如何對“機電專業(yè)應(yīng)用數(shù)學(xué)”進行項目化教學(xué)設(shè)計

王莉

從課程定位、機電類專業(yè)畢業(yè)生崗位及能力分析、設(shè)計思路、教學(xué)目標(biāo)（通識能力目標(biāo)、專項能力目標(biāo)、知識能力目標(biāo)、素質(zhì)教育目標(biāo)）、教學(xué)內(nèi)容、情景設(shè)計、首末次課設(shè)計、考核方式、設(shè)計效果九個方面，對“機電專業(yè)應(yīng)用數(shù)學(xué)”課程進行了項目化總體設(shè)計。

機電專業(yè)應(yīng)用數(shù)學(xué)項目化教學(xué)設(shè)計一、課程定位

“機電專業(yè)應(yīng)用數(shù)學(xué)”是機電工程專業(yè)一門必修課程，其先修課程是初等數(shù)學(xué)，后續(xù)課程為：機械零件數(shù)控加工、機電設(shè)備維修技術(shù)、機械設(shè)計基礎(chǔ)、工程力學(xué)、數(shù)控編程及操作等專業(yè)課程。這些專業(yè)課程根據(jù)崗位不同，主要分研發(fā)崗位課程、生產(chǎn)崗位課程，學(xué)習(xí)期間學(xué)生還要參加各類技能比賽、考取技能證書，畢業(yè)前要進行頂崗實習(xí)、撰寫畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計。學(xué)生通過對數(shù)學(xué)基本知識的學(xué)習(xí)，不僅可以提高其邏輯思維能力、判斷能力，還可以為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)提供數(shù)學(xué)支持，為專業(yè)問題的解決提供思想方法，所以本課程定位是：為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)服務(wù)，為工作崗位的需求服務(wù)，為學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

二、機電類專業(yè)畢業(yè)生崗位及能力分析

機電類專業(yè)畢業(yè)的常見就業(yè)崗位是：機械（模具）設(shè)計、制造、安裝、檢測、維護及調(diào)試，技術(shù)改造，產(chǎn)品開發(fā)與營銷等。

機電類專業(yè)畢業(yè)生需要具備的與數(shù)學(xué)有關(guān)的崗位能力有：能夠正確選擇加工工具與設(shè)備（機），能夠靈活操作數(shù)控機床進行零件加工（機），能夠正確選擇、組裝、檢修設(shè)備的元器件（電），能夠?qū)Ξa(chǎn)品的質(zhì)量進行檢驗，能夠?qū)υO(shè)備狀態(tài)進行正確判斷（綜合），企業(yè)決策與管理能力（綜合）。

機電類專業(yè)課程中與數(shù)學(xué)相關(guān)的能力有：刀具角度、零件尺寸的計算能力、數(shù)控機床加工零件時的參數(shù)計算能力，會計算機床電流向量，會對零件各類數(shù)據(jù)進行分析等。

三、設(shè)計思路

“機電專業(yè)應(yīng)用數(shù)學(xué)”課程設(shè)計，就是通過以上分析，提煉出機電類專業(yè)學(xué)生需要具備的數(shù)學(xué)能力，以及支撐這類數(shù)學(xué)能力所需的數(shù)學(xué)知識，將機電專業(yè)應(yīng)用數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容按項目進行劃分。采用以實際問題解決為導(dǎo)向的項目教學(xué)法，輔以案例、任務(wù)驅(qū)動和問題導(dǎo)向教學(xué)法，教學(xué)環(huán)節(jié)采用項目式情境引入——數(shù)學(xué)新知學(xué)習(xí)——項目解決導(dǎo)出。整個教學(xué)遵從數(shù)學(xué)課程的基礎(chǔ)性、針對性、現(xiàn)代化、互動性和層次性原則。

四、教學(xué)目標(biāo)

（一）通識能力目標(biāo)

1.具有概念互譯能力，能夠?qū)C電類概念與數(shù)學(xué)概念對接；2.具有問題轉(zhuǎn)化能力，會將機電類問題轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)問題；3.具有運算能力，能計算出數(shù)學(xué)模型的解；4.具有回歸能力，會將數(shù)學(xué)解回歸成實際問題的解決辦法；5.具有遷移能力，會將一個實際問題的解決方案遷移成其它問題的解決方案。

（二）專項能力目標(biāo)

會利用各類方程對凸輪、齒輪、連桿等機械構(gòu)件運動軌跡進行描述、分析與計算，會利用微積分對電路、電機的電流、電壓等的變化進行定量分析與計算，會利用微積分計算工程機械中受彎構(gòu)件的剛度、強度，會利用微積分對機械元件進行設(shè)計和性能校核，會用解析幾何知識對數(shù)控編程中的基點與節(jié)點進行選取與計算，會利用數(shù)理統(tǒng)計知識對加工零件的質(zhì)量、誤差做數(shù)據(jù)分析。

（三）知識能力目標(biāo)

掌握函數(shù)、三角函數(shù)、參數(shù)方程、極坐標(biāo)基本知識，充分理解極限、連續(xù)、導(dǎo)數(shù)、微分、積分概念，熟練進行極限、導(dǎo)數(shù)、微積分基本運算，理解常微分方程的概念及求解方法，掌握空間直角坐標(biāo)系、向量、空間平面、直線、概率論與數(shù)理統(tǒng)計基本知識。

（四）素質(zhì)教育目標(biāo)

通過本課程學(xué)習(xí)，樹立學(xué)生吃苦耐勞的實干精神，形成敢于創(chuàng)新的職業(yè)習(xí)慣，養(yǎng)成細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，具有較強的團隊協(xié)作能力。

五、教學(xué)內(nèi)容

整個教學(xué)內(nèi)容以數(shù)學(xué)知識體系為主線，以崗位與專業(yè)課程需求的教學(xué)項目為引領(lǐng)，構(gòu)建項目化教學(xué)內(nèi)容。“機電專業(yè)應(yīng)用數(shù)學(xué)”分為四個教學(xué)項目，分別是：項目一：機械構(gòu)件運動軌跡的描述、測量與計算。項目二：機電工程中受彎構(gòu)件的變形計算，機械元件的設(shè)計計算、性能校核和優(yōu)化設(shè)計。項目三：機械零件的繪制、測量及加工計算。項目四：零件測量精度分析。

四個教學(xué)項目對應(yīng)四個教學(xué)模塊，分別是：初等數(shù)學(xué)（函數(shù)、參數(shù)方程、極坐標(biāo)）、微積分學(xué)（極限與連續(xù)、導(dǎo)數(shù)與微分、不定積分、定積分及其應(yīng)用、常微分方程）、空間解析幾何和空間角度的計算、概率論與數(shù)理統(tǒng)計（隨機事件及概率計算、隨機變量、隨機變量的數(shù)字特征）。

六、情景設(shè)計

在項目四（零件測量精度分析）中采用的情境是：要對一批零件的加工精度進行統(tǒng)計分析，通常首先對每個零件的尺寸進行測量并記錄，然后將尺寸劃分成數(shù)個等長度的區(qū)間段，統(tǒng)計各個區(qū)間段內(nèi)的零件數(shù)目，最后在平面直角坐標(biāo)系里，以每個區(qū)間的中點為橫坐標(biāo)，以該區(qū)間內(nèi)的零件數(shù)占總零件數(shù)的百分比為縱坐標(biāo)，畫出若干個離散點，將這些離散點用光滑曲線連起來，就得到了零件尺寸的正態(tài)分布圖。由此情境進入概率論與數(shù)理統(tǒng)計知識的學(xué)習(xí)。

七、首末次課設(shè)計

（一）第一次課設(shè)計

環(huán)節(jié)一：暢所欲言

學(xué)生自由發(fā)言，介紹對機電類專業(yè)的認(rèn)識、對本門課程的認(rèn)識、希望從本課程的學(xué)習(xí)中獲得什么等。

環(huán)節(jié)二：項目展示

展示機電專業(yè)中需要的數(shù)學(xué)知識，明確學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的目的。

環(huán)節(jié)三：課程要求

教師介紹本課程的特點、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)要求，考核標(biāo)準(zhǔn)。

環(huán)節(jié)四：分組交流學(xué)生分組交流自己的學(xué)習(xí)計劃和目標(biāo)。

（二）最后一次課設(shè)計

環(huán)節(jié)一：談?wù)勈斋@

每個學(xué)生談?wù)劚菊n程的學(xué)習(xí)收獲，老師補充，進行課程總結(jié)。

環(huán)節(jié)二：秀秀實力，分組進行

1.計算交流電路中電阻元件從電源吸收的平均功率

2.用微分方程知識分析機械運動中的阻尼現(xiàn)象及特點。

環(huán)節(jié)三：評評成果

各小組之間開展互評打分，教師參與評價并進行評分。

八、考核方式

1.學(xué)習(xí)態(tài)度考核：10%。學(xué)習(xí)態(tài)度包括課前預(yù)習(xí)、課堂紀(jì)律、課堂參與度、作業(yè)完成情況；

2.完成項目情況考核：30%。包括完成項目過程中表現(xiàn)出的數(shù)學(xué)互譯能力、模型構(gòu)建能力、計算能力、創(chuàng)新能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)知識解決問題的能力。

3.期末考試考核：60%。期末進行閉卷考試，考查一學(xué)期所學(xué)基本數(shù)學(xué)知識及運用知識解決問題的能力。

九、設(shè)計效果

通過項目化課程設(shè)計，學(xué)生學(xué)習(xí)目的明確，學(xué)習(xí)態(tài)度由被動變主動，由消極變積極，學(xué)習(xí)熱情大大提高，解決問題的能力顯著提升。授課內(nèi)容由原來的單純數(shù)學(xué)知識變?yōu)榕c專業(yè)有機結(jié)合的數(shù)學(xué)知識，因此知識結(jié)構(gòu)由一元變多元，由枯燥變豐富，又因為增加了相應(yīng)專業(yè)課知識，課程改革后對數(shù)學(xué)老師提出了更高的要求，由單一變綜合，由閉塞到開放；要從過去以紙上推演、證明為主的數(shù)學(xué)操作，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫I(yè)軟件為主進行運算的數(shù)學(xué)操作。不僅要熟諳數(shù)學(xué)知識，還要了解機電行業(yè)專業(yè)知識；不僅要會解決數(shù)學(xué)問題，還要會發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)問題。

參考文獻：

[1]霍文維，劉穎偉，曾祥華.關(guān)于機械零件加工精度測量與分析的研究.電子測量技術(shù)，2009，（09）：15.