項(xiàng)目式教學(xué)模式在“機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐”課程中的研究與實(shí)踐

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摘 要 如何把大學(xué)生培養(yǎng)成為具有新時(shí)代創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維、具有實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力的高素質(zhì)綜合人才，是擺在所有高校面前的一項(xiàng)充滿挑戰(zhàn)的嚴(yán)峻考驗(yàn)。本文探討了一種通過引入機(jī)械工程實(shí)際應(yīng)用案例到日常教學(xué)中，來介紹機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)原理的方法，達(dá)到激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛力和學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的教學(xué)目的。

關(guān)鍵詞 項(xiàng)目式教學(xué)模式 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì) 創(chuàng)新意識 創(chuàng)新能力

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.05.055

Abstract How to cultivate college students into a new era of innovative consciousness and creative thinking， with practical ability and creative ability is a severe test full of challenges facing all colleges and universities. This paper discusses a method of introducing the principle of mechanical creative design by introducing the practical application cases of mechanical engineering to the daily teaching， to stimulate the creative potential and enthusiasm of the students， and to improve the teaching purpose of the creative ability of the students' mechanical design.

Keywords project-based teaching mode； mechanical innovation design； innovation consciousness； innovation ability

0 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步和社會(huì)的飛速發(fā)展，越來越多的國家已經(jīng)意識到，衡量一個(gè)國家的綜合國力大小的重要因素就是是否具有創(chuàng)新能力并掌握核心技術(shù)，“科技創(chuàng)新”已經(jīng)成為各國搶占行業(yè)制高點(diǎn)的最有利武器。早在1995年，江澤民同志就指出“創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂”；劉延?xùn)|同志也提出“科技創(chuàng)新是提高社會(huì)生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐”；胡錦濤同志也指出“激發(fā)全民族的創(chuàng)新精神，大力推進(jìn)理論創(chuàng)新和科技創(chuàng)新”。 [1]

由此不難發(fā)現(xiàn)，近年來國家和政府一直是鼓勵(lì)創(chuàng)新，并制定了一系列相關(guān)政策來激發(fā)“全民創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”，期望早就更多的高端創(chuàng)新人才，不斷加強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，不斷提升綜合國力。

隨著現(xiàn)代高等教育事業(yè)的不斷發(fā)展，創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)也得到了越來越多高校的重視。各大高校紛紛認(rèn)識到，在當(dāng)前復(fù)雜的國際環(huán)境下，如何把大學(xué)生培養(yǎng)成為具有新時(shí)代創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維、具有實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力的高素質(zhì)綜合人才，是擺在所有高校面前的一項(xiàng)充滿挑戰(zhàn)的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

“機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐”就是專門為了培養(yǎng)機(jī)械制造及其自動(dòng)化等機(jī)械相關(guān)專業(yè)的學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力而開設(shè)的一門專業(yè)課，它是一門強(qiáng)調(diào)實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的課程，其先修課程包括：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法、機(jī)械制造工藝、理論力學(xué)和材料力學(xué)等。[2]

這門課通過引入機(jī)械設(shè)計(jì)在工程領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用案例，來介紹機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一般原理與方法。通過這門課程的學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生掌握機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法，具備初步的機(jī)械創(chuàng)新思維和意識。在不斷分析機(jī)械工程實(shí)際案例的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生自主找出現(xiàn)有設(shè)計(jì)存在的問題、分析問題產(chǎn)生原因，是否具有優(yōu)化空間，并能提出改進(jìn)方案的能力。

通過這種方式，激發(fā)了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等知識，充分發(fā)揮創(chuàng)新思維進(jìn)行部分改進(jìn)設(shè)計(jì)或全新創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，最終達(dá)到激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛力和熱情，提高學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)目的。

1 “機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐”課程在課堂教學(xué)中出現(xiàn)的問題及分析

筆者在對本校機(jī)電技能班授課的過程中發(fā)現(xiàn)，雖然學(xué)生對機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)表現(xiàn)出一定興趣，對實(shí)際應(yīng)用案例也聽得津津有味，但真正需要他們動(dòng)手設(shè)計(jì)一些機(jī)械結(jié)構(gòu)，或者需要改進(jìn)現(xiàn)存的機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，仍然表現(xiàn)不佳。通過自身不斷總結(jié)，分析了一些在課堂教學(xué)中出現(xiàn)的問題，現(xiàn)歸納如下：

1.1 教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式較為單一，學(xué)生欠缺學(xué)習(xí)熱情

從授課內(nèi)容上看，“機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐”仍然是建立在機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)基本知識框架上，然后做了一些設(shè)計(jì)方法的增加，雖然也結(jié)合了一定的工程實(shí)例，但講課的重點(diǎn)仍然偏重于機(jī)械原理部分，并不能很好地啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。而學(xué)生對于機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的內(nèi)容已經(jīng)學(xué)過，所以對本課程的學(xué)習(xí)熱情并不高。[3]

從授課形式上看，“機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐”仍然是以教師結(jié)合PPT進(jìn)行常規(guī)講述為主，很少與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)，而本課程的教學(xué)目的應(yīng)該是教師通過啟發(fā)學(xué)生來激發(fā)其創(chuàng)造性思維，需要師生之間產(chǎn)生積極的互動(dòng)，才能保證教學(xué)效果。傳統(tǒng)的教學(xué)形式很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

1.2 學(xué)生欠缺創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維

以筆者所帶機(jī)電技能班為例，機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖等基礎(chǔ)理論已經(jīng)學(xué)過，但總體來說，學(xué)生對于與機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)相關(guān)的基本知識點(diǎn)仍然掌握得不夠，而這是進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本條件。究其原因，主要包括：學(xué)校對課時(shí)進(jìn)行了壓縮，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不足，欠缺工程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)無法將理論知識運(yùn)用于機(jī)械設(shè)計(jì)。其結(jié)果就是：學(xué)生往往為了應(yīng)付考試而學(xué)習(xí)，沒有對基礎(chǔ)理論真正融會(huì)貫通，也很少開啟自身的創(chuàng)新意識，更不用說嘗試進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)。[4]

1.3 容易局限于應(yīng)用三維軟件進(jìn)行虛擬的建模仿真，欠缺設(shè)計(jì)真實(shí)產(chǎn)品樣機(jī)的能力

近年來，應(yīng)用于機(jī)械工程行業(yè)的CAD/CAM軟件越來越多，功能越來越強(qiáng)大，尤其是各種三維軟件得到廣泛的應(yīng)用，包括：Solidworks、Inventor、Pro/E、UG。學(xué)生基本上在二年級就會(huì)學(xué)會(huì)這些軟件的使用，而且能繪制出酷炫的三維模型和精美的仿真動(dòng)畫視頻。

三維軟件能夠確實(shí)能幫助學(xué)生更好地表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想，讓空間想象力得到更好的發(fā)揮，使設(shè)計(jì)工作更加高效而有趣，使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)更直觀，更便于討論或修改。[5]但與此同時(shí)，筆者也注意到很多學(xué)生把學(xué)習(xí)重點(diǎn)放在三維軟件的使用技巧上，而忽略了機(jī)械結(jié)構(gòu)涉及到的基礎(chǔ)知識點(diǎn)。簡單來說，學(xué)生利用三維軟件設(shè)計(jì)具體機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，只能繪制出漂亮的三維模型，但不擅長或根本不會(huì)繪制出更具體的機(jī)構(gòu)細(xì)節(jié)。這樣的三維模型僅僅虛有其表，而沒有實(shí)質(zhì)性的機(jī)械結(jié)構(gòu)。換句話說，是無法做成實(shí)際樣機(jī)的。

所以，真正的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的本質(zhì)還是對機(jī)械本身的設(shè)計(jì)，對基本結(jié)構(gòu)原理的掌握和應(yīng)用。而各種三維設(shè)計(jì)軟件僅僅只是輔助設(shè)計(jì)的一個(gè)工具、一種手段，通過它能更快更好地制作出實(shí)際產(chǎn)品樣機(jī)。在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的時(shí)候，必須堅(jiān)持軟件建模與真實(shí)產(chǎn)品樣機(jī)并重的原則。[6]

1.4 欠缺實(shí)際項(xiàng)目的鍛煉，欠缺完整、系統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)

參與實(shí)際產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目的鍛煉，其意義在于讓學(xué)生從中學(xué)習(xí)到實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全部流程，掌握一種產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到加工全過程所涉及到的知識，能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合掌握專業(yè)知識的能力，從本質(zhì)上提升其創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

但從實(shí)際情況看，大多數(shù)學(xué)生仍然是以理論學(xué)習(xí)為主，沒有觸碰到設(shè)計(jì)的本質(zhì)學(xué)習(xí)，對于學(xué)校安排的實(shí)踐環(huán)節(jié)往往只能走馬觀花地看一看，并沒有機(jī)會(huì)對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行體會(huì)。在欠缺實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的情況下，學(xué)生的理論知識無法得以充分發(fā)揮也就是很正常的事情了。從長遠(yuǎn)來看，這會(huì)嚴(yán)重制約學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的發(fā)展。[7]

2 項(xiàng)目式教學(xué)模式在“機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐”課程中的引入

“項(xiàng)目式教學(xué)法”是通過完成一個(gè)完整的“項(xiàng)目”的工作而進(jìn)行的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，以為社會(huì)培養(yǎng)實(shí)用性型人才為直接目的的一種人才培養(yǎng)模式。其目的是在課堂教學(xué)把理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。[8]

項(xiàng)目式教學(xué)“以項(xiàng)目為主線，教師為引導(dǎo)，學(xué)生為主體”，改變了以往“教師講、學(xué)生聽”被動(dòng)的教學(xué)模式，創(chuàng)造了學(xué)生主動(dòng)參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式，以為社會(huì)培養(yǎng)實(shí)用性型人才為直接目的的一種人才培養(yǎng)模式。

項(xiàng)目式教學(xué)改革擬達(dá)到的目標(biāo)是：將機(jī)械設(shè)計(jì)思想、三維軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目相結(jié)合，將理論知識與實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性；通過對項(xiàng)目式教學(xué)的研究與實(shí)踐，完善教學(xué)中學(xué)習(xí)任務(wù)，確定教學(xué)項(xiàng)目等環(huán)節(jié)；實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型本科專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。[9]

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和教學(xué)流程設(shè)計(jì)

為適應(yīng)我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，在教學(xué)內(nèi)容上將原有教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，將理論知識與項(xiàng)目相結(jié)合，利用項(xiàng)目將實(shí)踐與理論知識有機(jī)結(jié)合起來，學(xué)生把學(xué)到的理論知識通過完成項(xiàng)目的方式運(yùn)用到實(shí)際任務(wù)中，解決實(shí)際問題。

“機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐”課程主要是將機(jī)械設(shè)計(jì)思想、三維軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目相結(jié)合。在整個(gè)的學(xué)習(xí)過程中選擇合適的設(shè)計(jì)課題將所有知識點(diǎn)串聯(lián)起來，同時(shí)將機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)融合進(jìn)來，提升學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力和綜合能力。[10]

（1）教學(xué)階段。筆者在對機(jī)電技能班進(jìn)行“機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐”授課時(shí)，針對學(xué)生基礎(chǔ)水平較差，但動(dòng)手能力強(qiáng)的特點(diǎn)，大膽進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法的嘗試。鼓勵(lì)學(xué)生按照學(xué)科競賽答辯模式，分組討論項(xiàng)目內(nèi)容。以歷屆競賽真題為設(shè)計(jì)任務(wù)，以日常物品為原材料，真題真做制造出實(shí)物樣機(jī)，并讓學(xué)生以評委身份對其他組同學(xué)的實(shí)物作品進(jìn)行打分。這種授課方式極大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力和積極性，深受學(xué)生好評。

今后可將更多的學(xué)科競賽真題，合理的融入到“機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐”課程中去，并把學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)真題真做的實(shí)物作品（比如仿生機(jī)械鳥、氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人）帶到課堂上，作為教具介紹給學(xué)生，讓學(xué)生不僅學(xué)到基本理論，并學(xué)到如何在實(shí)踐中運(yùn)用這些理論，真正掌握設(shè)計(jì)的精髓。

（2）獨(dú)立探索階段。教師布置一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目讓學(xué)生獨(dú)立探索，在學(xué)生理解項(xiàng)目任務(wù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教師可設(shè)計(jì)多種類型的實(shí)際項(xiàng)目任務(wù)，讓學(xué)生獨(dú)立思考并完成項(xiàng)目任務(wù)。

（3）實(shí)戰(zhàn)演練階段。在教學(xué)實(shí)施過程中，本著教學(xué)中學(xué)生處于主體地位，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)的思想。學(xué)生獨(dú)立完成剛剛布置的項(xiàng)目，并完成項(xiàng)目的三維設(shè)計(jì)建模及工程圖的生成。學(xué)生在“做中學(xué)，學(xué)中做，做中練”，在實(shí)戰(zhàn)演練過程中學(xué)習(xí)知識，訓(xùn)練技能。教師及時(shí)幫助解決各小組在項(xiàng)目教學(xué)中出現(xiàn)的各類問題，保證各小組項(xiàng)目的順利完成。

（4）學(xué)習(xí)評價(jià)。以實(shí)際項(xiàng)目的完成情況來評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。首先教師教學(xué)生完成一個(gè)項(xiàng)目，然后學(xué)生獨(dú)立完成一個(gè)項(xiàng)目，項(xiàng)目做完了，所有的知識點(diǎn)也就全部完了。在整個(gè)的教學(xué)中采用“教、學(xué)、做”一體化的方法，使學(xué)生在項(xiàng)目中學(xué)習(xí)并實(shí)現(xiàn)能力的提高。

3 項(xiàng)目式教學(xué)改革所取得的成果

指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽獲獎(jiǎng)情況：（1）參加2015年全國大學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)大賽決賽，獲國家三等獎(jiǎng)；（2） 參加2016年湖北省大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽暨第七屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽湖北分區(qū)預(yù)賽，獲湖北省一等獎(jiǎng)；（3）參加 2017年全國大學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)大賽決賽，獲國家二等獎(jiǎng)和國家三等獎(jiǎng)。這也是技能班學(xué)生第一次在全國大賽中獲得名次。（4）參加全國3D大賽10周年精英聯(lián)賽暨DigitalMaster2017一帶一路挑戰(zhàn)賽龍鼎獎(jiǎng)，獲湖北省特等獎(jiǎng)。

指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)論文情況：（1）指導(dǎo)學(xué)生作品《助力卸貨機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》獲2017年湖北省優(yōu)秀畢業(yè)論文；（2）指導(dǎo)學(xué)生作品《仿生撲翼機(jī)》和《氣動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人》獲2018年湖北省優(yōu)秀畢業(yè)論文。

4 結(jié)束語

優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐的教學(xué)方案和教學(xué)設(shè)計(jì)，摒棄原來傳統(tǒng)的教學(xué)模式，采用項(xiàng)目式教學(xué)使學(xué)生將機(jī)械設(shè)計(jì)思想、三維設(shè)計(jì)軟件與實(shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目結(jié)合起來，并鼓勵(lì)學(xué)生自主完成一個(gè)項(xiàng)目，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果；同時(shí)使學(xué)生的理論知識與實(shí)踐完好結(jié)合，使學(xué)生的綜合能力得到很好的提高，為社會(huì)培養(yǎng)應(yīng)用型本科專業(yè)人才。

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