機械設計教學方法改革探索

鄧文娟　李萍　高興軍

[摘 要]在“卓越計劃”和“工程認證”大背景下，結合新時代學生的特點，為提高課程教學效果和質(zhì)量，實現(xiàn)高素質(zhì)應用型機制工程專業(yè)人才的培養(yǎng)目標，機械設計課程組對教學方法實施了改革。課程組指出了傳統(tǒng)課程教學方法的弊端，在此基礎上開展了以調(diào)動學生學習積極性和能力培養(yǎng)為主要內(nèi)容的教學改革，并對改革教學實施過程中存在的問題和建議進行了探討。

[關鍵詞]機械設計;教學方法;教學反思

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）04-0057-03

當前，社會急需工程應用型創(chuàng)新人才。在“卓越計劃”和“工程認證”大背景下，各高校正面臨培養(yǎng)和造就具有創(chuàng)新能力、適應國家經(jīng)濟發(fā)展需要的高素質(zhì)應用型工程技術人才的巨大挑戰(zhàn)[1-2]。機制專業(yè)作為重要的工業(yè)基礎學科，對實用型人才的培養(yǎng)尤為重要。機械設計作為機械類專業(yè)中一門綜合實踐性強、系統(tǒng)理論突出的重要課程，在機械類專業(yè)本科生的培養(yǎng)計劃中具有重要作用[3]。該課程是先修課程（理論力學、材料力學、機械制圖、互換性測量技術等）的綜合應用，同時是后期專業(yè)課的基礎和過渡，具有很強的基礎性、設計性、實踐性、嚴謹性和綜合性[4]。

一、 傳統(tǒng)教學方式的弊端

傳統(tǒng)教學方法難以調(diào)動學生自主學習的積極性，不利于學生各方面能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)教學以教師講為主，學生被動接受知識，加上課程理論知識比較抽象，圖表公式繁多，在很大程度上限制了學生學習的主動性、積極性和創(chuàng)造性，具體表現(xiàn)為重點內(nèi)容教師講授多次，學生還是記不住。加上教學學時不斷減少，對很多學生來說，直到課程結課他們還沒有真正理解課程的整體和實質(zhì)。此外，傳統(tǒng)教學方法基本上側(cè)重理論知識的傳授，不太重視學生從發(fā)現(xiàn)到問題到解決問題的理論應用能力的培養(yǎng)，也忽視了學生的個性和優(yōu)勢，限制了學生各方面能力的培養(yǎng)，因此課程的教學效果不佳。而以單純考試作為評判學生課程學習效果的方式，會使學生為了考試而學習，采取在臨近期末考試時“死記硬背”的方式，這不能充分調(diào)動學生的學習主動性，學生的創(chuàng)造性思維也受限。當前社會對機制人才的需求是多樣化的，僅僅從考試結果無法選拔出適應社會需求的人才，不能促進學生各方面能力的提高。

二、教學改革實施

“00后”機制專業(yè)大學生成長的時期，是互聯(lián)網(wǎng)技術迅速發(fā)展的時期。這一代學生思想更加開放、包容，樂于嘗試新事物[5]。借助科技手段，學生獲得知識的途徑更廣，知識更新速度更快。學生對新事物充滿好奇心，他們的互聯(lián)網(wǎng)技術和軟件技能較強，自我表現(xiàn)突出。如何根據(jù)學生的特點制訂適合他們的教學方法是本教學改革的重點。本文從以下幾方面對課程改革提出建議。

（一）優(yōu)化教學內(nèi)容，豐富教學案例

課題組成員調(diào)研機械設計類企業(yè)用人需求，將其與機械設計教學大綱及機械設計先修課程的教學情況相結合來制訂合理的教學計劃，同時優(yōu)化教學內(nèi)容，進行模塊化教學。教學模塊的課堂具體實施按“教學案例”“問題引入”“知識點講授”“課程設計相關內(nèi)容講授”和“能力擴展”進行。根據(jù)教學目的、教學內(nèi)容，課程組圍繞石油化工特色鮮明的課程要求選取具有代表性的典型工程案例，如運輸機、抽油機、油管提升測量機構等，建立資源案例庫。如在減速器教學模塊，抽油機、輸運機構、提升機構的案例介紹和小組任務合作可以讓學生直觀理解減速器的作用和應用。通過具體工程案例的介紹和分析，能將課程教學內(nèi)容和實踐緊密結合起來，讓學生全面認識學習和設計的對象，大大提升學生的學習熱情和自主學習的積極性，培養(yǎng)學生的工程設計思想。

（二）探索任務角色式驅(qū)動教學方式[6]

該教學方法是為了加深學生對課堂理論知識點的理解，激發(fā)學生的探究欲。任務角色式驅(qū)動教學法根據(jù)工程設計實際要求，從設計人員要求具備專業(yè)的素質(zhì)能力出發(fā)，結合學生自生的特點，以學生作為教學的中心進行教學活動設計。根據(jù)實驗班級設置項目角色組開展教學活動，具體如下。

1.根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標、課程特點及機械設計人員應具備的基本能力（檢索整合能力、理論計算和方案設計能力、三維結構繪圖能力和文檔編排能力）要求，相應地設置計算組、3D結構繪圖組、解說組和圖文組等角色，在教學過程中建立角色類庫。

2.教師在教學過程中要全局把握各個教學活動環(huán)節(jié)，能隨時應對突發(fā)狀況，以實現(xiàn)教學的有序進行。教師作為教學過程中的主導角色，應該熟悉每次課的教學內(nèi)容，并將教學整體與各知識要素之間的關系和作用進行梳理與銜接，合理組織課程的教學、學生的交流，將課堂學習和課后學習相融合。教師應制訂有效的工作計劃，根據(jù)各教學知識模塊內(nèi)容和任務設計模塊角色任務登記表，并根據(jù)學生的特長和意愿確定角色與分配任務。

3.教師闡述具體任務內(nèi)容，講授相關的理論知識點，明確任務內(nèi)容和計劃安排、任務截止時間，讓學生對任務有一個整體的認識，并確保任務落實到個人。學生在明確角色及任務目標后，教師指導學生掌握相關知識學習的手段和方法，介紹相應的新技術和新手段，讓學生以小組的形式互相交流合作，自主通過各種方法和途徑尋求解決問題的方法。教師要鼓勵學生勇于探索和創(chuàng)新。

4.教師制訂任務進度表，時刻掌握學生任務的完成情況，以確保學生及時完成任務和下一步教學的正常進行。角色任務教學實施中，教師還要注重學生的個性化特點，遞進式地開展教學。因為首次采用新的教學方式，很多學生不了解具體的流程，有時可能有抵觸情緒或處于觀望狀態(tài)，所以可采取由少數(shù)帶動多數(shù)參與的持續(xù)改進機制來進行教學，以靈活與多樣的形式使不同的教學對象慢慢適應。

5.學生完成任務成果的展示。學生以解說、演示為主要形式，采用三維軟件、多媒體技術、信息網(wǎng)絡技術等現(xiàn)代化方法展示成果。任務角色式驅(qū)動教學過程中，教師不再是簡單地授課，而是以學生為中心，與參與角色任務的學生進行交流，讓學生在任務完成過程中成為引導者。

（三）加強實踐教學

在機械設計課程的教學內(nèi)容改革中，實踐教學應成為重要環(huán)節(jié)，應重視對學生技術應用能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，以此促進他們綜合能力的提升。因為減速器包含的各部分結構綜合反映了機械設計的各個主要知識模塊，減速器仍然是大多數(shù)學校選擇的課程設計題目。課題組也將減速器這一傳統(tǒng)的設計題目作為大多數(shù)學生的選題，同時也考慮把與石油特色結合緊密的抽油機工程設計作為設計能力強的學生選題。將課程設計安排在減速器教學模塊中，一方面是因為學生在螺紋連接教學模塊、齒輪傳動教學模塊、帶和鏈傳動教學模塊的學習中已對減速器結構原理有了較深刻的認識，另一方面是因為可以將減速器模塊中涉及的設計理論教學與課程設計實踐相結合，實現(xiàn)理論和實踐相貫通，提高學生的學習效率和實踐應用能力。因在角色任務的教學中，學生已經(jīng)熟悉了三維繪圖軟件的使用，所以實踐環(huán)節(jié)可安排學生采用SolidWorks三維繪圖新技術完成課程設計，繪制相應的零件設計和裝配圖。直觀的減速器結構設計能調(diào)動學生的學習積極性，提高學生的學習效率。結合三維繪圖新技術和3D打印技術把自己的設計變成看得見摸得著的東西，學生學起來就會充滿興趣與動力。另外，課程理論在競賽中得到進一步實踐。學生運用機械設計課程理論知識參加相關競賽，可以使學生機械設計方案構思、方案改進、方案實施等的能力得到進一步的鍛煉和提高。將機械設計理論知識與學科競賽相結合，是有效提升學生的機械設計能力、創(chuàng)新能力和實踐能力的手段。

（四）建立多重考核方法

增大平時成績比重，突出課程的過程化考核，實時把握學生的學習進度和學習狀況及對知識點的理解和應用，避免學生對知識死記硬背。除采用課堂測試，期中、期末考核，試驗實踐環(huán)節(jié)考核外，增加了強化過程考核的角色任務小組大作業(yè)考核等方式，形成多重考核機制。小組大作業(yè)考核方式分兩部分完成。

1.教師評價。教師對作業(yè)（PPT、視頻、三維圖等）內(nèi)容的完整性、可行性、創(chuàng)新性進行考核，同時結合學生的課堂演說和答疑情況給予評分。

2.小組成員評價。小組成員對自己的角色及任務的理解和自己小組作業(yè)完成情況進行自我總結、評價。教師設置問題讓學生結合大作業(yè)情況回答，根據(jù)對作業(yè)內(nèi)容的熟悉程度、回答的條理性及貢獻度評分。自評主要圍繞自己對角色及任務的理解、任務成果描述、小組合作問題及解決的思路方法、小組合作的重要因素及收獲等方面展開。

從反饋的結果來看，靈活多樣的考核方式普遍被學生所接受，這在很大程度激發(fā)了學生上課的熱情和自我深層學習的需要。

三、教學實施過程中的反思

對機制1604-06班級學生實施教學改革，改革效果主要體現(xiàn)在讓學生更愛學習、提高學生的自覺學習能力、活躍課堂氣氛等方面。本次課程考試，學生的整體成績有所提高，卷面不及格人數(shù)與去年相比下降了14.1%，80分以上人數(shù)與去年相比提高了10.2%。從學生的總體反饋可以看出，機械設計課程教學改革普遍被學生接受并獲得學生的支持，但改革教學實施過程中仍有以下一些問題需要解決。

1.由于學時限制，課堂任務角色安排不能兼顧全部學生。一些基礎薄弱的學生完成不了復雜的任務;而有些任務較簡單，能力強的學生完成后不能得到充分的鍛煉。

2.由于初次接受這種教學方式，很多學生在初期比較被動，使教學活動開展不是太緊湊。另外，學生準備環(huán)節(jié)耽誤了一些時間，影響了整個課堂進度。

3.角色任務小組合作的過程和實踐的過程中存在溝通難與低效問題。在實際教學中，有些小組合作學習的開展往往很艱難，因為小組成員的構成往往具有一定的隨意性和臨時性，合作學習小組之間水平差距較大。學生之間熟悉程度不同、主動性不同、觀點不同、學習基礎和層次不同，往往會導致任務完成停滯不前或任務完成不理想。

學生的反饋意見中，對課程的主要建議有：（1）很多學生不敢主動接受任務，有些學生就失去了做任務的機會，希望進一步調(diào)動學生的積極性;（2）課程任務題目可以更豐富，以激勵更多的學生參與;（3）教師提前用充足的時間檢查作業(yè)的完成情況，讓更多學生展示高質(zhì)量的成果;（4）增加課堂評分;（5）多提問，教師往往較多關注參與活動的學生，建議加強與后排學生的互動;（6）增加課時;（7）希望將設計的東西實物化等。

結合以上教學環(huán)節(jié)的問題和意見，建議課程教學在以下幾方面加強建設。

1.增加角色任務項目。進一步合理規(guī)劃角色任務內(nèi)容，從深度和廣度上考慮設置適合不同學習基礎的大多數(shù)學生能完成的任務，根據(jù)個體情況盡量使每一個層次的學生能參與到角色任務中，并享受其中的學習樂趣。充分鼓勵學習能力強、基礎扎實的學生挑戰(zhàn)難度大的任務，讓學生在學習中勇于創(chuàng)新和挑戰(zhàn)自我。對于任務的各個過程要從時間和質(zhì)量上嚴格把關，細化進度管理。另外，需要探索靈活多樣的方式方法來引導學生和激發(fā)學生學習興趣。

2.進一步提升教師的教學能力，優(yōu)化教學環(huán)節(jié)。課程設計方面，希望豐富選題的多樣性，將課題設計的理論教學與實踐教學進一步結合，把教材的知識體系結構和分布與課程設計內(nèi)容糅合在一起。這就要求進一步提升教師的教學能力，優(yōu)化教學環(huán)節(jié)，增強學生理論聯(lián)系實際的能力，提高學生的學習興趣和效率。

3.進一步探尋小組高效合作的方法。有效溝通能解決小組合作中的低效問題。有效溝通要求教師和學生、學生和學生保持緊密、高效的線上線下交流。同時，任務布置后要設置進程監(jiān)督、任務考核機制，使角色協(xié)作順暢，促進小組合作高效化。

4.線上線下相結合的教學模式。為解決課程學時少的問題，可以靈活利用多種教學平臺。充分利用網(wǎng)絡資源平臺、交流平臺（雨課堂、騰訊會議、QQ課堂）以及課程學習平臺（中國MOOC）等，將學生課前、課中和課后的自主學習緊密有機地聯(lián)系起來。

四、結束語

為了適應應用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)要求，本文分析了學校機械專業(yè)機械設計課程實踐教學中面臨的諸多問題，開展了以調(diào)動學生學習積極性和能力培養(yǎng)為主要內(nèi)容的教學改革，并對教學改革進行了反思。課程組以機制1604-06班級為課程教改對象，取得了較好的效果。課程改革提高了學生的資料檢索、語言表達、繪圖、合作等工程實踐能力，以及提出問題、分析問題、解決問題的能力。

[ 參 考 文 獻 ]

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[5] 施曉燕，劉海泉.淺析“00后”大學生新特點及育人策略[J].教育教學論壇，2020（22）：52-53.

[6] 鄧文娟，高興軍，柳青. 工程教育認證下機械設計課程教學模式探討[J].大學教育，2018（9）：58-60.

[責任編輯：鐘 嵐]