機械精度設計課程“以學生為中心”的教學改革

邢 艷，楊云鵬，關媛媛，秦嘉瑞，程祎琳

（1 沈陽工學院，113122，遼寧撫順；2 沈陽阿諾德緊固件有限公司，110000，遼寧沈陽）

隨著德國和中國針對制造行業提出“工業4.0”和“中國制造2025”兩個發展戰略，越來越多的崗位需要既擁有扎實的理論知識，又擁有過硬的實踐能力的應用型人才,而應用型人才的培養一方面要著重于機械專業技術實訓課程的開展和實踐能力的提高,另一方面要加強專業基礎課的教學，培養應用基礎知識解決機械工程項目的能力,因此必須對傳統教學模式進行改革。教學改革是一場全面系統的改革，包括教學目標的設定、教學內容的設計、教材的用優用新、教法和學法的更新、課堂管理的先進性及考核的多樣性等多方面。機械精度設計是專業基礎課模塊中的一門重要課程,是聯系機械設計類課程與機械制造工藝類課程的紐帶，同時也起著聯系機械基礎課與機械專業課的橋梁作用[1]。傳統的機械精度設計課程,主要講授機械零部件的互換、幾何量測量技術基礎、孔和軸尺寸的公差與配合、幾何公差以及表面粗糙度與檢測等與零件精度設計相關的基礎知識,并通過實驗環節進行基礎知識的驗證,偏重的是教師的講授能力;但是對機械行業應用型人才的培養要求、產品制造的多元化和復雜化的要求,以及企業對應用型人才運用機械基礎知識解決工程問題能力的要求等，都必須以課程教學為基礎來滿足或達到。本文基于機械精度設計基本教學要求和培養目標,探討“以學生為中心”的項目教學改革模式及項目教學方法的構建,旨在提高機械精度設計課程教學效果，使學生具備諸如對零件精度進行檢測并作出正確合格性判斷等能力。

1 “以學生為中心”教學模式的提出

美國兒童心理學家和教育家杜威曾提出“以兒童為中心”的觀念，該觀念在教育界引起了很大反響，并應用在兒童的各類教學中。傳統的教學模式是圍繞書本的內容展開的，課堂教學形式采用課程時間、課程進度、課程考試“三統一”的教學模式，即并行開展。傳統的教學模式是在課堂上將大量死板而枯燥的知識采用填鴨式的教學方式向學生灌輸,造成學生被動地接收知識,信息量巨大,無法在課堂上去思考問題并有所領悟。在教學過程中,教師是主體,學生圍繞著教師和書本被動地接受課程內容,這種教學模式與杜威提出的“以兒童為中心”的教學模式完全相反,杜威提出的這個新思想對中學和大學的教學模式具有重要的引導作用,并逐漸被后人轉換成“以學生為中心”的教學觀念。

“以學生為中心”的教學最顯著的特征是:學生是課堂的主體,教師僅起教學過程主導作用。教師在傳授基礎知識和實踐技能的過程中,重視激發和引導學生學習的積極性和主動性,既要“授之以魚”又要“授之以漁”[2]。因此在課堂上教師要以多元創新的教學方式培養和引導學生，讓書本知識貼近工程實際項目,創建高效課堂。

為了解決傳統教學模式下傳授機械專業基礎知識的弊端,積極開展“以學生為中心”的教學模式，課堂教學方法在傳統講授法的基礎上，增加了項目驅動法、案例法、啟發式教學法、講練結合法和分組討論法,同時選用雨課堂、多媒體等多種教學手段進行機械專業基礎知識課程的教學設計。

2 基于機械實際工程項目的“以學生為中心”的項目教學方法的構建

項目教學是一種新穎的、現代教育的教學形式，它以工業社會、信息社會為基礎,以大生產和社會性的統一為內容,以社會現實與發展為目的,將受教育者社會化,就是以為社會培養實用型人才為直接目的的一種人才培養方法[3]。機械精度設計課程在教學改革建設的過程中,將機械專業基礎知識與機械實際工程案例有機結合,開展以學生為中心的項目教學,在教師講授機械專業基礎知識后,學生通過練習和分組討論來鞏固知識,并應用專業基礎知識內容進行有針對性的機械實際工程項目的訓練;以學生為中心的項目教學強調基礎知識與機械實際工程案例的融合和滲透,將二者有機地結合起來[4]。引導學生在練中學、在練中思考,教學的最終目標是增強學生的成就感和自信心,培養學生的動手能力,同時增強團隊的創新意識和合作精神。

2.1 組建機械類理實融合的一流教師隊伍

開展項目教學,既需要教師有扎實的機械學識和教學經驗,同時需要教師準備并熟悉教學資源——機械工程項目、課件PPT、機械精度檢測的微課視頻等,因此構建一流的教師團隊是必需的。教師在選取機械工程項目的時候,要重視項目融入基礎知識點的準確性、項目的應用范圍以及項目的難易程度等內容,能夠從學生對機械專業基礎知識的接受能力出發設置課程的教學方法和選擇合適的教學手段。

PPT 以及微課等課件的制作,有助于教師把個人對機械專業基礎知識的凝練和獨特的教學方法“講”出來,學生先在視覺上對知識內容有一個初步的印象,在知識的擴展學習以及應用中,通過課件中的詳細講解和形象演示，學生能夠加深對知識點的理解和記憶。因此,有針對性地培訓PPT 的制作和機械精度檢測微課視頻的錄制技巧,能提升教師利用信息技術開展個性化機械類知識教學的能力。

2.2 重組并增加課程資源

課程資源分為三類:課程內容資源、項目任務資源、實踐微課資源。

2.2.1 課程內容資源

通過與機床研發、機器人應用、緊固件檢驗等多類型機械行業內的機械工程師和質量工程師進行面對面交流和線上交流,確定整合選取重點內容進行項目式教學設計,將32 學時的純理論課內容分解為16 學時的機械理論知識講解和16 學時的以學生為中心的課上討論和實踐練習。

將課程內容按機械工程項目劃分后,將零件的尺寸精度設計、幾何精度設計、表面粗糙度設計等工程項目與課程內容貫通,整體認識機械零件精度設計所涵蓋的全部內容,在機械基礎知識的教學中加強工程意識的培養,并在機械工程案例的設計過程中增添正確應用基礎知識的課程內容。

2.2.2 項目任務資源

根據教學大綱和課程內容重點,將機械實際工程案例設計成多項討論任務和項目任務,突出課程內容的重點、難點和應用方法,內容涵蓋機械零件精度設計的全部內容,使基礎知識與實踐練習融合為一體,主要引入的機械工程項目有:軸承公差與配合的設計、階梯軸的配合精度設計、鉆床專用夾具鉆套的配合精度設計、減速器幾何公差的選用和標注方法,以及機械裝配圖和拆分后零件圖的正確表達方法。在討論任務和項目任務完成的過程中將學生分小組,由小組討論分析機械工程案例的解決思路并最終確定解決方案,體現以學生為主體、以老師為主導的教學模式，并共同完成討論任務和項目任務。

2.2.3 實踐微課資源

它是整個教學改革的一小部分內容,與機械基礎知識和機械實踐項目都有著一定的聯系,也是最直觀、最先進的資源形式。實踐微課是一種動態資源，它是在機械工程項目交流、設計、制造和檢測的過程中產生的,也是在教學互動以及學生自主學習和反思過程中產生的。實踐微課內容選取的是基礎知識中的重難點內容或者是機械工程中的典型案例,將其做成10 min左右的視頻學習資料,主要供學生自主學習,內容包括光譜分析儀檢測零件、扭矩測試儀檢測螺栓、硬度檢測儀檢測零件的硬度以及各種顯微鏡檢測產品的質量。

2.3 豐富教學方法

以項目教學為主,結合講授式、啟發式、講練結合式等混合式教學方法,突出以學生為中心。講授式方法用來講解基礎知識,突出知識的重難點;啟發式教學方法能夠引導學生獨立思考,分析和提出用基礎知識解決機械實際工程案例的步驟和方法;講練結合式能夠加深對知識的理解和記憶；項目式教學方法用于提出項目任務和引出相關機械基礎知識,引導學生在機械實際工程案例中獨立思考機械基礎知識的正確應用，進而培養解決實踐問題的能力。在混合式教學法中可以增加小組討論和知識競賽等教學手段,其中：知識競賽主要應用在對機械基礎知識學習后的檢驗,考查學生課上對知識的理解程度;小組討論主要應用在專題討論環節和項目任務實施環節,學生在討論的過程中交流學習成果和資料,培養學生團隊意識以及共同解決機械實際工程問題的協作能力。同時在混合式教學法中，教師按接受能力的不同分層次劃分學生,再有針對性地進行引導和輔導,真正做到差異化教學。與此同時,教師能夠應用發散性思維,設計新穎的教學環節,將課程基礎知識與機械實際工程案例緊密切合,形成講授知識、推廣知識、解決問題的良好教學模式。

2.4 構建課程考核與評價體系

針對項目教學模式和各教學環節內容的設置,考核采用階段性評價和綜合性考核相結合的方式,具體實施方法為課程的過程考核和期末閉卷考試。過程考核分值占比超過50%，主要是在學生完成一個單元的基礎知識和討論任務后,就安排一次階段性的項目任務考核，體現實踐能力的培養效果。而綜合性考核是用匯總所有知識來驗收學生的學習效果，在整門課程結課后以期末考試的形式進行。當然,在過程考核中,教師需要將考核期間出現的重點問題“及時”反饋給學生,調整學生的學習節奏,按照差異化教學法,有針對性地分層次對學生進行不同的指導,達到共同進步的目的。

3 結語

機械精度設計課程“以學生為中心”的項目教學改革,不拘泥于傳統的教學思維和方法,在開展項目教學的同時,采用混合式教學方法,差異化施教,正確處理教與學的關系,明確學生為主體、教師為主導的教學模式。實踐證明,“以學生為中心”的教學模式,能發現學生之間的差異,給學生創造更多動手實踐和參與機械工程項目的機會,激勵學生自主學習、高效學習,創造輕松活躍的課堂氛圍,并培養學生的團隊協作能力。