系列課程體系下以問(wèn)題為基礎(chǔ)的“機(jī)械設(shè)計(jì)”模塊化教學(xué)

王順 賈艷輝 柴博森

摘? ?要：目前工科大學(xué)“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程基本上仍使用灌輸式教學(xué)，存在課堂氣氛沉悶、枯燥乏味、學(xué)習(xí)積極性低、教學(xué)效果差等一系列問(wèn)題。文章探討了在系列課程體系下以問(wèn)題為基礎(chǔ)的模塊化教學(xué)在“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程中的應(yīng)用問(wèn)題。以機(jī)械工程本科生培養(yǎng)目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，把“機(jī)械設(shè)計(jì)”放在整個(gè)培養(yǎng)體系中改革教學(xué)模式。通過(guò)對(duì)新、舊知識(shí)的劃分，將課程內(nèi)容模塊化。設(shè)計(jì)反映各模塊教學(xué)核心的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生以探究問(wèn)題答案方式，運(yùn)用先修課程知識(shí)學(xué)習(xí)新知識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)主動(dòng)性，減少課堂講授。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);以問(wèn)題為基礎(chǔ);模塊化;系列課程

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1002-4107（2019）01-0016-03

一、引言

“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的目標(biāo)是培養(yǎng)工科本科生掌握通用機(jī)械零部件設(shè)計(jì)知識(shí)、方法和一般規(guī)律，并具備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單機(jī)械的能力。在整個(gè)培養(yǎng)體系中，“機(jī)械設(shè)計(jì)”是機(jī)械工程專業(yè)本科生入門課程之一，是起到承前啟后作用的十分重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。多年以來(lái)，人們不斷嘗試將各種教學(xué)方法應(yīng)用到課程教學(xué)中[1-2]，使本課程教學(xué)不斷進(jìn)步，跟上時(shí)代發(fā)展的步伐。

以問(wèn)題為基礎(chǔ)的教學(xué)方法首先在醫(yī)學(xué)教育中廣泛應(yīng)用[3-4]，后被推廣到健康教育、商業(yè)和法律教育等領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)在工程教育領(lǐng)域雖有應(yīng)用[5-6]，但仍然存在問(wèn)題設(shè)置、學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、師資條件和教學(xué)管理等方面的一些問(wèn)題[7]。主要原因在于，該方法產(chǎn)生于西方文化背景下的教育實(shí)踐，文化差異使得該方法顯得有些 “水土不服”，應(yīng)用效果并不理想。以問(wèn)題為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)方法，通過(guò)讓學(xué)生合作解決問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)隱含于問(wèn)題背后的科學(xué)知識(shí)， 達(dá)到知識(shí)傳授、學(xué)習(xí)的目的。而且，能夠培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的技能，并形成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，是一種主動(dòng)的學(xué)習(xí)方式。該教學(xué)方法對(duì)教師和學(xué)生的要求都比傳統(tǒng)教學(xué)模式高。例如，學(xué)生要有較強(qiáng)的多渠道獲取信息的能力;要有較強(qiáng)的交流、合作和一定的綜合分析能力;教師要有廣博的知識(shí)，以及對(duì)課程有更高層次、更透徹的理解。

模塊化教學(xué)法產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代，在歐美已經(jīng)突破職業(yè)教育領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[8-9]。模塊化教學(xué)是將所講授內(nèi)容分成若干個(gè)模塊，通過(guò)一個(gè)主線將各個(gè)模塊有機(jī)組合在一起的方法。每個(gè)模塊可以是一個(gè)或幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)，或者是一門課程，也可以是多門課程。模塊化教學(xué)方法的鮮明特點(diǎn)是化繁為簡(jiǎn)，即將一個(gè)龐雜的系統(tǒng)按照一定的方法或邏輯關(guān)系人為分割成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元模塊。每個(gè)模塊的內(nèi)容簡(jiǎn)單、明晰，易于學(xué)生理解掌握?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)”課程是典型多學(xué)科交叉應(yīng)用型課程，模塊化教學(xué)模式有利于學(xué)生充分理解不同學(xué)科之間的區(qū)別與聯(lián)系，學(xué)會(huì)如何解決多學(xué)科融合交叉問(wèn)題。

目前，我國(guó)以問(wèn)題為基礎(chǔ)教學(xué)法的應(yīng)用還處于探索階段[10]，模塊化的“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)鮮有報(bào)道[11]。筆者認(rèn)為，任何課程的教學(xué)模式改革都必須首先了解并明確課程的特點(diǎn)、性質(zhì)，以及其在整個(gè)培養(yǎng)體系中的地位和作用，才會(huì)有正確的方向?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)模式改革還要考慮我國(guó)目前機(jī)械行業(yè)乃至整個(gè)工業(yè)的生產(chǎn)方式、水平和方向等一些事關(guān)時(shí)代發(fā)展的大問(wèn)題。

本文首先分析了”機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中存在的一些現(xiàn)象，闡明解決這些問(wèn)題的思路方法。提出以問(wèn)題為基礎(chǔ)的“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程模塊化教學(xué)模式，以及改革步驟和內(nèi)容。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了課程改革應(yīng)該放在整個(gè)機(jī)械工程本科生培養(yǎng)體系下進(jìn)行，適當(dāng)引入相關(guān)學(xué)科最新發(fā)展成果，才會(huì)產(chǎn)生良好的效果。

二、教學(xué)模式改革的提出

以設(shè)計(jì)適合于工程使用的安全可靠的通用機(jī)械零部件為目的的“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程，是涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料、電子、摩擦學(xué)、工程制圖等眾多學(xué)科知識(shí)交叉的專業(yè)應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)課程。由于先修課程知識(shí)的遺忘、零部件工程應(yīng)用背景缺乏、灌輸式教學(xué)等，學(xué)生大都對(duì)課程感到繁雜、難、枯燥乏味等，許多學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性差，課堂沉悶，甚至逃課現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。切實(shí)改革教學(xué)模式，研究符合教學(xué)內(nèi)容、適合現(xiàn)代學(xué)生特點(diǎn)、能夠吸引學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，是“機(jī)械設(shè)計(jì)”教學(xué)改革的首要任務(wù)，也是提高教育教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展與國(guó)際化背景下，具備交流、合作、綜合分析能力的 “新工科”人才的必由之路。

近些年隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，信息化、網(wǎng)絡(luò)化、人工智能和大數(shù)據(jù)逐漸走進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)和人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，其影響范圍越來(lái)越廣。目前，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)方式和人們生活正處于向自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化轉(zhuǎn)型的過(guò)渡階段，課程教學(xué)內(nèi)容和方法應(yīng)充分利用相關(guān)技術(shù)發(fā)展成果以適應(yīng)社會(huì)和工業(yè)發(fā)展，這是課程改革需要面對(duì)的首要問(wèn)題。另外，學(xué)生對(duì)知識(shí)的獲取變得愈發(fā)容易，渠道也呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)，知識(shí)的學(xué)習(xí)不再僅限于課堂上教師的傳授，學(xué)生們更希望擁有越來(lái)越形象化的個(gè)性化的多元化的學(xué)習(xí)方式。這些變化給傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)提出了挑戰(zhàn)，也為課程模式改革提供了良好的外部條件和動(dòng)力。開展能夠切合課程特點(diǎn)、緊跟時(shí)代、符合我國(guó)實(shí)際的 “機(jī)械設(shè)計(jì)”教學(xué)模式已顯得越來(lái)越迫切。

三、教學(xué)模式改革的主要步驟與內(nèi)容

實(shí)現(xiàn)以問(wèn)題為基礎(chǔ)的模塊化“機(jī)械設(shè)計(jì)”教學(xué)模式，首先將課程內(nèi)容按照先修課程知識(shí)、同時(shí)修課程知識(shí)和本課程新知識(shí)進(jìn)行劃分，再將本課程知識(shí)根據(jù)內(nèi)容類別進(jìn)一步劃分模塊。將每一模塊根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)和改革思路，設(shè)定一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。用模塊化的核心問(wèn)題將教學(xué)內(nèi)容貫穿，通過(guò)對(duì)問(wèn)題求解，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。主要包括如下6個(gè)步驟：確定課程內(nèi)容主線;重新梳理與分類課程內(nèi)容;調(diào)研先修課程和同時(shí)修課程;教學(xué)內(nèi)容的模塊化構(gòu)建;模塊問(wèn)題的設(shè)計(jì)和擬定;實(shí)踐互動(dòng)，完善教學(xué)模式。

確定課程內(nèi)容主線。依托培養(yǎng)體系和目標(biāo)，明確“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的地位和性質(zhì)，確定教學(xué)內(nèi)容的中心主題，且應(yīng)貫穿整個(gè)教學(xué)始終，并在教學(xué)實(shí)踐中不斷強(qiáng)化?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)”屬于專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，課程教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生如何利用先修課程知識(shí)解決通用零部件的設(shè)計(jì)問(wèn)題。同時(shí)，向?qū)W生傳授機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的一些基本概念和方法。因此，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)在一定工程背景下展開，教學(xué)模式的基本思路是從工程應(yīng)用中提煉科學(xué)或技術(shù)問(wèn)題，用理論知識(shí)解決工程設(shè)計(jì)問(wèn)題。重新梳理與分類課程內(nèi)容。根據(jù)“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的主線、教學(xué)內(nèi)容及其要求，對(duì)課程中的先修課程內(nèi)容、同時(shí)修課程和本課程新內(nèi)容三大類進(jìn)行劃分，然后對(duì)每一類內(nèi)容具體涉及的學(xué)科知識(shí)再進(jìn)行總結(jié)歸類。這些工作是為后面的模塊化及問(wèn)題擬定設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。調(diào)研先修課程和同時(shí)修課程。調(diào)研與本課程相關(guān)的先修和同時(shí)修課程內(nèi)容與教學(xué)要求，為本課程內(nèi)容的分類梳理提供基礎(chǔ)和依據(jù)。主要調(diào)研課程包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理和工程材料等。教學(xué)內(nèi)容的模塊化構(gòu)建。圍繞課程中心主題，將每一個(gè)通用零部件的教學(xué)內(nèi)容按照結(jié)構(gòu)介紹、失效形式、材料選用、設(shè)計(jì)計(jì)算、工程應(yīng)用的順序劃分為若干模塊。各模塊的知識(shí)既相對(duì)獨(dú)立，每個(gè)模塊體現(xiàn)了不同學(xué)科課程知識(shí)，學(xué)生復(fù)習(xí)時(shí)可以根據(jù)需要隨意選擇模塊進(jìn)行復(fù)習(xí)，又相互關(guān)聯(lián)，都是課程中心主線的節(jié)點(diǎn)。一般地，模塊之間的關(guān)系是知識(shí)學(xué)習(xí)的先后順序關(guān)系。模塊問(wèn)題的設(shè)計(jì)和擬定。以教學(xué)大綱中教學(xué)基本內(nèi)容和基本要求，以及涉及的先修課程、同時(shí)修課程和本課程的教學(xué)基本要求為依據(jù)，對(duì)分好的每個(gè)模塊都設(shè)計(jì)一個(gè)或者幾個(gè)能夠更好地理解和應(yīng)用“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程中知識(shí)點(diǎn)的問(wèn)題。設(shè)定的問(wèn)題可以是學(xué)生先修課程中為學(xué)習(xí)本課程新知識(shí)做準(zhǔn)備的內(nèi)容，或者是同時(shí)修課程中的新知識(shí)，或者是“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程中的新知識(shí)，抑或是來(lái)源于工程實(shí)際。實(shí)踐互動(dòng)，完善教學(xué)模式。在課堂教學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)模塊問(wèn)題的類型和性質(zhì)，將問(wèn)題課前或課后布置給學(xué)生，或者課中通過(guò)互動(dòng)環(huán)節(jié)，完成模塊內(nèi)容授課、解答。對(duì)于布置的問(wèn)題，學(xué)生以個(gè)人或者小組形式在課前或課后完成解答，可以組成小組在課堂上講解討論，教師和其他學(xué)生補(bǔ)充、提問(wèn)和評(píng)論。學(xué)生對(duì)教學(xué)模式各個(gè)環(huán)節(jié)的反饋意見(jiàn)是完善教學(xué)模式非常重要的一部分，使教學(xué)模式形成一個(gè)完整的良好的閉環(huán)結(jié)構(gòu)?；?dòng)環(huán)節(jié)可以通過(guò)建立實(shí)時(shí)通信機(jī)制或調(diào)查問(wèn)卷等形式實(shí)現(xiàn)，及時(shí)獲取來(lái)自學(xué)生的信息，尤其要聽取他們對(duì)模塊教學(xué)重點(diǎn)、問(wèn)題擬定的建議。教師在教學(xué)過(guò)程中要及時(shí)總結(jié)，提出修改完善教學(xué)模式意見(jiàn)，在本課程組的教學(xué)會(huì)議上討論確定最終方案。

本文提出的教學(xué)模式在以下兩個(gè)方面非常關(guān)鍵：一個(gè)是構(gòu)建模塊的依據(jù)。采用科學(xué)合理、符合課程內(nèi)容特點(diǎn)、適合學(xué)生學(xué)習(xí)的方法構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容模塊是整個(gè)教學(xué)模式成功的基礎(chǔ)。一般地，“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程除緒論、機(jī)械強(qiáng)度及摩擦學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)外，通用零部件部分所講授內(nèi)容的教學(xué)思路大體相同，模塊化方法也都趨于一致。模塊內(nèi)容涉及知識(shí)不可過(guò)多過(guò)廣，以利于具體明確問(wèn)題的提出。但模塊也不要過(guò)小，以免使知識(shí)學(xué)習(xí)零散化、碎片化，導(dǎo)致擬定問(wèn)題重點(diǎn)不突出，不利于學(xué)生有效學(xué)習(xí)，無(wú)法體現(xiàn)模塊化教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)。另一個(gè)是問(wèn)題設(shè)計(jì)擬定。每一模塊的問(wèn)題擬定是影響教學(xué)模式質(zhì)量和效果的關(guān)鍵，直接關(guān)系到能夠激發(fā)學(xué)生興趣乃至教學(xué)內(nèi)容掌握情況。問(wèn)題設(shè)計(jì)擬定一般遵循如下原則。

1.問(wèn)題小、具體且明確，難度適中。小而明確的問(wèn)題有助于學(xué)生對(duì)定義概念等的理解，便于抓住重點(diǎn)，特別是新學(xué)知識(shí)模塊的問(wèn)題，更要具備這個(gè)特點(diǎn)。問(wèn)題可以是來(lái)自先修課程調(diào)研總結(jié)的與本門課程相關(guān)的知識(shí)、教師教學(xué)總結(jié)以及工程實(shí)踐總結(jié)等。對(duì)這些問(wèn)題的探索解答，主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)媒體、實(shí)驗(yàn)室和圖書館等方式實(shí)現(xiàn)，大部分學(xué)生都能夠通過(guò)簡(jiǎn)短的回答完成。

2.體現(xiàn)模塊核心內(nèi)容及教學(xué)要求。設(shè)定的問(wèn)題不能偏離課程教學(xué)主線以及教學(xué)大綱基本要求，即緊緊把握通用零部件設(shè)計(jì)的理論、方法及應(yīng)用這一主題設(shè)計(jì)模塊問(wèn)題。否則，學(xué)生無(wú)法通過(guò)問(wèn)題有效學(xué)會(huì)新知識(shí)和新方法，甚至?xí)`導(dǎo)他們。學(xué)生能夠解答問(wèn)題，意味著掌握了該模塊的教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到了教學(xué)大綱的基本要求。

3.一部分問(wèn)題應(yīng)涉及先修課程知識(shí)。運(yùn)用先修課程知識(shí)解決學(xué)習(xí)中的問(wèn)題，從而學(xué)到新知識(shí)，不但能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)科交叉融合應(yīng)用能力，還有助于學(xué)生理解本專業(yè)各門課程在整個(gè)培養(yǎng)體系中的相互關(guān)系、地位和作用。關(guān)于先修課程知識(shí)的問(wèn)題要側(cè)重于反應(yīng)與本課程密切相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。例如，高等數(shù)學(xué)中微積分、力學(xué)分析、工程制圖標(biāo)注等方面的知識(shí)。

4.適當(dāng)體現(xiàn)最新設(shè)計(jì)方法和理念。教師通過(guò)不斷的學(xué)習(xí)和科研實(shí)踐，了解本學(xué)科和相關(guān)學(xué)科的最新發(fā)展，提煉出與課程教學(xué)密切相關(guān)的知識(shí)和應(yīng)用，融合到教學(xué)實(shí)踐中，讓學(xué)生體會(huì)到本課程能夠緊跟時(shí)代科技發(fā)展步伐。比如，在設(shè)計(jì)方法方面，可以引入可靠性設(shè)計(jì)概念，與“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程中的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行對(duì)比;多參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算引導(dǎo)學(xué)生懂得，機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)該是一個(gè)不斷優(yōu)化的過(guò)程。

四、結(jié)語(yǔ)

為適應(yīng)科技和社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，工科大學(xué)“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)模式亟待改變傳統(tǒng)的灌輸式被動(dòng)學(xué)習(xí)模式，轉(zhuǎn)為以問(wèn)題為基礎(chǔ)的主動(dòng)式教學(xué)。本文提出的基于系列課程體系下以問(wèn)題為基礎(chǔ)的模塊化教學(xué)方法，使得課程知識(shí)脈絡(luò)更加清晰明朗、教與學(xué)的目標(biāo)更明確，問(wèn)題導(dǎo)向使學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性更強(qiáng)。當(dāng)然，這也對(duì)教師的綜合素質(zhì)和學(xué)生的自學(xué)能力提出了更高的要求。特別是給教學(xué)管理和教師課堂教學(xué)的把控與引導(dǎo)帶來(lái)了不小的難度。教師應(yīng)綜合考慮個(gè)人素質(zhì)、專業(yè)特點(diǎn)、學(xué)生水平以及教學(xué)條件等因素，合理運(yùn)用教學(xué)方法，才能收到良好的課堂教學(xué)效果。

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