一流專業建設背景下《工業設計機械基礎》課程教學改革

滕佳華

關鍵詞：一流專業;工業設計機械基礎;教學模式改革;工作室制

2019 年教育部提出實施一流本科專業建設“雙萬計劃”，即于2019-2021 年建設10000 個左右國家級和10000 個左右省級一流本科專業點，以帶動全國高校所有專業提升水平，保障人才培養質量。為了更好地推進一流專業建設，提升人才培養質量，許多高校以此為契機，對專業核心課程進行教學改革與探索，力爭把每門課程建設成“金課”。《工業設計機械基礎》是工業設計專業的核心專業基礎課程，對學生的專業素養的培養有著至關重要的作用，因此對該課程的教學進行梳理與改革，可以為更快更好地實現一流本科專業的建設目標添磚加瓦。

1 一流本科專業建設背景分析

一流本科專業建設是國家全面振興本科教育、培養一流人才的重大戰略部署。《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》中指出課程是人才培養的核心要素，課程質量直接決定人才培養質量，因此一流本科專業建設，必須由一流本科課程做支撐[2]。《工業設計機械基礎》作為藝術設計類基礎課程之一，率先依據課程特點和一流專業的建設目標，對課程進行改革創新，通過教學方法的改革“讓課程優起來”、對教學實踐的合理設置“讓學生忙起來”、從而達到學生學習“效果實起來”的目的，為一流專業的建設打好基礎。

2《工業設計機械基礎》課程分析

2.1 課程主要內容

工業設計專業的培養目標是產品設計師，因此需要掌握一定寬度的力學和機械知識，但不可能也沒必要達到機械專業的深度[1]，因此課程的內容具有“適專業，寬而淺”的特點。課程包括了工程力學和機械基礎兩大部分的內容，其中工程力學包含了理論力學中的靜力學和材料力學中的強度分析和計算，而機械基礎主要講解了機械零件基礎、常用的四桿機構、凸輪機構及齒輪傳動等內容，如圖1 所示。

2.2 課程教學目標

工業設計是一種創造性的活動，強調的是藝術與技術的結合，而工業設計機械基礎作為工業設計專業的一門專業必修課程，解決的是產品設計中的部分技術問題，其教學目的是使學生了解產品的形態美與工程力學間的關系、理解產品的穩定性、安全性的設計依據，對常用機械傳動裝置的工作特點、適用范圍有全面的把握，從而對產品設計中的力學、結構等問題能夠科學分析并合理解決。

2.3 課程學習現狀與問題

由于該課程內容多而雜，既包含了靜力學和材料力學中的強度分析，也需要對機械基礎的相關內容進行學習，因此該課程具有理論性、抽象性、實踐性和應用性極強的特點。由于在課程的學習中，需要掌握的理論知識較多、概念、公式較為難理解，知識點相對比較抽象，力學部分內容邏輯性強，因此相對其他專業課程來說，學生在學習過程中存在以下問題：（1） 對基礎理論理解不透徹，設計實踐應用能力不強，如圖 2 所示為學生設計的燈具，其在設計及模型制作過程中沒有考慮燈具形態與重心的關系，燈具底座欠缺加重塊，從而導致燈具無法站立 ;（2） 目前的授課模式主要是以教師在臺上講授、學生在臺下聽為主，再配合相應的課后習題熟悉相關的理論知識。該授課模式使學生學起來感覺比較枯燥，學習主動性不強，課后主動投入學習時間不足，也不能較好地將所學理論知識運用到產品設計中，部分理科基礎薄弱的學生容易產生厭學的情緒 ;（3） 閉卷考試方式無法對學生的實踐和創新能力進行有效考核。

3 教學方法改革

基于一流本科專業的建設目標、工業設計專業及課程教學特點和需求及存在的問題，從教學內容、教學方法出發，以“學”

為中心推進傳統教學范式的變革，以更好地調動學生的學習興趣及主觀能動性，提升學生循序漸進地發現問題、分析問題和解決問題的能力，增強學生設計實踐及創新能力。

3.1 全面夯實學生專業基礎知識的掌握能力

由于該課程尤其是工程力學部分的內容具有理論性、抽象性、邏輯性強的特點，如果沒有全面及時地理解掌握基本概念、公理、受力圖的繪制等基礎知識與基本技能，平面力系的平衡問題以及不同變形的強度分析就無從入手，并且隨著內容的深入，學生也會因為越來越聽不懂而出現神游及厭學的情緒。因此“夯實基礎”是指在課程教學內容的安排上，通過各種手段對學生的基本理論和基礎知識進行著重培養，為學生的設計應用能力和綜合素質的提高打下牢固的基礎。

首先，授課時結合典型產品案例分析的方式對基本概念、基本公理進行深入淺出地講解，如鉸鏈約束的約束反力特征是很多學生陌生且不易理解的，教師可通過實際產品演示鉸鏈的結構和所能提供的約束反力的特征。再如以磚夾為例，如圖 3 所示，提醒學生磚夾有幾個研究對象可選？每個研究對象的約束數量及相應的約束類型是什么？尺寸的設計依據是什么？從而讓學生真正明白應該如何確定研究對象并正確畫出受力圖。課堂上通過產品案例演示及分析的方式，引導學生帶著問題、目標加強對基礎知識的領悟，讓其體會到深刻理解、活學活用基礎知識的重要性并能知悉解題背后的意義和增強學習的成就感 ;其次，課后布置相應的典型習題和選擇相應的產品案例，以有效加深學生對基礎知識的熟練程度。實踐表明，以動畫或產品案例分析的方式進行基本知識的講解及課后習題練習的方式對學生夯實理論基礎和基本技能具有明顯的效果。

3.2 廣泛開展相關知識點的實踐教學創新活動

工業設計的核心是創新，而以該課程為基礎的結構創新往往是功能創新的關鍵。為了提高學生的學習興趣，透徹理解基礎理論知識，增強學生應用工程力學和機械基礎的知識點合理解決產品設計中的技術問題的能力，任課教師廣泛開展了實踐教學創新活動。例如在講解梁的抗彎強度時，教授完彎曲變形的受力特點、彎曲內力的計算、彎矩圖的繪制等理論知識之后，結合任務式、討論式的教學方法，鼓勵學生主動查閱橋梁和力學的相關知識，讓學生以小組團隊的方式完成限定材料和規格的紙橋設計制作，并測試紙橋的承重能力，找出橋的危險位置，并依據所學的彎矩圖的知識進行驗證，使學生感受到“學有所成”。再如在學習機械設計部分，講解平面機構的相關理論知識時，以兒童玩具（如圖 4 所示）為例，給學生演示轉動副、移動副、機構運動簡圖的繪制、自由度的計算等，并讓學生自選一種常用機構在設施或玩具產品中進行設計應用，使學生感受到“學有所用”。在不同章節與內容的學習中，合理開展實踐教學活動，不僅引起了學生的學習興趣和學習動力，加深了學生對理論知識的掌握，而且提高了學生分析問題、解決問題、理論聯系實際的能力。

3.3 積極推進現代信息技術與教育教學的深度融合

信息科技革命給世界帶來了翻天覆地的變化，互聯網技術、知識數字化技術和移動通訊技術的發展，給教育領域帶來了前所未有的機遇和挑戰 [3]。推進信息技術與教育教學的深度融合，已成為當前教學發展與改革的重要使命 [4]。“深度融合”是指將信息技術與課程教學的各個環節有機結合起來 [3]，實現教師教學方式、教學組織形式、學生學習方式、學習時間與空間等多方面的變革，使以教師為中心的教學模式變為以學生為中心的教學范式。首先，在課堂教學中，充分利用多媒體教學手段，以圖片展示、動畫演示、視頻播放等方式降低學生對抽象內容的了解與學習，比如將鉸鏈四桿機構在自動開關門、雨刮器、兒童搖搖車等產品中的應用制作成動畫，能充分調動學生的學習興趣及加深對四桿機構運動規律的理解。其次，在課前及課后，通過設置問題、布置任務等方式，引導學生充分利用網絡信息、網絡課堂如微課、慕課等教學資源查閱相關資料進行自主學習與思考 ;任課教師通過社交軟件隨時進行答疑，并在課堂中創造條件讓學生進行講解、討論。充分發揮現代信息技術在課程教學中的運用，有效提升了學生的學習能動性和學習效果。

3.4 充分完善“過程性”課程考核評價機制

課程教學評價的要素是學生的學習效果，而工程力學及機械設計課程的傳統教學評價最終以選擇題、填空題及計算題組成的試卷形式測試學生對課程內容的掌握程度。這種單一的模式考核，僅能評價學生對課程基礎知識的理解和掌握程度[5]，無法衡量學生的創新力、綜合實踐能力的學習效果。基于此，課程推進實施了能引導學生將理論與實踐相融合的“N+1”考核方案。“N”代表的是N 次過程性考核，主要以能考核出學生創新和綜合解決問題能力的設計應用為主，如可將紙橋的設計制作作為一次過程考核，在這個考核過程中可考查出學生能否通過合理的設計橋面的截面形狀、支座位置及形態等要素以提高橋的承重力。“N”可設置為3 次或4 次，以能考核出學生對靜力學、材料力學、常用機構、機械傳動等相關知識點的運用為主的設計實踐。“1”代表的是期末考試，以試卷的形式考核學生對理論知識的掌握程度。“N”和1 各占總評成績的50%。“N+1”考核方案的實施，既能有效評價學生對基礎理論知識的理解和掌握程度，又能綜合衡量學生發現問題、解決問題的設計實踐能力及創新能力。

4 教學模式的重構

為契合一流專業的建設目標，努力將《工業設計機械基礎》課程打造成“兩性一度”（即高階性、創新性、挑戰度）的金課標準，課題組成員將上述的教學改革對策以“工作室制”的形式對課程教學模式進行重構。該模式主要基于OBE（ Outcome-BasedEducation）理念進行課程教學的邏輯展開，在教學過程之中引入學生小組研討教學、課堂翻轉教學、項目任務驅動式教學等方式，將瑣碎、枯燥的理論化課程內容轉化至項目化理論教學與設計實踐的有機融合，以培養擁有創新設計思維和實踐設計能力、能夠基于具體需求而綜合解決各類相關問題的優秀設計人才[6]。

4.1 創建以教學為主導的工作室

以教學為主的工作室，就是以工作室為依托，把與教學相結合的實際或虛擬課題項目引入工作室，學生在設計實踐中，潛移默化地吸收領悟課堂上無法傳授給學生的隱形知識和老師積累多年的專業經驗[7]。工作室是融理論學習和實踐探索為一體的教學基地，因此工作室的導師不僅需要深厚的理論知識，同時應具備較強的實踐能力。為此，教學組成員深入設計企業進行了為期一年的學習鍛煉，參與負責了數個實際項目的完成并與企業簽訂橫向課題;同時聘請了不同企業專家或優秀結構設計人員成為工作室的兼職導師，參與人才培養方案、教學大綱的制定、項目式教學內容的商定等教學工作，并定期到工作室為同學們分享最新前沿資訊及優秀設計案例。在專兼結合的師資隊伍引領下，學生在以工作室為主要教學基地的學習中，不僅打下了較為扎實的理論基礎，同時設計應用能力也有了較好的提升。

4.2 引入基于自主學習的探究式研究項目

吳巖司長指出金課是培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維能力，要有一定的難度，讓學生跳一跳才能夠得著，學生的學習結果應具有探究性和個性化。由于該課程授課對象為大二上學期的學生，對于剛剛接觸工程技術方面的專業課程、還未接觸過設計實踐的他們來說，直接讓他們參與實際項目的研究是困難重重的。為此教師可基于課程內容、知識特點并結合自己的科研項目，遵循由易及難的過程進行研究項目的設計。在每一章內容學習完之后，教師可給學生布置相關知識點的研究項目;課程后期，再給學生安排企業的實際項目。在項目完成過程中，學生自行組成學習研究小組，通過查找相關資料，同學間的相互討論以及向老師請教等方式，進行自主學習及設計實踐，以培養學生靈活運用課本知識解決問題及進行設計創新的能力。通過引領學生通過自主學習完成探究性設計項目，很好地激起了學生的學習動力，學生的設計作品具有探究性和個性化的特點。

4.3 建立高融合的實踐教學平臺

OBE 是基于學習產出的一種教育理念，其教育目標是使學生在完成案例研究、項目設計等教育實踐后取得的最終學習成果[8]。在課程教學中，鼓勵學生到相關企業參觀實習并積極參加企業舉辦的設計大賽、參與教師與企業簽訂的橫向技術開發項目等設計實踐，以校企合作方式建立高融合的實踐教學平臺。同時將校企合作成果有效融入課堂，促進教學內容的改革和學生實踐能力的培養。基于OBE 理念的工作室制的教學模式，依托企業真實項目的實踐，在融入理論知識教學的過程中同時注重了學生設計實踐和解決問題能力的培養，為學生搭建了理論和實踐高融合的教學平臺。實踐證明，以“工作室制”引領的課程教學模式，為學生的學習增加了一定的難度，有效提升了學生主動學習的動力;提高了學生理論知識的實踐應用能力，培養了學生探究性學習和解決復雜問題的綜合能力和創新思維能力。

5 結語

工業設計機械基礎作為工業設計專業不可或缺的專業基礎課程，對學生的邏輯思維能力、應用實踐能力、產品創新能力的培養有著重要作用。在一流專業建設背景下，須結合金課“兩性一度”的高要求以及課程理論性強、實踐性亦強的高難度特點，通過教學方法的改革，全面扎實提升學生對理論知識的掌握程度及設計實踐能力，培養學生主動性學習及綜合解決問題的能力，從而實現課程教學質量和人才培養效能的提升。這些在課程考核成績、畢業設計作品完成度、校企合作等方面均能顯示出課程教學預期目標的達成度。