基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械原理課程項目式教學(xué)改革與實踐

劉春東，張東輝*，吳東昊，閆小軍

（1.河北建筑工程學(xué)院機械工程學(xué)院 河北 張家口 075000；2.河北建筑工程學(xué)院河北省機械基礎(chǔ)教學(xué)示范中心 河北 張家口 075000）

“機械原理”課程是機械類一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，是學(xué)生接觸的第一門與專業(yè)相關(guān)的課程，具有專業(yè)啟蒙的作用。本課程主要介紹各類機械產(chǎn)品中常用機構(gòu)設(shè)計的基本知識、基本理論和基本方法，主要研究機械中機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運動，以及機器的結(jié)構(gòu)、受力、質(zhì)量和運動。通過理論學(xué)習與不斷實踐，加強創(chuàng)新思維和工程設(shè)計能力的訓(xùn)練，為機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計提供必要的基礎(chǔ)知識與方法，通過啟發(fā)創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生主動實踐的工程設(shè)計能力[1]。

作者從事“機械原理”課程教學(xué)近20 年，深刻體會到傳統(tǒng)的串行教學(xué)模式會使“機械原理”課程中機構(gòu)設(shè)計知識的講解過于理論化、知識體系過于碎片化，不利于學(xué)生掌握[2]。在教學(xué)過程中，只注重教師的主導(dǎo)作用和知識的傳授，忽視學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[3]，學(xué)生感受不到知識的新奇和刺激，沒有創(chuàng)造的沖動和探索。因此，結(jié)合課程特點，積極深化教學(xué)改革，強化學(xué)生創(chuàng)新意識培養(yǎng)和實踐能力鍛煉，探索項目式教學(xué)新模式，通過具體實施，收獲了良好效果。

1 項目式教學(xué)方法簡介

1.1 項目式教學(xué)的內(nèi)涵和作用

項目式教學(xué)是指以學(xué)生的實踐創(chuàng)新活動為主體，在教師的引導(dǎo)啟發(fā)下，學(xué)生在主動完成既定項目內(nèi)容的設(shè)計和創(chuàng)新的過程中，實現(xiàn)知識的構(gòu)建和創(chuàng)新思維的訓(xùn)練[4]。

1.1.1 以構(gòu)建主義學(xué)習理論作為理論基礎(chǔ)

建構(gòu)主義倡導(dǎo)的學(xué)習過程是學(xué)習者主動建構(gòu)知識的過程[5]。傳統(tǒng)的通過教師向?qū)W生傳遞知識的過程是“低級學(xué)習”過程，而高一級的學(xué)習過程則是學(xué)習者在特定的學(xué)習環(huán)境下，借助外界（包括教師和同伴）的幫助，利用豐富的線上線下學(xué)習資源，通過意義建構(gòu)的方式而獲得知識。這種學(xué)習更強調(diào)“四性”，即主動性、情境性、協(xié)作性、創(chuàng)新性，而且這種知識構(gòu)建過程需要學(xué)生自己完成，教師無法替代[6]。

1.1.2 實現(xiàn)兩個中心的轉(zhuǎn)移

在活動主體上，以教師的教授為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生創(chuàng)造性學(xué)習為中心，真正實現(xiàn)教育的目的；在教學(xué)內(nèi)容上，以講授課本知識為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐蚤_展創(chuàng)新實踐項目為中心，應(yīng)用知識，實現(xiàn)知識創(chuàng)新[7]。

1.1.3 學(xué)科競賽與項目式教學(xué)互聯(lián)互通

全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽由教育部高等學(xué)校機械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會主辦。其旨在引導(dǎo)高校在教學(xué)中注重培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合設(shè)計能力及團隊合作精神；強化學(xué)生動手能力的培養(yǎng)和工程實踐的訓(xùn)練，提高學(xué)生針對實際需求進行創(chuàng)新思維、機械設(shè)計和制作等能力。目前，該項賽事已成為國內(nèi)最具影響力的機械類學(xué)科競賽，其在培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和綜合素質(zhì)方面效果顯著[8]。因此將競賽引入項目式教學(xué)過程中，實現(xiàn)競賽與項目式教學(xué)融為一體，同向同行，互聯(lián)互通[9]。

1.2 教學(xué)過程中容易被忽視的問題

項目式教學(xué)最初被應(yīng)用于中小學(xué)教育，后逐漸擴展到高等教育領(lǐng)域。一些高校教師在采用項目式教學(xué)時，常常容易忽視以下幾個問題[10]：

①項目式教學(xué)內(nèi)容組織一成不變，做不到與時俱進，所教內(nèi)容與技術(shù)的更新速度落后于時代發(fā)展。

②盡管項目式學(xué)習教學(xué)活動被廣泛地應(yīng)用于各類學(xué)科并取得一些成效，但有時仍無法擺脫傳統(tǒng)教學(xué)的影子，始終圍繞教材內(nèi)容對學(xué)生展開活動。這雖然對理論教學(xué)幫助非常大，但仍有很大的局限性。

③項目式教學(xué)強調(diào)多元評價，如何開展評價，如何平衡過程性評價和結(jié)果性評價，這些問題一直以來都沒有得到有效解決。

2 項目式教學(xué)設(shè)計與實施

項目式教學(xué)是在學(xué)期的中后段實施完成，約4 周。在實施過程中，遵循“教師主導(dǎo)”“學(xué)生主體”這兩條主線[11]。即教師是“導(dǎo)演”，學(xué)生是“演員”，大家各司其職，相互協(xié)調(diào)，保證項目式教學(xué)的順利進行，如圖1 所示[12]。

圖1 項目式教學(xué)實施過程中的任務(wù)流程分解

2.1 項目選題

確立項目主題時，既要關(guān)注學(xué)生的興趣愛好，又要具有挑戰(zhàn)性，挑戰(zhàn)他們的創(chuàng)新極限。而主題盡量源于生活，要具有真實的應(yīng)用情境。

機械創(chuàng)新設(shè)計大賽都是以社會熱點問題為競賽主題，作為項目主題開展項目式教學(xué)是非常契合的。同時，對于較為成熟、有創(chuàng)意的設(shè)計成果，進行重點培育，專門指導(dǎo)，制作作品實物模型，積極參加校賽和省賽。由此，既能完成教學(xué)活動，還能參加學(xué)科競賽，一舉兩得。相關(guān)設(shè)計如表1（p132）所示。

表1 基于大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的“機械原理”課程教學(xué)項目設(shè)計

2.2 實施過程

①召開專題布置解析會。課堂上專門抽出一節(jié)課的時間，組織專題任務(wù)布置解析會，講解項目式教學(xué)具體實施流程，內(nèi)容包括教學(xué)目的、任務(wù)安排、成果要求、考核方式以及評價標準五方面。

②組建設(shè)計小組。將全班學(xué)生分成若干個項目組，每個項目組成員3―4 人，推薦或自薦一位組長，負責組織制定實施計劃，分解設(shè)計內(nèi)容，分配設(shè)計任務(wù)，項目答辯等工作。同時承擔著項目小組與教師溝通的橋梁和紐帶作用。分組時，需要教師合理地調(diào)配，做到組與組之間實力相差不大，每組的組員之間能力和性格盡量互補[13]。

③創(chuàng)新機構(gòu)設(shè)計。根據(jù)項目主題，項目組成員要專門開會討論研究，確定設(shè)計何種創(chuàng)新機構(gòu)。每個組的同學(xué)在組長的帶領(lǐng)下，定期召開小組會，研究討論課題任務(wù)；借助圖書館或通過網(wǎng)絡(luò)等渠道查閱相關(guān)文獻資料，進行創(chuàng)新機構(gòu)設(shè)計。在整個設(shè)計過程中，組內(nèi)同學(xué)都能各司其職，有的查閱文獻資料，有的繪制創(chuàng)新機構(gòu)圖，有的撰寫設(shè)計說明和制作演示文稿，將團隊合作作用發(fā)揮得淋漓盡致。

④成果匯報及答辯。設(shè)計結(jié)束后，組織現(xiàn)場成果匯報及答辯環(huán)節(jié)。由各組的組長通過PPT 匯報設(shè)計成果，包括創(chuàng)新機構(gòu)的設(shè)計思路，創(chuàng)新點，存在的不足及收獲體會等。同時，教師根據(jù)匯報情況組織學(xué)生答辯。

2.3 過程評價

項目式教學(xué)的評價根據(jù)學(xué)生完成項目的情況來綜合衡量，評價豐富而全面，涉及項目活動各個環(huán)節(jié)的表現(xiàn)[14]。依據(jù)認知、技能、態(tài)度、協(xié)作與溝通能力等評價指標點，構(gòu)建五維評價體系，即個人自評、組內(nèi)互評、組長評價、小組評價和教師評價[15]。評價突出客觀性和全面性，不僅有針對項目團隊的整體評價，也有針對學(xué)生個人的評價，如表2所示。

表2 項目式教學(xué)的五維評價體系

①教師評價：由兩部分構(gòu)成。根據(jù)各組提交的《機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計說明書》撰寫情況、PPT 匯報情況等，為各小組的整體表現(xiàn)進行評價；對各組組長的綜合能力進行評價。

②組長評價：各組組長根據(jù)組員的表現(xiàn)從態(tài)度、能力、貢獻等方面對組內(nèi)同學(xué)進行評價。

③個人自評：學(xué)生本人針對自己在組內(nèi)所扮演的角色，是否掌握項目的理論基礎(chǔ)、設(shè)計理念和設(shè)計方法以及為團隊所作的貢獻進行客觀評價。

④組員互評：每位同學(xué)對組內(nèi)其他同學(xué)的貢獻進行客觀評價。同時，還要對本組組長的個人表現(xiàn)進行評價。

3 項目式教學(xué)的實施效果

項目式教學(xué)已經(jīng)在我校實施了4 年，經(jīng)過不斷改進和優(yōu)化，教學(xué)模式日臻完善。通過開展項目式教學(xué)，真正讓學(xué)生實現(xiàn)了知識有寬度，能力見深度，素質(zhì)顯高度。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 改善了課堂教學(xué)效果

通過開展項目式教學(xué)，不僅可以激勵教師提升教學(xué)水平，還充分調(diào)動了學(xué)生對“機械原理”課程學(xué)習的積極性，大大增強了課堂理論學(xué)習的內(nèi)生動力[16]，徹底消除了低頭族和睡覺黨，聽課效果顯著提升，期末掛科率逐年下降。例如2020―2021 第二學(xué)期課程掛科共4 人，掛科率僅為4.88%，同比下降近6 個百分點。

3.2 豐富了課程評價體系，真正實現(xiàn)了對學(xué)生的綜合性評價

隨著專業(yè)結(jié)構(gòu)和人才培養(yǎng)方案的優(yōu)化，傳統(tǒng)的以閉卷筆試為主的終結(jié)性課程評價方式已不能相適應(yīng)，就必須“改進結(jié)果評價，強化過程評價，探索增值評價，健全綜合評價”[17]。經(jīng)過評價改革，“機械原理”課程總評成績由期末考試、期中考核、單元測試、項目設(shè)計、實驗操作、回答問題、課堂作業(yè)等7 部分構(gòu)成，如圖2 所示。項目式教學(xué)的評價成績要計入課程最終的總評成績，占課程總評成績的10%。這樣既豐富了課程評價體系，又調(diào)動了學(xué)生的積極性。

圖2 “機械原理'課程總評成績構(gòu)成

3.3 提升了學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力

學(xué)生在項目設(shè)計實施過程中，不但培養(yǎng)了自主學(xué)習的意識和創(chuàng)新意識，提高了實踐能力和創(chuàng)新能力，還鍛煉了團隊協(xié)作能力和人際交流能力。近幾年學(xué)生參加其他學(xué)科競賽以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目的積極性越來越高，參加人數(shù)呈逐年遞增趨勢。

4 結(jié)語

基于學(xué)科競賽開展項目式教學(xué)應(yīng)用到“機械原理”課程中，取得了良好效果，2020 年該課程被評為校級一流課程，2021 年參加校教學(xué)創(chuàng)新大賽榮獲二等獎。這種教學(xué)模式注重創(chuàng)新實踐能力的鍛煉和團隊意識的培養(yǎng)，也受到了學(xué)生的歡迎。但在實踐過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題。如基礎(chǔ)較弱學(xué)生的參與積極性不高、擠占常規(guī)教學(xué)課時較多、學(xué)生評價還做不到絕對客觀真實等。相信經(jīng)過認真總結(jié)和摸索，這些問題一定能都得到妥善解決。