新工科背景下機(jī)械設(shè)計(jì)課程多層次實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系改革與探索

孟 飛,徐尤南,周生通,宋小科

(華東交通大學(xué) 機(jī)電與車(chē)輛工程學(xué)院,江西 南昌 330013)

0 引言

機(jī)械設(shè)計(jì)課程作為機(jī)械工程的重要基礎(chǔ)課,是在機(jī)械制圖、材料力學(xué)、機(jī)械原理、互換性與測(cè)量技術(shù)等先修課程的基礎(chǔ)上,再進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí),使學(xué)生最終能綜合運(yùn)用各種機(jī)械零件和機(jī)構(gòu)以及其他先修課程的知識(shí),掌握設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置和簡(jiǎn)單機(jī)械的能力[1-2]。 在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中,機(jī)械設(shè)計(jì)是一門(mén)理論性和實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程[3],包含課程學(xué)習(xí)與課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐,一直都是教學(xué)改革關(guān)注的焦點(diǎn)。牛紅恩等[4]針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程提出一種基于過(guò)程評(píng)價(jià)的課程改革,將機(jī)械設(shè)計(jì)課程分為幾個(gè)重要節(jié)點(diǎn),通過(guò)分解課程內(nèi)容,監(jiān)控學(xué)生設(shè)計(jì)過(guò)程,來(lái)提升學(xué)生的課程設(shè)計(jì)能力。金鑫等[5]提出一種基于BOPPPS(導(dǎo)入、目標(biāo)、前測(cè)、參與式學(xué)習(xí)、后測(cè))模式的教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì),解決了機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)陳舊、課程貫通缺乏的問(wèn)題。劉國(guó)敏[6]針對(duì)授課采用傳統(tǒng)“滿堂灌”,提出基于 PAD 課堂的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)踐。通過(guò)課堂精講留白、內(nèi)化吸收和課堂討論提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,以期改善課堂教學(xué)質(zhì)量,達(dá)到人才培養(yǎng)目標(biāo)。秦濤等[7]提出基于“科研項(xiàng)目+學(xué)科競(jìng)賽”雙驅(qū)動(dòng)的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革與實(shí)踐,對(duì)于提高教師教學(xué)質(zhì)量、擴(kuò)大科研隊(duì)伍、提升人才培養(yǎng)質(zhì)量也有顯著意義。上述內(nèi)容都是理論課的過(guò)程改革,或者與課程設(shè)計(jì)的協(xié)同等,還未構(gòu)建完整的基于課程的教學(xué)改革模式。

1 存在問(wèn)題

1.1 課程學(xué)時(shí)普遍減少、課程設(shè)計(jì)與考試周重合

隨著各專業(yè)開(kāi)展工程教育認(rèn)證工作,機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)計(jì)劃學(xué)時(shí)由64學(xué)時(shí)調(diào)整為48學(xué)時(shí),同時(shí)課程設(shè)計(jì)由3周調(diào)整為2周。而機(jī)械設(shè)計(jì)課程內(nèi)容多、概念多、公式多、圖表多。出現(xiàn)了學(xué)時(shí)減少,而課程內(nèi)容多的問(wèn)題,同時(shí)學(xué)生期末做課程設(shè)計(jì)時(shí)往往是考試時(shí)間,導(dǎo)致課程設(shè)計(jì)時(shí)間難以保證。

1.2 課程學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確

課程大綱中對(duì)課程目標(biāo)提出了具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單機(jī)械裝置的能力,和解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力,但是并不具體,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確,從而學(xué)習(xí)動(dòng)力不足,創(chuàng)新意識(shí)淡薄。

1.3 教師的科研、課程教學(xué)、課程設(shè)計(jì)及科技競(jìng)賽融合問(wèn)題

課程教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、科技競(jìng)賽以及教師科研都是各自獨(dú)立的工作,如何使課程教學(xué)內(nèi)容更豐富以及更接近工程實(shí)際、調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,這是需要探索的一個(gè)問(wèn)題。

1.4 師生,生生互動(dòng)性差

在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中,由于課程理論性強(qiáng),同時(shí)現(xiàn)在的學(xué)生習(xí)慣一個(gè)人學(xué)習(xí),有問(wèn)題不主動(dòng)提問(wèn),導(dǎo)致師生、生生互動(dòng)性差,學(xué)習(xí)效果不理想。

2 教學(xué)改革實(shí)踐措施

針對(duì)上述四方面的問(wèn)題,以科創(chuàng)競(jìng)賽的創(chuàng)新能力與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向,通過(guò)以賽促學(xué)和同伴學(xué)習(xí)的課程教學(xué)改革,整合課程教學(xué)資源與學(xué)生科創(chuàng)活動(dòng);圍繞課程教改、高質(zhì)量創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式,以及復(fù)雜工程問(wèn)題能力達(dá)成等方面逐步確定了夯實(shí)課程教學(xué)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與工程實(shí)踐三者有機(jī)融合的三融合課程教學(xué)模式;構(gòu)建集創(chuàng)新教學(xué)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、科學(xué)研究、實(shí)踐訓(xùn)練及科創(chuàng)競(jìng)賽的以團(tuán)隊(duì)協(xié)作為核心的團(tuán)、學(xué)、研、訓(xùn)、賽五位一體,線上與線下、課內(nèi)與課外聯(lián)動(dòng)的多層次實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系,如圖1所示。形成了以學(xué)生為中心的教學(xué)實(shí)踐和協(xié)作氛圍,為專業(yè)的高質(zhì)量創(chuàng)新型人才培養(yǎng)邁出堅(jiān)實(shí)一步。

圖1 以團(tuán)隊(duì)協(xié)作為核心的人才培養(yǎng)新模式

利用課程教學(xué)環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生組建5人一組的學(xué)習(xí)小組,通過(guò)同伴教學(xué)法與線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式,合理分配教師教學(xué)時(shí)間,以同伴互助學(xué)習(xí),課后線上學(xué)習(xí)等方式,培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。解決師生、生生互動(dòng)性差和課時(shí)減少、授課內(nèi)容多的問(wèn)題。

在課程學(xué)習(xí)的時(shí)候,就布置好課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容,明確課程目標(biāo)。課程設(shè)計(jì)任務(wù)布置以5人一組,組內(nèi)每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)參數(shù)不同,以二級(jí)齒輪減速器為例,該設(shè)計(jì)主要有運(yùn)輸帶拉力F(N)、卷筒直徑D(mm)、運(yùn)輸帶速度v(m/s)3個(gè)參數(shù),將參數(shù)設(shè)計(jì)為三因素五水平,從而選擇正交表,以便組內(nèi)、組外學(xué)生觀察參數(shù)發(fā)生變化,結(jié)果會(huì)有何不同,并進(jìn)行研討,從而緩解學(xué)生期末做課程設(shè)計(jì)時(shí),又要面臨期末考試,避免出現(xiàn)時(shí)間緊張問(wèn)題。同時(shí)學(xué)生也可明確課程學(xué)習(xí)目標(biāo),學(xué)習(xí)的積極性,團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力得到提升。

采用課程、實(shí)踐與研究相融合的模式,將教師的科研案例,優(yōu)秀的創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目作為課堂授課素材,實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究、創(chuàng)新實(shí)踐與課程的有機(jī)融合。在加強(qiáng)理論教學(xué)的同時(shí),注重理論在工程實(shí)際中的應(yīng)用。激發(fā)學(xué)生敢于并勇于創(chuàng)新實(shí)踐的想法,達(dá)到“要我學(xué)”向“我要學(xué)”轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)啟發(fā)式、自主式、研討式教學(xué)方法的多元化模式。

在每個(gè)學(xué)年開(kāi)始上課的時(shí)候,發(fā)布本年度校級(jí)雙基競(jìng)賽系列的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽主題,引領(lǐng)學(xué)生組隊(duì)報(bào)名,每個(gè)項(xiàng)目5位學(xué)生,通過(guò)競(jìng)賽促進(jìn)學(xué)生的課程同伴學(xué)習(xí)以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。這得益于教研室連續(xù)17年組織了基于機(jī)械設(shè)計(jì)課程的校級(jí)雙基創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng),如表1所示。實(shí)現(xiàn)了以賽促學(xué)、以賽促教、科教融合,課內(nèi)課外互相促進(jìn)的培養(yǎng)模式,培養(yǎng)出能夠熟練解決實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題能力的學(xué)生。

表1 2022年“雙基”競(jìng)賽項(xiàng)目一覽表

3 結(jié)論

針對(duì)目前高校畢業(yè)生與企業(yè)需求的人才目標(biāo)的差距問(wèn)題和解決畢業(yè)生普遍存在實(shí)踐操作、動(dòng)手能力差,團(tuán)隊(duì)協(xié)作與創(chuàng)新意識(shí)淡薄等,做了以下三個(gè)方面的改革和探索。

1)利用課程教學(xué)環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生組建學(xué)習(xí)小組,培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,形成團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)氛圍激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)學(xué)生的個(gè)人能力,協(xié)作能力以及基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備。

2)通過(guò)案例分析將科學(xué)研究、科創(chuàng)競(jìng)賽和教學(xué)內(nèi)容整合,基于課程開(kāi)展和指導(dǎo)科技競(jìng)賽的課外實(shí)踐,做實(shí)基礎(chǔ)課與專業(yè)課程的橋梁作用,解決科學(xué)研究與課程教育融合,創(chuàng)新實(shí)踐與課程融合的問(wèn)題。

3)通過(guò)教學(xué)改革實(shí)踐形成了以團(tuán)隊(duì)協(xié)作為核心的“團(tuán)、學(xué)、研、訓(xùn)、賽”五位一體的人才培養(yǎng)模式,更好地培養(yǎng)符合社會(huì)和企業(yè)需求的高質(zhì)量創(chuàng)新型人才。