“基于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)全過(guò)程”的機(jī)械設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)

蔡曉君， 竇艷濤， 劉湘晨， 劉占民， 徐林林

(北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，北京102617)

0 引言

能力——是指順利完成某一活動(dòng)所必需的主觀條件。人的能力簡(jiǎn)言之主要是由“知識(shí)”與“技能”兩部分所組成［1］。現(xiàn)代高等工程教育認(rèn)為如果僅僅依靠在課堂上對(duì)學(xué)生“灌輸”知識(shí)，而沒(méi)有足夠的實(shí)踐環(huán)節(jié)加以訓(xùn)練與應(yīng)用，學(xué)生所獲得的“知識(shí)”只是停留于書(shū)本上的認(rèn)知，不能靈活運(yùn)用、不能解決問(wèn)題，這種“知識(shí)”沒(méi)有為個(gè)體“技能”的提高服務(wù)，更不能轉(zhuǎn)化為個(gè)體的“能力”。從學(xué)生角度而言，面對(duì)大量被灌輸?shù)?、枯燥的“知識(shí)”卻不知為何而學(xué)?不知用在何處?更不能轉(zhuǎn)化為自身的“能力”?因此獲取“知識(shí)”的熱情和樂(lè)趣被大大降低。這種模式培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生工程實(shí)踐能力極為低下，無(wú)法勝任日益激烈的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)，這就是傳統(tǒng)工程教育的病垢所在［2］。

“基于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)全過(guò)程”的機(jī)械設(shè)計(jì)能力課程后延續(xù)化培養(yǎng)模式的改革與實(shí)踐首先充分肯定學(xué)生在人才培養(yǎng)中的主體地位，認(rèn)為學(xué)生本身具有一種對(duì)“知識(shí)”的渴求。而教師作為教學(xué)過(guò)程的組織者、促進(jìn)者，通過(guò)為學(xué)生設(shè)計(jì)真實(shí)的機(jī)械產(chǎn)品任務(wù)和復(fù)雜多樣化的問(wèn)題，激勵(lì)學(xué)生發(fā)表對(duì)問(wèn)題解決的多重觀點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題，從而引發(fā)和保持學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性。我們用如下3個(gè)環(huán)節(jié)保證教學(xué)改革理念的實(shí)施:① 學(xué)生“知識(shí)”與“技能”的融合、學(xué)生能力的培養(yǎng)不是一門課程、一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所能完成的，需要教師們通過(guò)幾門課程的“連續(xù)性訓(xùn)練”和“遞進(jìn)式培養(yǎng)”。②通過(guò)學(xué)生感興趣的某一“真實(shí)機(jī)械產(chǎn)品全過(guò)程的設(shè)計(jì)與制作”的實(shí)施，以設(shè)計(jì)研究小組為實(shí)體，以“化整為零”的方式做指導(dǎo)，課內(nèi)培育、課后跟蹤。③實(shí)施了教學(xué)延伸至課外的機(jī)械設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)模式，使學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程［3］。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程的“連續(xù)化”與“遞進(jìn)式”培養(yǎng)

“機(jī)械原理”、“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”、“機(jī)械設(shè)計(jì)”和“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”等系列課程是機(jī)械類專業(yè)的看家課程，在人才培養(yǎng)中占有重要地位。系列課程所涉及任務(wù)本來(lái)是一個(gè)完整的機(jī)械系統(tǒng)裝置，但為了符合各自教學(xué)的需要，教師們常常截取課程相關(guān)內(nèi)容，轉(zhuǎn)化為學(xué)生所看到的“紙面設(shè)計(jì)題目”，導(dǎo)致實(shí)踐環(huán)節(jié)彼此獨(dú)立，連續(xù)較差，更為重要的一點(diǎn)是所有設(shè)計(jì)，均為“紙上談兵”，缺乏了工程實(shí)踐的檢驗(yàn)，學(xué)生對(duì)工程的認(rèn)識(shí)是模糊的。

為此課程組對(duì)相關(guān)理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了有機(jī)的整合，并在教學(xué)過(guò)程中突出以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主線的特色，例如機(jī)械原理學(xué)習(xí)壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)壓縮機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械制造則上升為工藝設(shè)計(jì)與制造;所有教學(xué)環(huán)節(jié)都圍繞項(xiàng)目設(shè)計(jì)這個(gè)核心展開(kāi)，并與這個(gè)核心融合在一起，形成一個(gè)有機(jī)的、系統(tǒng)的整體，從而在內(nèi)容和形式上保證了機(jī)械設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的“連續(xù)化”;此外教師的講授以一種嶄新的“遞進(jìn)式”教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)，采取:①引入工程概念;②引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)工程問(wèn)題;③引出求知欲;④引進(jìn)工程理論殿堂。“遞進(jìn)式”教學(xué)方式完全以學(xué)生為主，以滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴求為出發(fā)點(diǎn)，使學(xué)生能用所學(xué)能解釋工程現(xiàn)象，解決工程問(wèn)題，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，提高學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)的能力和實(shí)踐動(dòng)手的能力［4］。

2 實(shí)施機(jī)械產(chǎn)品的全過(guò)程體驗(yàn)

自我效能這個(gè)概念最早由著名心理學(xué)家班杜拉提出，它是指?jìng)€(gè)體對(duì)能否成功掌握特定任務(wù)的信心。按照自我效能理論，親歷性、替代性的工作經(jīng)驗(yàn)都能提高個(gè)體的自我效能，而高自我效能與低自我效能相比，更加能夠促進(jìn)行為的成功履行，為學(xué)生在企業(yè)成功立足服務(wù)［5］。

教師通過(guò)真實(shí)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、制作全過(guò)程的訓(xùn)練，讓學(xué)生們切實(shí)體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)工程中理論知識(shí)應(yīng)用各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)經(jīng)歷一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品或機(jī)械系統(tǒng)全過(guò)程的基本訓(xùn)練，將所學(xué)的現(xiàn)代機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)、工程材料、公差與技術(shù)配合、工程力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電系統(tǒng)控制等系列課程的理論知識(shí)在這一過(guò)程中得到具體的實(shí)際應(yīng)用和工程訓(xùn)練。

設(shè)計(jì)題目由3部分組成:① 封閉式。教師命題;②半開(kāi)放式。教師提出功能目標(biāo);③ 開(kāi)放式。學(xué)生自主選題等，學(xué)生自主選題主要考慮學(xué)生長(zhǎng)期感興趣、有一定研究積累的特長(zhǎng)。教師指導(dǎo)學(xué)生依據(jù)興趣選題，充分調(diào)動(dòng)社會(huì)、家庭參與研究訓(xùn)練的積極性，題目采用學(xué)生自選和教師指定相結(jié)合的原則，具有學(xué)生感興趣的諸多因素。如管道爬行裝置的設(shè)計(jì)與制作、糕點(diǎn)切片機(jī)的設(shè)計(jì)與制作、具有逃生功能自動(dòng)窗的設(shè)計(jì)與制作等。

以往學(xué)生完成了理論設(shè)計(jì)任務(wù)后，常常有一種錯(cuò)誤的直覺(jué)，認(rèn)為設(shè)計(jì)已經(jīng)完成，而在實(shí)施機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作的全過(guò)程實(shí)踐訓(xùn)練中，許多學(xué)生才知道更大的任務(wù)才剛剛開(kāi)始。市場(chǎng)調(diào)研—購(gòu)買配件—加工零件—組裝裝配—修改設(shè)計(jì)—安裝調(diào)試等等環(huán)節(jié)，這些實(shí)踐活動(dòng)沒(méi)有現(xiàn)成的書(shū)本可作參照，需要學(xué)生調(diào)動(dòng)自我潛能去發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)、聯(lián)系廠家、動(dòng)手制作，實(shí)驗(yàn)室里的小設(shè)備學(xué)生是最經(jīng)常的訪客。這種學(xué)習(xí)是帶著問(wèn)題的學(xué)習(xí)，學(xué)生常常是追著教師請(qǐng)教答案。在設(shè)計(jì)制作實(shí)踐中還有一些學(xué)生的產(chǎn)品有可能面臨的卻是失敗，例如機(jī)08單洪超小組設(shè)計(jì)制作的雙向爬桿裝置，由于材料選擇不當(dāng)，導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度剛度不足，無(wú)法正常工作;機(jī)08封立澤小組設(shè)計(jì)制作的雙螺旋槳釣魚(yú)船由于零件設(shè)計(jì)選用不當(dāng)，導(dǎo)致聯(lián)軸器連接失效，這種產(chǎn)品設(shè)計(jì)失敗的體驗(yàn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)也是一種寶貴的經(jīng)驗(yàn)，值得很好地總結(jié)與吸收。

學(xué)生們正是通過(guò)親歷這種基于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，使其在大學(xué)階段學(xué)到了“活”的知識(shí)和技能，并具備了在實(shí)踐中解決工程問(wèn)題的能力，從而有效提高了個(gè)體面向工程實(shí)際的自我效能［6-7］。

3 以化整為零的方式實(shí)現(xiàn)課程后延續(xù)化培養(yǎng)

美國(guó)國(guó)家培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室總結(jié)的學(xué)習(xí)金字塔模型證明，合作學(xué)習(xí)和實(shí)踐是提升學(xué)習(xí)效果的根本方法。但是在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)，教師總是剛剛把教學(xué)內(nèi)容講完，課程也面臨著結(jié)束，合作與實(shí)踐環(huán)節(jié)根本來(lái)不及實(shí)施，更別說(shuō)培養(yǎng)提高學(xué)生的能力培養(yǎng)了。因此我們?cè)谙盗姓n程開(kāi)始時(shí)，就介紹項(xiàng)目設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求，布置學(xué)生按自愿組合的方式組成研究設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)小組，一般為3～5人，鼓勵(lì)不同特長(zhǎng)的學(xué)生搭建項(xiàng)目小組，鼓勵(lì)男女協(xié)調(diào)搭建項(xiàng)目小組。項(xiàng)目小組設(shè)組長(zhǎng)一名，主要制定設(shè)計(jì)規(guī)劃、把握項(xiàng)目進(jìn)度，分配工作任務(wù)等;經(jīng)過(guò)充分討論醞釀后，項(xiàng)目小組有明確具體的分工，每一位小組成員必須保質(zhì)保量按時(shí)完成規(guī)定任務(wù)。通過(guò)項(xiàng)目的完整實(shí)施，讓每一位小組成員真正領(lǐng)會(huì)團(tuán)結(jié)協(xié)作的內(nèi)涵［8］。

由于相關(guān)理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)課內(nèi)學(xué)習(xí)只安排了兩個(gè)學(xué)期的教學(xué)任務(wù)，而產(chǎn)品的加工制作與調(diào)試往往需要更長(zhǎng)的時(shí)間，課程結(jié)束了，項(xiàng)目沒(méi)有結(jié)束，如何延續(xù)指導(dǎo)，給教師了帶來(lái)較大困難。課程組采取了“化整為零”、“課后延續(xù)化”培養(yǎng)的模式，即:課內(nèi)培育、課外追蹤、延續(xù)化培養(yǎng)，對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)制定分階段成果考核的目標(biāo)。學(xué)生在每一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)既要有階段成果，產(chǎn)品制作完成又要有最終成果，課內(nèi)成果記為課內(nèi)成績(jī)，課外成果記為創(chuàng)新學(xué)分。教師指導(dǎo)采用定期指導(dǎo)和不定期咨詢與詢問(wèn)兩種方式，定期指導(dǎo)主要指在課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)階段，要求每組學(xué)生在2～3周的時(shí)間內(nèi)，調(diào)研—制定方案—討論—分工設(shè)計(jì)—繪圖—匯報(bào)成果，教師評(píng)定階段性成績(jī);不定期咨詢與詢問(wèn)可能貫穿整個(gè)學(xué)期，尤其是課程后的延續(xù)化跟蹤培養(yǎng)，要求項(xiàng)目組成員就前期的設(shè)計(jì)在后續(xù)的加工、購(gòu)買材料等方面發(fā)現(xiàn)問(wèn)題隨時(shí)可向教師咨詢，教師隨時(shí)可詢問(wèn)學(xué)生項(xiàng)目進(jìn)展，提出指導(dǎo)意見(jiàn)或建議。教師定期指導(dǎo)采取當(dāng)面指導(dǎo)的方式，教師不定期詢問(wèn)采取當(dāng)面指導(dǎo)、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系或通訊交流等多種靈活的方式。課程后的延續(xù)化跟蹤培養(yǎng)與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，與課外科技活動(dòng)相輔相成，各項(xiàng)目組在課程后學(xué)期內(nèi)舉辦1或2次項(xiàng)目組之間的交流，介紹項(xiàng)目進(jìn)展情況，展示項(xiàng)目成果［9-10］。在2011年舉辦的CDIO國(guó)際大會(huì)上機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生就他們的設(shè)計(jì)體會(huì)進(jìn)行了精彩的發(fā)言，獲得了與會(huì)國(guó)際人士的好評(píng)。

4 結(jié)語(yǔ)

“基于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)全過(guò)程”的機(jī)械設(shè)計(jì)能力課程后延續(xù)化培養(yǎng)模式是在有效整合機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程理論與實(shí)踐內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過(guò)學(xué)生感興趣的某一“真實(shí)機(jī)械產(chǎn)品全過(guò)程的設(shè)計(jì)與制作”的實(shí)施，以設(shè)計(jì)研究小組為實(shí)體，以“化整為零”的方式做指導(dǎo)，課內(nèi)培育、課后跟蹤，實(shí)施機(jī)械設(shè)計(jì)能力延續(xù)化培養(yǎng)，使學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，動(dòng)手制作產(chǎn)品，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、機(jī)械設(shè)計(jì)能力和解決工程問(wèn)題的能力［11］。

(1)整合機(jī)械設(shè)計(jì)內(nèi)容，培養(yǎng)整機(jī)設(shè)計(jì)理念。從機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程出發(fā)，以工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主線，使機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程的教學(xué)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)“連續(xù)化”、“遞進(jìn)式”的培養(yǎng)，擯棄了傳動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)存在的“只見(jiàn)樹(shù)不不見(jiàn)森林”的弊端，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制作的完整性、系統(tǒng)性和綜合性［12］。

(2)以學(xué)生為人才培養(yǎng)的主體，運(yùn)用多種方式激發(fā)其對(duì)知識(shí)的渴求。通過(guò)設(shè)置貼近工程的實(shí)踐項(xiàng)目，以學(xué)生設(shè)計(jì)研究小組為實(shí)體，采用“化整為零”的方式做指導(dǎo)，激發(fā)其對(duì)知識(shí)的渴求，使學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程［13］。

(3)倡導(dǎo)主動(dòng)實(shí)踐，提升工程實(shí)踐自我效能。將傳授理論與要求學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)、制作相結(jié)合，通過(guò)設(shè)計(jì)與制作，真正達(dá)到融會(huì)貫通，在設(shè)計(jì)、思維、動(dòng)手、創(chuàng)新等多方面得到提高，進(jìn)而提升學(xué)生工程實(shí)踐的自我效能，增強(qiáng)其選擇工程職業(yè)的信心［14］。

(4)課內(nèi)培育、課外追蹤，實(shí)施機(jī)械設(shè)計(jì)能力延續(xù)化培養(yǎng)。通過(guò)課內(nèi)培育、課外追蹤，課程結(jié)束項(xiàng)目延續(xù)的模式，與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，與課外科技活動(dòng)相輔相成，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)目標(biāo)［15］。

［1］ 余 曉，孔寒冰．能力導(dǎo)向的工程實(shí)踐模式比較與評(píng)價(jià)［J］．高等工程教育研究，2011(3):28-33．

［2］ 廖宗廷，徐 沁，張 勤．興趣驅(qū)動(dòng)，重在過(guò)程，自主管理［J］．高等工程教育研究，2011(1):29-32．

［3］ 安 琦，王小芳．創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)能力的課程后延續(xù)培養(yǎng)模式［J］．化工高等教育，2007，96(4):79-82．

［4］ 林志東，王 忠，謝春暉．以“項(xiàng)目化”實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力［J］．中國(guó)大學(xué)教，2009(3):36-38．

［5］ 李勝?gòu)?qiáng)，雷 環(huán)，高國(guó)華，等．以項(xiàng)目為基礎(chǔ)的教學(xué)方法對(duì)提高大學(xué)生工程實(shí)踐自我效能的影響研究［J］．高等工程教育研究，2011(3):21-26．

［6］ 蔡曉君，傅水根，竇艷濤．依托教學(xué)實(shí)驗(yàn)基地構(gòu)建工程實(shí)踐教學(xué)新體系［J］．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，24(9):125-127．

［7］ 蔡曉君，劉湘晨，竇艷濤．加強(qiáng)實(shí)踐教育 提高學(xué)生的工程素質(zhì)與能力［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28(1):136-138．

［8］ 張曉京．推動(dòng)以探究為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)--關(guān)于實(shí)施國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的幾點(diǎn)思考［J］．中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2008(3):34-36．

［9］ 鄭秀英，張進(jìn)明，白守禮，等．提高本科生實(shí)踐創(chuàng)新能力的探索［J］．中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2007(2):47-49．

［10］ 羅 云．論我國(guó)高等工程教育人才培養(yǎng)模式的改革［J］．南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版)，2006(3):10-15．

［11］ 王雪峰，曹 榮．大工程觀與高等工程教育改革［J］．高等工程教育研究，2006(4):17-20．

［12］ 周先軍．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)改革思考［J］．吉林省教育學(xué)院學(xué)，2010，26(10):140-143．

［13］ 李繼中．工學(xué)結(jié)合教學(xué)模式的研究與實(shí)踐［J］．高等工程教育研究，2010(4):136-139．

［14］ 朱 玉．CDIO工程理念在“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”教學(xué)中的應(yīng)用［J］．電力高等教育，2010，152(1):139-142．

［15］ 曹 毅，汪選要．從課程設(shè)計(jì)談本科生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［J］．安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，12(2):88-92．