基于任務(wù)驅(qū)動的機械創(chuàng)新設(shè)計課程的教學(xué)探索與實踐

辛紹杰 上海電機學(xué)院

基于任務(wù)驅(qū)動的機械創(chuàng)新設(shè)計課程的教學(xué)探索與實踐

辛紹杰 上海電機學(xué)院

針對目前機械創(chuàng)新設(shè)計課程教學(xué)中存在的教學(xué)質(zhì)量不高和學(xué)生創(chuàng)新能力提高不明顯等問題，將建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的“任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法”引入課程教學(xué)。以培養(yǎng)學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計能力為教學(xué)目標，進行了課程教學(xué)任務(wù)的設(shè)計、實施和效果評價的實踐探索，對提高課程教學(xué)質(zhì)量有一定作用。

任務(wù)驅(qū)動法；機械創(chuàng)新設(shè)計能力；實踐

機械創(chuàng)新設(shè)計課程是一門培養(yǎng)學(xué)生機械系統(tǒng)運動方案和結(jié)構(gòu)方案創(chuàng)新設(shè)計能力的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，具有基礎(chǔ)性、靈活性、實踐性和創(chuàng)新性等特點。該門課程的教學(xué)對于大學(xué)生建立創(chuàng)新意識、啟發(fā)創(chuàng)新思維，培養(yǎng)機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計能力，打好機械創(chuàng)新設(shè)計的理論基礎(chǔ)具有重要意義。上海電機學(xué)院是一所隸屬于行業(yè)的新升本院校，學(xué)生文化基礎(chǔ)和素質(zhì)不高、又無生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和工程背景，還在就業(yè)等方面存在誤區(qū)。根據(jù)學(xué)校技術(shù)本科的辦學(xué)定位和學(xué)生的實際水平及學(xué)校教學(xué)條件，考慮課程的教學(xué)目標和課時較少的實際，引入“任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法”組織機械創(chuàng)新設(shè)計課程教學(xué)，改變傳統(tǒng)的按所選教材的章節(jié)、知識點逐一進行講解的授課方式和方法，探索了培養(yǎng)大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計能力的思路和途徑。

一、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的內(nèi)涵

任務(wù)驅(qū)動是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上，師生共同參與的教學(xué)模式，是將所要學(xué)習的新知識隱含于任務(wù)中，學(xué)生在具有明確目標的任務(wù)驅(qū)動下，自主地學(xué)習和應(yīng)用知識，在老師的指導(dǎo)幫助下找到任務(wù)的完成方法并完成學(xué)習任務(wù)。在這個過程中，學(xué)生是主體，去主動尋求知識，其學(xué)習的自覺性得到了發(fā)揮。在這個過程中，教師由傳統(tǒng)教學(xué)模式的主角轉(zhuǎn)變?yōu)樾履Ｊ较碌呐浣?，對于培養(yǎng)學(xué)生獨立探索的創(chuàng)新精神具有重要意義。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是學(xué)生帶著任務(wù)在探索中學(xué)習的過程，克服了對老師的依賴心理，使得課堂的學(xué)習變成學(xué)生主動獲取知識的重要途徑。在探索任務(wù)的解決過程中，學(xué)生會遇到很多問題，通過資料查詢、師生討論、專家輔導(dǎo)等形式可以很好地解決。

二、將典型案例融于課程教學(xué)內(nèi)容

采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式，學(xué)生的學(xué)習過程是圍繞完成一個具體的任務(wù)進行的，這個任務(wù)與教學(xué)內(nèi)容相融合。學(xué)生完成任務(wù)的過程，既是教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習過程，又是教學(xué)內(nèi)容的綜合應(yīng)用過程，是真正把知識的學(xué)習和知識的綜合應(yīng)用有機地結(jié)合在一起的過程。機械創(chuàng)新設(shè)計課程的特點決定了所布置的“任務(wù)”應(yīng)具有綜合性、實踐型和多樣性等特點。所謂綜合性是指多項技術(shù)和多種知識的綜合應(yīng)用；實踐性是指任務(wù)源于人和社會需要，需通過實踐過程完成；多樣性是指所完成的任務(wù)結(jié)果具有多種結(jié)構(gòu)或方案。在任務(wù)的實施過程中，學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力會得到極大提高。案例教學(xué)法是參與式教學(xué)模式的重要形式，對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力具有重要的作用。也是對學(xué)生學(xué)習的作用最大、缺點最少，最令學(xué)生滿意，是學(xué)生最希望老師采用的教學(xué)方法。為提高任務(wù)的完成效率和質(zhì)量，將課程核心內(nèi)容融于教學(xué)案例，在教學(xué)中通過案例引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習、獨立思考，理論聯(lián)系實際，提高學(xué)生解決實際問題的能力。

三、任務(wù)驅(qū)動法在機械創(chuàng)新設(shè)計課程教學(xué)的實施過程

1. 任務(wù)的設(shè)計

任務(wù)的設(shè)計是任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法實施的前提。機械創(chuàng)新設(shè)計課程的任務(wù)設(shè)計要考慮如下幾點：一是綜合性，就是要將學(xué)過的知識和課程的核心知識綜合進去，既鞏固已有的知識和學(xué)習新知識，又能綜合運用這些知識解決實際問題；二是主動性，就是學(xué)生帶著任務(wù)去主動、探索式學(xué)習，而不是被動的學(xué)習；三是實踐性，任務(wù)要來源于實際需要，通過實踐能夠完成，避免理論化或過于抽象的任務(wù)；四是創(chuàng)新性，任務(wù)的約束條件越少，學(xué)生的創(chuàng)新空間越大，這樣有利于學(xué)生想象力和創(chuàng)新能力的提高；五是多樣性，完成同樣任務(wù)依據(jù)的原理不同，學(xué)生所設(shè)計的機械原理方案將呈現(xiàn)多樣性；六是吸引力，興趣是最好的老師，是學(xué)習和創(chuàng)新的驅(qū)動力，學(xué)生若對任務(wù)有興趣，會積極主動地學(xué)習和努力的工作，否則，任務(wù)便是失敗的；七是可操作性，任務(wù)的難易程度和工作量大小要適當，能夠通過自己的努力、同學(xué)的幫助和老師的指導(dǎo)在規(guī)定時間內(nèi)完成；八是任務(wù)要符合課程的教學(xué)目標和專業(yè)培養(yǎng)方向。為此，在教學(xué)過程中，設(shè)計了三個課題，分別是：（1）設(shè)計一種新型越障或避障機械；（2）設(shè)計一種新型助老助殘或訓(xùn)練機械；（3）設(shè)計一種新型廚衛(wèi)、環(huán)衛(wèi)或環(huán)保機械。學(xué)生根據(jù)自己的興趣、愛好自主選擇其中的一個作為需要完成的課題。學(xué)生需完成的具體任務(wù)包括：（1）相關(guān)產(chǎn)品或技術(shù)的研究現(xiàn)狀分析；(2)所設(shè)計產(chǎn)品的功能描述；(3)完成產(chǎn)品功能的技術(shù)（原理）依據(jù)；(4)動作原理和機械結(jié)構(gòu)；(5)機構(gòu)的仿真分析；(6)技術(shù)、經(jīng)濟評價；（7）控制原理和控制方案等。

2. 任務(wù)的布置

任務(wù)的布置既要考慮學(xué)生已系統(tǒng)的學(xué)習過機械制圖、機械設(shè)計基礎(chǔ)和工程力學(xué)等課程，又要考慮學(xué)生對機械創(chuàng)新設(shè)計課程知識的認知規(guī)律。在課程進行完創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造原理、常用創(chuàng)新技法和原理方案的創(chuàng)新設(shè)計等教學(xué)內(nèi)容后布置任務(wù)，并介紹完成任務(wù)的思路和任務(wù)的具體實施過程。為加深學(xué)生的對機械創(chuàng)新設(shè)計的認識，選擇一個高年級同學(xué)自主完成的機械創(chuàng)新項目作為典型案例演示其實施過程和成果。案例的引導(dǎo)使學(xué)生掌握了完成任務(wù)的本領(lǐng)，解決學(xué)生的畏難情緒，提高了知識的學(xué)習和應(yīng)用能力，增強完成任務(wù)的信心。

3. 任務(wù)的實施步驟

首先，學(xué)生要結(jié)合自己的興趣和基礎(chǔ)選擇一個課題。針對所選課題，同學(xué)要認真準備素材，諸如：有關(guān)專利技術(shù)、新產(chǎn)品介紹、科研成果和科技論文等。重點研究現(xiàn)有技術(shù)或產(chǎn)品存在的缺點和優(yōu)點，通過分析查找問題，形成相關(guān)產(chǎn)品或技術(shù)的研究現(xiàn)狀分析報告；第二，針對發(fā)現(xiàn)的問題，學(xué)生應(yīng)用課堂學(xué)習的創(chuàng)新原理和創(chuàng)新技法，并借鑒教學(xué)中分析的若干創(chuàng)新案例，理論與實際相結(jié)合，提出完成任務(wù)可能的解決方案，通過對方案的技術(shù)性、經(jīng)濟性和社會性評價保留兩個較好的方案；第三，教師按學(xué)生課題的類型和內(nèi)容，分別組織學(xué)生介紹完成任務(wù)遇到的問題，并開展討論和分析，給出課題的完善方案；第四，教師安排課題原理方案設(shè)計相同或相近的兩名同學(xué)共同承擔修正后的任務(wù)。這樣，便形成了2人一組的項目團隊；第五，同組學(xué)生合作對設(shè)計方案進行運動和動力學(xué)分析、參數(shù)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)設(shè)計并形成匯報的PPT；第六，教師組織任務(wù)的匯報、討論會，每組匯報完成的任務(wù)，并接受其他同學(xué)的質(zhì)疑，教師綜合分析后給出修改意見。同組同學(xué)根據(jù)匯報情況和教師的意見將材料經(jīng)進一步完善后上交。

4.任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的實施及教學(xué)效果分析

將任務(wù)驅(qū)動法的實施方案用于了機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的實驗班。班級共44名同學(xué)，按照布置的任務(wù)，每名同學(xué)均完成了一種機械的原理方案設(shè)計。教師安排時間讓同學(xué)逐一介紹自己的設(shè)計方案，老師和同學(xué)對這些方案逐一點評并提出意見。在所完成的44個方案中，有5名同學(xué)的方案質(zhì)量較好、10同學(xué)的方案有新意但存在的缺陷，其他同學(xué)的原理方案基本符合教學(xué)要求但不具有創(chuàng)新性。討論后將44種方案整合為18項，36人承擔，兩人一組組隊，每組成員分工合作繼續(xù)開展任務(wù)。對于未承擔整合后任務(wù)的同學(xué)，教師提出4項具體的設(shè)計任務(wù)由同學(xué)完成。任務(wù)的完成主要需要在課外時間完成，學(xué)生除同組同學(xué)一起開展研究工作外，教師每周安排兩次答疑，給學(xué)生提供技術(shù)的指導(dǎo)，協(xié)助解決同學(xué)遇到的技術(shù)難題。通過一學(xué)期課程教學(xué)的探索，在規(guī)定時間內(nèi)，全班同學(xué)完成了任務(wù)，形成了22份設(shè)計資料，其中，具有創(chuàng)新性和實用性的8項設(shè)計成果申報了國家專利。應(yīng)該來說，通過課程的教學(xué)，學(xué)生掌握了機械創(chuàng)新的原理、技法，并能夠應(yīng)用這些原理和方法設(shè)計了解決實際問題的機械。重要的是，學(xué)生的工程素質(zhì)得到了提高，機械創(chuàng)新設(shè)計能力得到了加強。作為衡量本課程教學(xué)質(zhì)量的評價指標之一。既對學(xué)生掌握機械系統(tǒng)創(chuàng)新的基本原理、創(chuàng)新思維方法和創(chuàng)新技法的程度進行考核，又對學(xué)生創(chuàng)新原理和創(chuàng)新技法的實際應(yīng)用能力進行考核，兩者分別占總成績的50%。前者通過作業(yè)、課堂提問和試卷等形式考核，后者通過任務(wù)完成的質(zhì)量、難度和答辯表現(xiàn)等形式考核。問卷調(diào)查表明，學(xué)生對基于任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方法是認可和歡迎的。

四、課程的考核

課程的考核是學(xué)生課程學(xué)習的指揮棒，也是保證任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法教學(xué)目標得以實現(xiàn)的重要措施。針對目前存在的側(cè)重于知識掌握的考核，而忽視學(xué)生能力的考核所導(dǎo)致的學(xué)生片面追求成績，忽視創(chuàng)新能力的培養(yǎng)以及創(chuàng)新意識差、動手能力不強、實踐活動能力和創(chuàng)新能力薄弱等諸多問題。本門課程將學(xué)生的想象力和機械創(chuàng)新設(shè)計能力的提高和增強

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.171

上海市教學(xué)團隊—機械創(chuàng)新設(shè)計課程群教學(xué)團隊；上海市本科特色專業(yè)—機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（數(shù)字化設(shè)計制造方向）；國家第四批高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點—機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)。

辛紹杰（1963年1月生），男，山東省龍口人，上海電機學(xué)院 教師，教授，專業(yè)研究方向：機械設(shè)計及理論、機器人技術(shù)的教學(xué)與科研。