工程教育认证下机械设计课程教学模式探讨

2018-09-28

大学教育 2018年9期

（辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001）

为构建中国工程教育的质量监控体系，建立与工程师制度相衔接的工程教育认证体系，增强工程教育人才培养对产业发展的适应性［1］，我国已于2013年6月加入国际高等工程教育互认机构华盛顿协议（Washington Accord），并在全国开展工程教育认证工作［2］。目前我校也在积极推进工程教育认证工作，机制工程专业作为我校人才培养比重较大、历史较长、基础较好的一个重要的工程专业类，在认证中更承担着实现与工程教育国际接轨的责任和使命。为顺应机械制造教育国际化的发展趋势，积极推进机制工程专业认证的开展，我们面临的最大问题是如何培养具备相应的业务基础、较宽领域的基本知识、创新设计与实践能力，特别是有较高的全面素质的机械工程人才［3］。本文结合工程教育认证基本理念，按照“反向设计，正向施工”的基本思路，以培养目标和毕业要求为出发点，对与机械设计课程相匹配的教学方法进行探索。

一、工程教育认证下机械制造专业培养目标

加入WTO后，我国经济融入世界经济的步伐加快，调整产业结构的国策，使我国迅速成为世界加工制造大国。随着外资企业的大量涌入，我国已成为加工制造业的重要基地之一。另外，由于科学技术的发展，机械设计制造过程中融合了计算机信息技术、自动化、智能技术等更多的内容，新时代下需要大量的机械设计制造及其自动化专业的应用型工程技术人才，相应的机制工程专业的人才培养目标也发生改变。我校机械工程专业的人才培养根据新时代要求进行调整，要求新机制工程人才具备的条件有：（1）掌握机械设计方面的基础知识及理论，并能够解决专业相关的工程实际问题，运用计算机对产品进行三维模拟和结构优化设计。（2）会熟练利用现代工具进行信息检索、文献查询，通过信息综合分析机械设计制造中的工程问题，并结合机械领域的专业知识对工程问题进行识别、分析、表达与实施。（3）能够在多学科背景下的团队中胜任个体、团队成员以及负责人的角色，具有跨领域的整合能力，具备以机械设计制造为主体的总揽和整合能力。

机械设计是机械制造专业的核心课程，是本科生从基础理论课程学习过渡到研究机械工程技术问题的桥梁，在机械类系列课程体系中占有十分重要的地位［4］。新的培养目标所对应的能力指标对教师课程改革提出了明确的方向和要求，秉承工程教育认证倡导的产出导向理念、学生中心理念和持续改进理念三个基本理念［5］。为提高这门课程的学习效果，激发学生的学习兴趣，将课堂教学内容更好地运用于工程教育实践中，机械设计课程教学尝试采用任务式教学模式。

二、工程教育认证下任务式教学模式探索

教学模式是在一定教学思想或教学理论指导下建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序。机械设计课程不同于其他专业课程，该门课程实践性、创新性很强。传统的教学模式强调的是以教师单方面授课为主，要求教师在有限的课时内把大量的知识和信息传递给学生，学生被动地接受填鸭式教育，缺少动手操作与动脑思考的机会，这并没有真正使得课程与实践落到实处，而且工程以及科研项目根本不能很好地融入实践教学中去，对于学生工程方面能力的训练强度不够。显然这种旧的教学模式不能完全满足教学要求。工程认证中，产出导向理念强调专业教学设计和教学实施以学生接受教育后取得的学习成果为导向，并对照毕业生的核心能力和要求，评价专业教育的有效性。学生中心理念强调以学生为中心，围绕培养目标的达成进行资源配置和教学安排。持续改进理念要求能持续跟踪改进效果并用于推动专业人才培养质量的不断提升［5］。这些理念很好地为机械设计课程新的教学模式提供了方向，基于以上理念本文设计了任务式教学模式。

（一）任务式教学模式的构架

产出导向教学强调以学生为中心，教师应该知道学生能取得什么样的学习成果，如何有效地帮助学生取得这些学习成果。教师对学生的要求更多地集中在培养学生的学习主动性、问题的深入探究和钻研精神以及追求创新的态度和意识。任务式教学模式就是根据这一要求提出来的，主要包括教学环节、实践环节、共享平台和灵活的考核方式。其中，教学环节是主体形式，是知识点讲授、教学任务分发、任务成果展示、师生之间及学生之间交流等活动的开展平台。为了让教学环节顺利开展，实现预期效果，应配以辅助支撑环节如实践环节、共享平台和灵活的考核方式。该任务式教学模式旨在培养学生的自主学习能力，使教师的角色由讲课者向引导者转变并有效开展师生互动。开展启发式教学，以学生为主体，教师的辅助指导起到把握大方向和启发学生创造性思维的作用。

（二）任务式教学角色任务的确定

实现对机械产品开发项目的管理，需要制定项目计划模型，项目计划模型由任务、进度安排和人员安排等信息组成。为了在授课过程中真实模拟企业机械产品的开发过程，需要教师将课程相关教学内容按照项目计划模型进行整理。机械设计课程要求重点体现设计人员以下四方面能力的培养：调研、文献检索和整合的能力，基本理论、方案设计的能力，结构设计的能力，计算说明文档整理的能力。教师在教学过程中可把涉及的工作角色设置为相应的四个类别组，即计算组、结构组、解说组和图文组，各组要求具备相关要求。其中，计算组要求学生具有扎实的数学、物理、力学等知识基础，较强的计算和分析能力；结构组要求学生具有较强的看图和三维绘图能力；解说组要求学生具有较强的检索、语言表达和幻灯片制作能力；图文组要求学生具有较强的图文档编辑能力。

（三）任务式教学的具体实施

教师要从宏观上把握教学活动整体及各要素之间内部的关系和功能，实现教学的有序性和可操作性。教师在教学过程中应该起到主导作用，熟悉整个课程的教学内容和教学知识点，并将教、学和交流讨论融合在一起，贯穿课堂和课后。结合教学大纲和教学日历制定角色任务登记表，所设计的内容与形式可如表1所示。在角色任务确定后，按角色任务登记表实施。例如可在螺纹连接和螺纹传动的知识讲授中安排千斤顶的设计，分发四个任务。完成这些任务需要安排一名计算组的学生根据设计条件和要求进行相关计算，得到基本结构尺寸；需要一名结构组的学生根据计算组同学的计算结果进行三维结构绘制仿真；需要一名图文组的学生对计算和绘完图的内容进行总结归纳，形成文档和PPT；需要一名解说组的学生收集螺纹种类和特点，分析螺纹对千斤顶的作用及千斤顶的应用，在课堂上把千斤顶从设计计算到使用的整个过程加以汇报解说。这种强调特长和相互合作交流的学习形式会增强学生的自主学习动力，提高学生对课程的学习兴趣。为使任务具体落实到个人，又方便各组学生交流，每组成员控制在两名左右。要确保教学模式正常进行，及时完成任务是重要的保证。任务布置不能太早，任务的完成除了要能促进完成者对相关知识的掌握，也应该强调结果的展示对学生学习的影响。如果时间过早，有可能和所学知识点不衔接；如果布置得太晚，留给学生准备的时间不足。按任务的难度一般可安排三至七天。上课前一天要确保本节课的任务已经完成，并能随时调整课程内容。

表1 角色任务登记表

任务教学实施过程中，应注重企业对学生个人素养的需求，促进层次递进教学。“三步走”确保从点到面参与的持续改进机制，以灵活多样的形式来培养多层次人才。第一阶段，因材施教，根据学生特长、主观意愿和兴趣分配少部分人进各角色组，促进特长教育和学生的相互交流。第二阶段，采用对比方法。第一阶段后，大部分学生已经融入任务式教学过程中，此时可以结合学生学习情况和调动学生学习积极性给角色组外的学生派发任务，让他们和角色组人员分别完成相同任务，进行取长补短的互助交流学习。如指定某学生和解说组的A同学分别完成“齿轮在生活生产中的应用”的调研、信息检索和PPT解说，并对其任务完成情况进行课堂点评，让他们能更直接地了解自己的不足，促进相互学习。第三阶段是全面开放阶段，取消原固定角色组成员的具体任务，全体成员积极参与。

三、工程教育认证任务式教学支撑模块

（一）加强实践教学

工程认证重点强调的是学生工程能力的培养，就是要求学生能够把所学的理论知识应用在实践中，解决实际问题，这会激发学生的学习兴趣，使学生产生强烈的求知欲，为学生的终身发展奠定坚实的基础。为了让学生掌握工程设计及结构知识，培养学生对相关机械零件的结构设计能力，应该尽可能多地设计一些机械设计项目，提高学生的操作能力，让学生都能够参与进去，不断地进行创新。为此，机械设计课程针对以下几方面对学生的实践能力进行培养。

一是课堂教学注重理论和实践相结合。开展案例教学，选取典型的设计案例，以“以例吸引学生—以例阐述知识点—以例指导学生”为流程，同时将课程设计贯穿整个教学，注重对与课程设计有关的零部件资料的收集，把这些资料恰当地运用到课件中，使学生在学习相关零部件时能联想起其他应用，做到理论与实践相融合。通过课程设计任务的实施加强学生实践动手能力、分析解决问题能力、科研能力和工程意识，并在课程教学开展过程中培养学生间的沟通与交流能力，让其感受到合作的重要性。

二是通过竞赛活动向课堂外延伸。利用竞赛活动让学生在实践探索过程中提高创新能力。鼓励学生积极参与老师的科研活动和大学生创新实践比赛，比如机械创新设计、无碳小车工程能力、大学生挑战杯等，并要求学生自主参与、全程参与，注重让学生积极动脑、动手、动口，通过动手操作获得知识与能力。

三是通过实践课程提升学生的工程能力。学校更多地与企业生产实际相结合，与企业沟通联系，创造机会让学生深入企业生产一线，直观接触与动手实践。毕业设计和校内外实习使学生从工程技术知识接受转变到职业所需能力获得，培养学生的工程理论知识、工程基本技能和工程思维与素质，培养学生的工程实践能力，保障专业培养目标的达成。

四是加强青年教师的实践锻炼。青年教师自身实践经验缺乏，这会在一定程度上影响课程教学效果。机械设计课程教师需要丰富的生产实践经验作为支撑，这就需要他们多参加竞赛活动的指导，多参加校内外的生产实习和企业实习。目前学校开展的校企合作为促进教师理论与实践结合，提高教师教学水平与人才培养质量有着重要的作用。

（二）构建共享平台

任务式教学是以学生为主体、教师为主导的教学模式，学生之间、师生之间的交流互动频繁。教师资源及学生任务成果应该能及时进行共享和交流，方便教学的开展和学生的自主学习，也是任务跟进和监督的有效措施和保证。通过共享平台，采用公共邮箱和微信工作群的方式可以促进师生之间、学生之间的交流，方便任务式教学的开展。

（三）采用灵活的考核方式

考核评价标准和考核方式对于检验课程教学效果非常重要。本课程在常用的平时考勤、作业与期末考试成绩的考核评价机制基础上进行扩展，与教学过程中所分发的任务完成情况相结合，采用灵活多样的考核方式。新的课程教学模式应该强调任务的动态过程考核，按照完成时间、完成质量参考评价，这种新的评判方法能够强调学生平时的学习态度和过程，鼓励学生积极进行思考。