培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的研究

陳永琴 劉雨晗 李團(tuán)結(jié) 朱敏波 張國淵 段清娟

[摘 ?要]《機(jī)械創(chuàng)新綜合實(shí)踐項(xiàng)目》課程具有較強(qiáng)的工程性，同時(shí)又順應(yīng)了時(shí)代潮流對(duì)人才培養(yǎng)及技能掌握的要求，將以往以“教”為主轉(zhuǎn)換為“基于問題、基于興趣”的探究式項(xiàng)目教學(xué)，以學(xué)生個(gè)性化自主創(chuàng)新選題為抓手，以能力培養(yǎng)為最終目的，強(qiáng)調(diào)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐全周期訓(xùn)練，促推學(xué)生主動(dòng)轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

[關(guān)鍵詞]探究式項(xiàng)目教學(xué) ?個(gè)性化自主選題 ?能力培養(yǎng)

基金項(xiàng)目：陜西省高等教育學(xué)會(huì)2019年度高等教育科學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：XGH19086）;西安電子科技大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目。

《機(jī)械創(chuàng)新綜合實(shí)踐項(xiàng)目》是我校機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)的一門技術(shù)性、綜合性的實(shí)踐類課程，以團(tuán)隊(duì)形式完成一個(gè)產(chǎn)品（或部件）從方案構(gòu)思到產(chǎn)品制造及推廣的全生命周期，具有很強(qiáng)的工程性，涉及方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝等多個(gè)方面，該課程要求學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造基礎(chǔ)等理論知識(shí)解決實(shí)際工程問題，是理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，不僅培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，而且培養(yǎng)學(xué)生具有將創(chuàng)新設(shè)計(jì)付諸實(shí)踐的制造工藝能力、實(shí)際動(dòng)手操作能力、工程管理能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。該課程以團(tuán)隊(duì)形式開展，每組成員為3至5人，選題完全尊重學(xué)生個(gè)體的發(fā)展需要，同時(shí)充分考慮每個(gè)學(xué)生的個(gè)體差異，給所有學(xué)生充分的自由來選擇自己感興趣的課題和合作組員。他們課程開展的指導(dǎo)思想是以需求為牽引，技術(shù)為推動(dòng)，把以“教”為主轉(zhuǎn)換為基于問題、基于興趣的探究式項(xiàng)目教學(xué)，側(cè)重從工程實(shí)際問題入手，把解決工程問題貫穿在整個(gè)教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)，將被動(dòng)學(xué)習(xí)變興趣學(xué)習(xí)與探究式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生真正體會(huì)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的快樂。

課程教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)我校機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)的畢業(yè)要求和本課程的性質(zhì)，制定課程主要教學(xué)目標(biāo)[1]如下：一是能夠制定機(jī)械系統(tǒng)方案，掌握現(xiàn)代化工程工具，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維及自主學(xué)習(xí)能力，為解決復(fù)雜工程問題提供技術(shù)支持;二是能夠針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)問題建立數(shù)學(xué)模型，并對(duì)模型正確性進(jìn)行推理;三是能夠?qū)ο嚓P(guān)資料進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，撰寫研究報(bào)告;四是能夠理論聯(lián)系實(shí)際，確定主要零部件的工作能力，考慮制造工藝、使用、維護(hù)等問題，完成具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);五是能夠三維建模，熟悉三維模型到工程圖的轉(zhuǎn)換和輸出，完成簡(jiǎn)單零件的加工;六是具有較強(qiáng)的責(zé)任感和職業(yè)道德，并能在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮作用[2]。

個(gè)性化自主選題

《機(jī)械創(chuàng)新綜合實(shí)踐項(xiàng)目》課程為項(xiàng)目式教學(xué)，需要在不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題中逐步向前推進(jìn)。相對(duì)于以考試或大作業(yè)為結(jié)課方式的課程來說，該課程難度較大，但“興趣是最好的老師”。如果選題是學(xué)生感興趣的，學(xué)生就會(huì)主動(dòng)思維、大膽質(zhì)疑、勇于鉆研，從而在這樣的實(shí)踐過程中享受獲得感，能更進(jìn)一步激勵(lì)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)。項(xiàng)目式教學(xué)立題策略基于學(xué)生興趣和學(xué)生獲得感。一類題目是學(xué)生雙創(chuàng)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，如避障機(jī)器人、遙控小車、智能吸塵器、偵查機(jī)器人、爬樓小車、寫字機(jī)械臂等;一類題目是每屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、工程訓(xùn)練能力大賽的主題，可以通過項(xiàng)目式教學(xué)孵化比賽項(xiàng)目，如硬幣分揀機(jī)、包裝機(jī)、小型停車裝置、水果采摘器等;一類是身邊的小家電、小設(shè)備的創(chuàng)意更新，如自行車車鈴的改造、水果削皮機(jī)的改造、自動(dòng)晾衣架的改造等;一類是學(xué)生自己的命題。學(xué)生根據(jù)自己的興趣、特長(zhǎng)菜單式自主選題，真正發(fā)揮學(xué)生的主體性，體現(xiàn)對(duì)學(xué)生個(gè)體的尊重。因此，學(xué)生樂于接受，有興趣面對(duì)項(xiàng)目教學(xué)，有勇氣面對(duì)未知的挑戰(zhàn)。

《機(jī)械創(chuàng)新綜合實(shí)踐項(xiàng)目》框架結(jié)構(gòu)

課程采用“方案設(shè)計(jì)+技術(shù)設(shè)計(jì)+工藝設(shè)計(jì)”三階段形式，分散到第五、第六、第七三個(gè)學(xué)期完成，最后要求學(xué)生提交結(jié)題報(bào)告和實(shí)物作品（圖1為《機(jī)械創(chuàng)新綜合實(shí)踐項(xiàng)目》知識(shí)導(dǎo)圖）。

第一階段“方案設(shè)計(jì)”安排在第五學(xué)期，需要學(xué)生圍繞設(shè)計(jì)主題進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研，完成概念設(shè)計(jì)、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、動(dòng)力等方案論證，決策出最優(yōu)方案。在這一階段需要學(xué)生開展腦力風(fēng)暴，鼓勵(lì)各種奇思妙想的設(shè)計(jì)，巧用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)方案。這樣做既能避免閉門造車，又能杜絕生搬硬套，并在此基礎(chǔ)上推陳出新，完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。

第二階段“技術(shù)設(shè)計(jì)”安排在第六學(xué)期，針對(duì)第一階段的最優(yōu)方案完成技術(shù)設(shè)計(jì)，主要任務(wù)是考慮工藝性的零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，創(chuàng)建三維模型，對(duì)主要零部件完成工作能力計(jì)算（包括強(qiáng)度校核和剛度校核），最后繪制出二維工程圖。在這一階段特別強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生二維工程圖表達(dá)能力的培養(yǎng)。目前學(xué)生普遍重視三維建模卻輕視二維工程圖的表達(dá)，針對(duì)此專門訓(xùn)練，逐個(gè)分析學(xué)生圖紙的典型錯(cuò)誤，經(jīng)過幾次反復(fù)修改，學(xué)生最終呈現(xiàn)的圖樣要準(zhǔn)確而規(guī)范，能夠依據(jù)所繪圖樣完成加工制作和檢測(cè)。

第三階段“工藝設(shè)計(jì)”安排在第七學(xué)期，要求在第一階段和第二階段的基礎(chǔ)上完成相應(yīng)方案的實(shí)物加工、整機(jī)調(diào)試。在這一階段需要學(xué)生綜合考慮材料選用、工藝方法、經(jīng)濟(jì)成本、市場(chǎng)期望及對(duì)環(huán)境保護(hù)和持續(xù)發(fā)展可能產(chǎn)生的影響等因素，最后完成工藝設(shè)計(jì)。

三個(gè)階段全部完成后，每組進(jìn)行實(shí)物展示，各組學(xué)生相互問辯，最后提交結(jié)題報(bào)告。

對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)

到目前為止，該課程已經(jīng)實(shí)施了三屆，從學(xué)生的反饋情況和能力達(dá)成評(píng)價(jià)看，對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)達(dá)到了期望值。下面通過學(xué)生自己的收獲體會(huì)來反映學(xué)生能力的培養(yǎng)[3]（摘錄部分學(xué)生在結(jié)題報(bào)告中的體會(huì)）。學(xué)生甲：該課程培養(yǎng)了我們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。團(tuán)結(jié)就是力量，我們小組成員之間精誠合作、妥善分工、各司其職。該項(xiàng)目從概念設(shè)計(jì)到成品經(jīng)過方案設(shè)計(jì)、三維設(shè)計(jì)、優(yōu)化及修改、CAD出圖等，在此過程中有大量的工作要做，成員間要進(jìn)行分工協(xié)作解決問題。學(xué)生乙：理論聯(lián)系實(shí)際不再是一句口號(hào)。理論可行不等于實(shí)際可行，但要把理論變成現(xiàn)實(shí)必須聯(lián)系實(shí)際。在完成項(xiàng)目的過程中要善于利用軟件，先用軟件驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性，然后完成后續(xù)的技術(shù)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)。學(xué)生丙：《機(jī)械創(chuàng)新綜合實(shí)踐項(xiàng)目》需要多學(xué)科的知識(shí)，是不同學(xué)科的交叉融合，通過該項(xiàng)目既讓我復(fù)習(xí)鞏固了以往學(xué)過的力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)，同時(shí)又鍛煉了我快速學(xué)習(xí)新事物的能力……

教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件

為了進(jìn)一步改善基本辦學(xué)條件，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，為優(yōu)秀本科生搭臺(tái)，為我校的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力大賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的培育提供更完備的設(shè)備和技術(shù)支持。在學(xué)校教務(wù)處和學(xué)院的支持下，本專業(yè)建設(shè)有學(xué)生工作坊——機(jī)械創(chuàng)新工程坊，學(xué)校持續(xù)兩年支持工程坊的建設(shè)，累計(jì)投入經(jīng)費(fèi)80余萬元，用于購置3D打印機(jī)、小型數(shù)控車床、人形智能機(jī)器人、可擴(kuò)展人型教學(xué)機(jī)器人、激光切割機(jī)、機(jī)器人開放套件等儀器設(shè)備。機(jī)械創(chuàng)新工程坊是一個(gè)完全開放的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)相關(guān)專業(yè)的師生采用預(yù)約制開放，免費(fèi)但不免責(zé)共享儀器設(shè)備，既保證儀器設(shè)備的較高使用率，使每一個(gè)學(xué)生都有實(shí)踐動(dòng)手的機(jī)會(huì)，又有效提升了學(xué)生的實(shí)踐能力，同時(shí)也是人才培養(yǎng)模式的一個(gè)創(chuàng)新。最后還要注意培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)、主人翁精神，使他們愛護(hù)工程坊的儀器設(shè)備。

結(jié) ?語

《機(jī)械創(chuàng)新綜合實(shí)踐項(xiàng)目》課程具有較強(qiáng)的工程性，同時(shí)順應(yīng)時(shí)代對(duì)人才培養(yǎng)及技能掌握的要求，將以往以“教”為主轉(zhuǎn)換為“基于問題、基于興趣”的探究式項(xiàng)目教學(xué)，通過三屆本科生課程教學(xué)的實(shí)踐證明，該項(xiàng)目式教學(xué)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)主要體現(xiàn)是：一是學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、探究性提高，注重項(xiàng)目開展過程中“學(xué)到東西”;二是以實(shí)踐教學(xué)推動(dòng)學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽的效果明顯，學(xué)生參加各級(jí)各類學(xué)科大賽積極性提高，相應(yīng)獲獎(jiǎng)等級(jí)和獲獎(jiǎng)數(shù)比以往增多;三是學(xué)生創(chuàng)新能力得到啟發(fā)與提升，部分學(xué)生實(shí)踐作品已申請(qǐng)專利;四是以學(xué)生自主創(chuàng)新選題為抓手，強(qiáng)調(diào)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐全周期訓(xùn)練，促推學(xué)生主動(dòng)轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式，為社會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳永琴、朱敏波、段清娟、張國淵：《機(jī)械專業(yè)復(fù)雜工程問題教學(xué)案例剖析——〈機(jī)械綜合實(shí)踐項(xiàng)目〉的開展》，《教育教學(xué)論壇》2017年18期。

[2]段清娟、陳永琴、張國淵、李團(tuán)結(jié)：《教學(xué)中團(tuán)隊(duì)合作能力評(píng)估》，《機(jī)械設(shè)計(jì)》2018年第S2期，第162-163頁。

[3]陳永琴、李團(tuán)結(jié)、朱敏波、崔傳貞：《工程教育背景下學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力的培養(yǎng)》《機(jī)械設(shè)計(jì)》2018年第S2期，第159-161頁。

作者單位：西安電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 ?陜西西安