任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式在機械設(shè)計教學(xué)改革中的應(yīng)用

倪向東 馬蓉 朱榮光 李霞

摘要：機械設(shè)計課程內(nèi)容多而雜，各部分相對比較獨立、零散，相互之間聯(lián)系差、重點不明顯，各種概念、名詞、公式、表格數(shù)據(jù)眾多。該課程研究對象和課程性質(zhì)，決定了本課程內(nèi)容的繁雜性，而機械設(shè)計課程也是機械類專業(yè)的學(xué)生從理論課程到工程實際應(yīng)用的過渡，因此學(xué)生普遍感覺難學(xué)。文章采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式，緊緊圍繞一個共同的任務(wù)活動中心，以任務(wù)驅(qū)動創(chuàng)設(shè)問題情境，實施啟發(fā)式教學(xué)，從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探索和互動協(xié)作式學(xué)習(xí)，提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的綜合實踐和應(yīng)用創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；任務(wù)驅(qū)動；教學(xué)方法；實驗；改革

機械設(shè)計是機械專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它在學(xué)好有關(guān)專業(yè)和培養(yǎng)實際的工程設(shè)計應(yīng)用能力等方面起著重要的作用。該課程不僅要求學(xué)生預(yù)先學(xué)完機械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料及機械制造基礎(chǔ)、機械原理、公差與技術(shù)測量等先修課程，而且要求學(xué)生結(jié)合本課程的學(xué)習(xí)，能夠綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)知識，為順利地過渡到專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及進(jìn)行專業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計打下基礎(chǔ)。因此，本課程具有從理論性課程過渡到結(jié)合工程實際的設(shè)計性課程，從基礎(chǔ)課程過渡到專業(yè)課程的承前啟后的橋梁作用。

近年來，隨著課程體系改革及人才培養(yǎng)方案的不斷優(yōu)化，該課程總課時大幅減少，教學(xué)內(nèi)容卻在不斷更新和增加。由于本課程與多門先修課程緊密相連，需要綜合運用先修知識來為機械設(shè)計服務(wù)，因此很多學(xué)生在學(xué)習(xí)中感到比較吃力，沒有頭緒，抓不住重點。如何使學(xué)生獲得更好的學(xué)習(xí)效果，將工程應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動融入課程教學(xué)，從而提高學(xué)生綜合創(chuàng)新及實踐應(yīng)用能力，筆者結(jié)合自己的教學(xué)實踐，談?wù)勛约旱捏w會。

一、 針對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行教案組織的合理優(yōu)化

針對機械設(shè)計課程公式多、系數(shù)多、圖表多、概念多的特點，如何引導(dǎo)學(xué)生理解這些復(fù)雜的公式，就要注意輕重有別。重在弄清這些公式的性質(zhì)、使用條件、符號、參數(shù)，而對公式的推導(dǎo)過程、經(jīng)驗數(shù)據(jù)的取得等只需要作一般的了解，不必深鉆，以免偏離重點。本課程研究的內(nèi)容繁多且看起來比較零碎，邏輯性相對較差。但實際上其中有很多規(guī)律性的東西，我們從教學(xué)內(nèi)容中找出這些規(guī)律，形成一條教學(xué)主線，就能很好地幫助學(xué)生理解龐雜的課程內(nèi)容，提高學(xué)生掌握工程設(shè)計一般規(guī)律的能力。

機械設(shè)計課程教學(xué)要求預(yù)先學(xué)習(xí)多門先修課程。因此，在教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)中要將先修課程各個知識點相互貫通，要不斷引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)和融匯先修課程相關(guān)知識點。在教學(xué)案例方面要大量引入工程實際案例設(shè)計，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和拓寬學(xué)生的知識面。例如，在軸承設(shè)計中，就必須了解金屬材料：碳鋼、軸承合金、銅合金等材料的特性及應(yīng)用；公差與配合：基孔制、基軸制、配合關(guān)系的特性及應(yīng)用。該案例教學(xué)中重點采用與工程應(yīng)用結(jié)合，以發(fā)動機的滑動軸承應(yīng)用、變速箱滾動軸承工程應(yīng)用為切入點，通過發(fā)動機與變速箱的實物展示、裝配的過程，學(xué)生經(jīng)過對比綜合分析滾動軸承與滑動軸承應(yīng)用上的差異，從設(shè)計理論及方法上找出滾動軸承與滑動軸承之間的共性和特性，對軸承從整體上有了個比較清晰的認(rèn)識。

日常教學(xué)中很多學(xué)生往往將一個個零件孤立起來，這難免產(chǎn)生零碎雜亂的感覺，難以消化吸收。為此，在組織教案時就要采用綜合和比較的方法對各零部件的設(shè)計進(jìn)行歸納總結(jié)，重點講述各種傳動件的工作性能和適用場合等方面對比，從他們在機器中的職能、相互影響、裝配關(guān)系等方面多作分析，找出各零件之間的關(guān)聯(lián)，從設(shè)計理論與方法上找出各章節(jié)之間的聯(lián)系，分析各零件之間的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性。例如，在軸系結(jié)構(gòu)組合設(shè)計講解時，首先指出軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計中，軸轂零件的軸向、周向固定的規(guī)律性，整理出一條總的設(shè)計思路：傳動規(guī)律→設(shè)計準(zhǔn)則→強度計算→設(shè)計步驟→結(jié)構(gòu)設(shè)計→定位方法→軸承支撐→密封方式→配合關(guān)系→簡圖規(guī)劃設(shè)計，這樣可以加深學(xué)生對軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計的認(rèn)識，使教學(xué)結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、思路清晰、重點突出。經(jīng)過比較與綜合，對不同的機械傳動、軸系支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行歸納與總結(jié)，使學(xué)生能將各個部分內(nèi)容有機地結(jié)合起來進(jìn)行自主探索，形成一個系統(tǒng)的設(shè)計總體規(guī)劃流程。

二、 教學(xué)方法與教學(xué)手段的合理使用

教學(xué)方法和教學(xué)手段改革是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，師生課堂的教與學(xué)是整個教學(xué)過程的重點環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)中它不是單純由教師傳授知識給學(xué)生，更要注意采取適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和積極思維，以取得最佳的課堂教學(xué)效果。

任務(wù)驅(qū)動指在課程教學(xué)的過程中，教師緊緊圍繞一個共同的任務(wù)活動中心，在學(xué)生強烈的問題動機的驅(qū)動下，通過對學(xué)習(xí)資源的積極主動應(yīng)用，進(jìn)行自主探索和互動協(xié)作的學(xué)習(xí)，并在完成既定任務(wù)的同時，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)實踐活動。以任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式，創(chuàng)設(shè)問題情境，實施啟發(fā)式教學(xué)。本課程在教學(xué)過程中，首先是以工程中的實際案例引入，分析工程應(yīng)用中實際存在的問題，創(chuàng)設(shè)問題情境，使學(xué)生帶著需要解決的工程問題進(jìn)入情境教學(xué)模式，提升學(xué)生解決工程問題的興趣。把教學(xué)內(nèi)容與日常生活應(yīng)用聯(lián)系起來，學(xué)生帶著問題進(jìn)入課程的學(xué)習(xí)，從而提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)新思維。由于學(xué)生積極參與，改變了學(xué)生只是被動接受的狀態(tài)，調(diào)動學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)新思維。例如，在齒輪傳動章節(jié)，采用機械系統(tǒng)設(shè)計的黑箱原理，課堂中僅給出工程應(yīng)用變速箱的輸入輸出的相關(guān)參數(shù)，課間學(xué)生討論激烈，每位學(xué)生都在課后提交了自己的傳動方案，學(xué)生基本上把齒輪傳動章節(jié)全部的傳動方式都進(jìn)行了涉及。課堂討論中，教師展示了部分學(xué)生的優(yōu)秀案例，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

日常教學(xué)中，通過任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式，工程實際應(yīng)用問題的引入環(huán)節(jié)，教師與學(xué)生適當(dāng)轉(zhuǎn)換角色，也可提高學(xué)生間的團(tuán)隊合作能力，課堂的教學(xué)中，提前布置學(xué)生預(yù)習(xí)工程應(yīng)用情況，課堂教學(xué)中請學(xué)生上臺講解部分內(nèi)容。對上臺的學(xué)生而言，這是展示自我團(tuán)隊的一次機會，大大激發(fā)了學(xué)習(xí)討論興趣。課堂的學(xué)習(xí)氛圍濃厚，極大的提高了學(xué)生課題參與的積極性。

教學(xué)手段的應(yīng)用方面，由于多媒體的優(yōu)勢圖文并茂、形象直觀、內(nèi)容豐富等特點改善并提高了教學(xué)效果。近年來，基于石河子大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺資源的建設(shè)，我們?yōu)閷W(xué)生提供了教學(xué)安排計劃、教學(xué)同步訓(xùn)練、在線測試以及大量的各類工程應(yīng)用實例素材，并采用了在線答疑等功能模塊，及時與學(xué)生進(jìn)行互動交流。經(jīng)過我們課程組在教學(xué)中的應(yīng)用，提高了課堂授課效率，解決了在有限的學(xué)時內(nèi)保質(zhì)保量地完成教學(xué)任務(wù)的要求。

三、 實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的強化

實驗是機械設(shè)計課程教學(xué)環(huán)節(jié)中重要的一個環(huán)節(jié)，學(xué)生在實驗中通過動手操作，觀察驗證所學(xué)的理論，加深理解課堂所學(xué)知識，通過實驗培養(yǎng)學(xué)生的基本技能和創(chuàng)新能力，提高觀察和分析事物的能力。例如：在綜合傳動實驗平臺上，學(xué)生通過構(gòu)架不同的傳動類型，采用磁粉制動器進(jìn)行傳動加載，通過測試齒輪、鏈、帶各種機構(gòu)的傳動效率，有助于提高學(xué)生的動手能力。同時也強化了整個傳動鏈設(shè)計的注意事項，有助于加深對傳動效率理解，也有助于學(xué)生把各個章節(jié)所學(xué)的內(nèi)容有機結(jié)合起來，全面掌握機械設(shè)計的精髓。

近年來，課程組教師全面開放了機械傳動綜合實訓(xùn)實驗室，采用專業(yè)的實驗負(fù)責(zé)人制，如：通過開放機械傳動虛擬組合實驗平臺，學(xué)生可以自己設(shè)計傳動鏈，通過模型虛擬組合實施，自主進(jìn)行機構(gòu)及傳動鏈的設(shè)計，學(xué)生自己安裝、調(diào)試，觀察不同傳動機構(gòu)的運動情況，比較其工作特點及應(yīng)用場合，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性積極性。通過近幾年的實驗改進(jìn)效果來看，學(xué)生的興趣濃厚，創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力以及動手能力不斷提高。

四、 結(jié)語

以任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式，使學(xué)生在牢固掌握本課程知識的同時對其他先修課程的基礎(chǔ)知識起到有益的融會貫通，鍛煉了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、運用知識、組織協(xié)調(diào)等綜合能力。筆者通過多年的機械設(shè)計任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式的探索與實踐發(fā)現(xiàn)，與一般的教學(xué)方法比較，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)積極性、學(xué)習(xí)效率以及綜合素質(zhì)具有明顯的提升。

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