基于PBL模式的機械設計課程教學改革研究

秦艷

（江蘇聯合職業技術學院淮安生物工程分院，江蘇淮安 223200）

0 引言

在國家大力推行新工科的背景下，對傳統的課堂教學模式進行改革顯得勢在必行。原因在于，在傳統的教學模式下，課堂教學以講授為主，而學生的學習過程是被動的。如此一來，隨著課堂教學時間的深入，知識的抽象性越來越高，學生課堂上的專注度、知識吸收率等呈嚴重下降的趨勢。以機械設計課程為例，通過對近3年本院部分機械專業的學生進行調研發現，74%的學生覺得課堂上教師講解的知識比較抽象，難以理解；57%的學生覺得雖然通過了期末考試，但是對于課堂所學的知識點、定義相當模糊，且學習的內容基本上未達到后續知識應用的程度，以至于學生畢業進入企業后，專業知識的應用能力未能體現出來，企業會花較長的時間對其進行重塑，過程費時費力。因此，如何解決機械設計課程中存在的弊端，提升學生的學習效率，在課程教學中，體系化訓練學生的能力，讓學生能夠更好地適應行業的發展，這是值得探索的問題。

對于上述教學中存在的痛點，國內的許多高校做了大量的研究。例如：文獻[1]在課堂教學中，通過增加“說與做”、“教與評”等環節，對傳統教學模式進行了修正，提升了學生的課堂參與度和學習效率；文獻[2]以學生注意力為出發點，開發了注意力分析模型，推進了學生學習過程的主動性；文獻[3]以學生學習成果為導向，采用主動學習和多學科融合項目的方式，讓學生在課堂學習中，以項目的形式主動構建知識體系；文獻[4]在PBL的教學模式下，學生的各項能力輸出均得到了比較顯著的提升。綜上所述，上述研究均是以提升學生的學習主動性為出發點，以學生的能力提升為培養目標，以項目為實現教學改革的基本措施。因此，本文在機械設計的課程教學改革中，對傳統教學模式中存在的不足之處進行變革，以能力為輸出目標，采用PBL教學模式，促進學生在課堂學習中的主動參與性，實現學習效率的穩步提升。

1 PBL教學模式的實現措施

PBL（Project Based Learning）教學模式是基于項目的課堂教學模式，即在課堂教學中，學生通過多樣化的項目操作，來實現知識的掌握和應用。該模式是以學生實踐動手能力、創新能力等為培養目標的一種教學范式。在機械設計課程教學中，主要根據課程大綱的內容、教材的知識點及培養目標，針對學生對知識的掌握要求來制定PBL教學模式的實現措施。因此，結合本院機械專業在機械設計課程教學中的特點，主要采取的實現措施從3個維度出發，具體如圖1所示。

圖1 PBL的實現維度

1）知識點離散化。該環節為PBL實現的前步驟，即通過分析教學大綱的要求及教材的內容分布，將機械設計課程教學的知識點或知識體系劃分成若干離散的部分[5]，如機械配合知識體系、傳動機構知識體系、焊接知識體系等[6]。知識體系之間雖然是離散的，但是可以通過綜合項目來進行關聯。

2）知識點與項目的結合。針對離散化的知識點或知識體系，設計對應的項目，讓學生在項目操作中應用該知識點，通過主動實踐的方式，完成知識的內化。例如：對于傳動機構的知識體系而言，可以讓學生開展某三級齒輪傳動減速器的傳統系統設計，學生在項目開展中，通過齒輪的類型選擇、傳動比的計算與確定、齒數的確定等操作，將傳動系統的知識體系應用并掌握。

3）項目的開展形式。在PBL的教學模式中，項目的開展形式是多樣化的，包括課堂微型項目、課后綜合項目、討論、團隊協作、構思、設計、制作、運行等形式[7]。主要圍繞學生學習成果來設計項目的各個環節，確保學生能力得到有效的訓練。

2 PBL教學模式的教學實踐

為進一步論證機械設計的課程教學實踐效果，本文開展了2個學期的教學實踐，其中：第一學期還是采取傳統的教學模式，教學對象定義為A班級；第二學期采取PBL的教學模式進行，教學對象定義為B班級。教學實踐中，通過比較二者的綜合教學效果，作為評價PBL教學模式的依據。當兩個班級分別完成一學期的課程教學任務后，從學生學習輸出、學生問卷調查、教學評價3個維度進行比較，如圖2所示。從而判斷PBL的教學模式是否與機械設計的課程特點相適應。其中，學生學習輸出情況如表1所示。

圖2 評價維度

表1 學生學習輸出

從表1所示的學生學習輸出來看，兩種模式下兩個班的成績均符合正態分布規律，這與高校普遍考試成績分布規律相一致[8]。但是，從二者各個層級的學生占比來看，B班學生的優秀段、良好段學生占比均高于A班學生，且整體合格率而言，B班為88%，A班為71%。從這個方面來看，采用PBL教學模式后，學生在項目實踐中掌握并應用知識，B班對知識掌握的程度要優于A班的傳統教學模式。同時，在傳統的教學模式下，機械設計課程的教學側重于理論學習、公式推導及計算等環節，學生應用知識點設計相關作品主要依賴于自身的興趣，并于課后完成。因此，A班的學生創意作品數量僅有3件，而對于B班而言，由于項目已經滲透于課堂教學中，故學生要完成學習任務，必須完成創意作品的設計和制作，因此從這個方面的輸出來看，B班要遠多于A班。

除學生輸出外，對于學習體驗的問卷調查也是重要的教學評價指標。因此，本文以能力輸出為目標，采用李克特量表法[9-10]對學生的各項能力進行問卷調查。部分問卷調查結果如表2～表3所示。

表2 實踐動手能力問卷調查結果

表3 創新能力問卷調查結果

從學生的學習體驗來看，無論是實踐動手能力還是創新能力，A班的學生對于自己能力提升的認同度都比較小。完成一學期的學習后，A班高達47%的學生認為自己的實踐動手能力沒有提升，64%的學生認為自己的創新能力完全沒有提升。相比之下，B班認為自己實踐動手能力和創新能力沒有提升的學生占比為37%和43%，盡管該數據也并非較低的水平，但是遠低于A班。因此，根據學生學習體驗的結果來看，采用PBL教學模式的B班要優于傳統教學模式下的A班。

對于課程的教學評價，采用學生評價、專家評價相結合的形式，評價的滿分為100分，具體情況如表4所示。

表4 教學評價結果

從課程的教學評價結果來看，無論是學生評價還是專家評價，B班的分數都要高于A班的分數，因此，從課程教學的綜合評價情況來看，B班也遠高于A班。這表明，無論是學生還是教學專家，對于PBL模式下的課程教學認同度要高于傳統的教學模式。

綜上所述，從學生的學習輸出、學習體驗及課程教學評價3個維度來看，采取PBL教學模式下的B班各項數據指標要優于傳統模式下的A班，該結果表明在機械設計的課程教學中，PBL的教學模式與該課程特點的匹配度較高，通過PBL的教學改革措施的實施，基本達到了預期的培養目標。

3 結論

對于機械設計的課程教學而言，傳統的教學模式存在課程內容抽象、學生的學習興趣不高、學習效率低下等問題。因此，本課題采取PBL的教學模式，將項目應用于課堂教學之中，從學生的輸出、學習體驗及教學評價3個方面的結果來看，課堂教學的效果要優于傳統模式的課堂教學效果。這說明PBL的模式應用于機械設計的課程教學中是可行的，能夠達到良好的教學效果。同時，雖然教學效果優于傳統模式，但也可以看出，在教學實踐中，部分數據指標并非最優。因此，下一步的工作，將圍繞該模式進行培養方案的持續完善，達到不斷優化教學效果的目的。