過完成難度較大的課程設計題目來完成工程設計的系統訓練，又以此為樣本，引導其他學生完成“目標引導，任務驅動”的學習過程。

其八，期末考試除原有的計算及綜合題型外，還可適當加入部分課程設計的變形簡化題以及與生活實際有關聯的分析題，以檢驗學生對知識的掌握和運用能力。考后仍保留兩周的課程設計時間，此時學生檢驗前期設計方案和計算結果并按格式要求完成課程設計說明書，利用這段較長的完整時間完成整臺設備的總裝圖和部件圖，重點復查設計的合理性與圖紙的規范性，最后進行課程設計答辯。從我校目前工程試驗班的成績評定標準來看，學生的課程成績和課程設計成績都是平時成績與最終考核成績“五五開”，教師在課程教學與課程設計中的全程參與和涵蓋全部學生的平時記錄，正是平時成績的最準確全面的量化評定依據。

四、結語

通過第一輪教改實踐表明，實施“目標引導，任務驅動”的工科專業課教學模式，既能幫助非機械專業學生搭建機械設計知識構架，又可提升機械設計基礎課程的教學效果，學生的學習興趣和學習積極性大幅提升，為實現學生向工程師的轉變邁開了第一步，為培養多學科融合的高級技術人才探出了一條可行之路。其教改經驗對其他專業課的教學改革也具有很好的借鑒價值。

[[ 參 考 文 獻 ]]

[1] 楊恩霞，應麗霞.機械設計基礎課實踐研究型教學模式的探討[J].黑龍江高教研究，2008（11）：165-167.

[2] 姜程智，程紹博，趙亭.機械課程設計對大學生學習機械設計的影響[J].南方農機，2017（1）：142+148.

[3] 李霞，陳建萍，魏敏，等.機械設計課程設計現狀與改革實踐的探索[J].教育教學論壇，2016（25）：63-64.

[4] 劉寶存.美國研究型大學基于問題的學習模式[J].中國高教研究， 2004（10）：60-62.

[責任編輯：龐丹丹]