基于PBL的机械工程专业课程教学模式研究与实践

滕琦玮　胡亚辉　牛兴华

摘 要 PBL（Problem-Based Learning）被译为“基于问题的学习”，它是以学生为中心，将学生置于某一具体问题中，去主动地、开放式地学习的一种教学方法。本文介绍了PBL教学模式的内涵，并将其应用于机械工程专业传统课程机械制造技术基础的教学实践中，通过对实践过程及教学效果的分析与研讨，并对比传统教学模式，分析专业课教学在PBL模式下的优势和不足。

关键词 机械制造技术基础 基于问题的学习 教学效果

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.06.047

Practice and Research of Teaching Model Applied in Mechanical

Engineering Courses Based on PBL

TENG Qiwei， HU Yahui， NIU Xinghua

（School of Mechanical Engineering， Tianjin University of Technology， Tianjin 300384）

Abstract PBL （Problem -based Learning） is a kind of teaching method that focus on students as the center， put them into a specific Problem environment and let them study actively with open mind. This paper introduced the connotation of the PBL teaching model， and the application in the course "Fundamentals of Machine Manufacturing Technology"， through the analysis and discussion of the practice process and teaching effect， compared the traditional teaching  model， the advantages and disadvantages in specialized course teaching under the mode of PBL were analyzed.

Key words Fundamentals of Machine Manufacturing Technology; PBL （Problem -based Learning）; teaching effect

0 引言

PBL（Problem-Based Learning）被译为“基于问题的学习”，其作为近年来被广泛重视的一种新型的教学模式，越来越多地应用于专业课程的教学之中。PBL教学模式有别于以被动接受教师讲授为主的传统教学方法，它是以学生为中心，以问题为起点的教学方式，强调学生的主动学习，教师在学习的过程中辅以导向和启发，以培养学生的能力为教学目标，将学生置于问题之中，通过学生的主动学习和小组合作来解决问题，充分调动学生的主动性和积极性，从而提高自身知识水平和解决问题的能力。

机械制造技术基础是高等院校机械类专业的一门传统课程，是研究金属切削基本理论、机械制造设备及工艺的专业基础课。机械制造技术基础的教学目的是：使学生掌握金属切削基本理论、机械加工设备的性能、选用，工件的定位原理、机械加工工艺过程设计，以培养学生在机械制造过程中解决实际问题的能力及开发创新能力。

1 传统机械制造技术基础的教学方法

1.1 机械制造技术基础教学内容及特点

机械制造技术基础课程内容涉及广泛。机械制造技术基础课程的先修课包含机械工程材料、机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、互换性与技术测量等。本门课程应与实践教学环节紧密联系，是一门涉及知识面广、综合性强、实践性强，且需要理论和实践相结合的课程。

1.2 机械制造技术基础传统教学方法存在的问题

目前机械制造技术基础在教学方法上一直延续以往的讲授方式，即以教师为主导，向学习者灌输教学内容，在知识传输的过程中讲求面面俱到，缺乏针对性及师生间对问题的交流与探讨。鉴于本课程结合实践性强的特点，学生对教师所讲授的内容鲜有直观的了解，对一些专业名称、机加工设备等无法联系实际并理解，导致学生学习的盲目性，从而失去学习的兴趣，也严重影响了教学的效果。

由此可见，传统教授模式已经无法体现现代的教学理念，更无法满足机械制造技术基础课程的教学要求，引入“基于问题的学习”模式，可以弥补传统的教育教学中的不足，使学生带着问题进行学习活动，更有利于增强学习的针对性和主动性，不断丰富其专业知识的储备，提高解决问题的能力和深入研究问题的兴趣，更好地实现高等院校的教育目标。

2 PBL教学模式在机械制造技术基础教学中的实践与探索

2.1 PBL教学模式在机械制造技术基础教学中的实践过程

我们以讲解金属切削过程中工件的定位问题为例，具体介绍PBL教学模式在机械制造技术基础教学中实践活动。

工件的定位是使工件在夹具中占据正确的位置。物体在OXYZ坐标系中，可以沿X、Y、Z轴平移，且可以沿X、Y、Z轴旋转，这六个独立的运动被称为自由度。工件定位就是用适当的约束来消除这六个自由度，即六点定位原理。应用PBL模式，教师不是从每一个定义开始讲授，而是根据PBL模式的实施过程，首先对学生以10人为一组进行分组，并且提出问题。教师给学生一个具体的工件，让学生分析如何找正零件在加工时的位置。endprint

图1为一个阀体类零件，需要设计通过一次定位装夹同时加工阀体上8个孔的夹具，学生要考虑的问题是如何实现定位。每个学习组得到问题后，大部分学生都很积极，主动结合以前学习的有关知识分析零件设计基准、工艺基准，提出疑问并在教师的指导下掌握了定位、夹紧的原理及内涵，这样，教学活动就转变为以学生为中心，加深了学生在学习中的参与程度，激发了学习的兴趣，在教学中教师应全程参与，启发引导学生在正确的方向上寻求答案，支持并鼓励学生提出自己的设想，以及初步的钻孔工序的定位方案。

图1 阀体零件图（要求设计其定位方案）

在后面的教学中，要求学生结合生产实习环节，印证所学知识。通过零件从毛坯开始，经若干道工序，最终完成切削的过程，了解轴类、箱体类等典型零件的工艺过程、每步工序的定位装夹、不同机床的切削运动等机械制造方面的知识，理解零件加工工艺过程概念。

最后回到课堂，通过学习小组对方案进行分析和比较，教师给予必要的点评，从中总结出合理的方案。

图2 阀体零件夹具装配图

参考箱体定位中常用的一面两销定位（如图2），用定位平面约束两个旋转自由度和一个移动自由度，短圆柱销1约束两个移动自由度，小圆柱销2约束一个旋转自由度，实现了该阀体零件的“六点定位”，也完成了需要掌握的这部分教学内容。教师会在总结时，按授课任务的要求引入一个新的问题研究，PBL式教学进入了下一个循环模式。

2.2 PBL应用于机械工程专业教学的效果及问题

在机械工程专业的传统课“机械制造技术基础”中运用PBL模式，在每一教学章节中都先给学生者提出一个实际中的问题，以学生为主导，辅以教师正确的指导，来寻求解决问题的途径。一个问题从引入到探究直至得到答案，学生从对问题的茫然，到引发兴趣去研究，再到提出并比较方案，最后明确一个最优的结论。在这一过程中，学生的学习热情明显提高，表现为在课堂上认真听课、踊跃表达自己的观点，针对问题自主学习，独立思考，灵活运用前面所学的学科基础知识;结合生产实习环节，能在问题的引导下仔细观察典型零件的生产过程，积极提出问题，寻找规律;而后在小组讨论中，实现知识的共享并进行方案比较，从而也提高了协同合作的能力。

当然，在教学实践中也暴露出一些尚待改善的问题。

（1）在教学内容的安排和问题的提出上有待进一步的规划和协调。机械制造技术基础课程实践性强，课程的涵盖广泛，而且每一节课的教学内容并不是相互独立的，教师在设计教学过程时，要充分考虑教学内容与提出问题及实践活动安排的合理性。

（2）教师自身专业知识的更新及对教学内容应有更深入、更广泛的理解。PBL这种开放式的教学，必然会使教学、讨论、实践以及在知识的搜索过程中遇到许多新的观点和问题，如何评价新的论点，解答学生的问题，从专业角度上，对教师提出了更高的要求。

（3）教师和学生学习观念的转变。长期以来，不论是教师还是学生都一直在传统的灌输模式下授课或学习，教师过多的注重向学生传授知识，而忽略了学生个体的差异及对学习过程的反馈;而学生已习惯于被动地学习，分析与搜集、整理新知识的能力不足，小组内部积极提出观点、协作完成任务的精神也有待加强。

所以说，在PBL教学模式下进行教学，对教师和学生都是一个有益的尝试与挑战。

3 结语

在“基于问题的学习”中，体现了学生是教学活动的主体，教师的角色也从知识的拥有者、传输者，转变为学生学习的辅助者、学习活动的组织者和合作者。从总体上分析，在机械工程专业教学中运用PBL教学模式，激发了学习的热情，培养了学生钻研问题的精神，在搜集资料及讨论中开拓了视野，对今后的学习以及将来的职业规划起到一定的指导意义。同时，PBL教学模式在机械工程专业教学中的运用，也丰富了传统专业课的教学方法，改善了教学效果，为机械制造技术基础这类实践性强、综合性强的课程的教学模式改革，提供了新的思路。

本文获天津市普通高等学校本科教学质量与教学改革研究计划重点基金项目：“卓越计划”背景下机械工程专业人才培养的模式与机制研究及实践（B01-0802）的支持

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