以学生为中心的机械设计综合实训课程教学模式创新与实践

彭 飞，刘 丹

（北京工商大学 人工智能学院，北京 100048）

21世纪是知识经济时代，高校要培养独立思考、终身学习，具备创新实践能力、能解决实际问题的人才。2018年10月《教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》要求把人才培养水平和质量作为评价大学的首要指标，强调要“突出学生中心、产出导向、持续改进”[1]。机械设计综合实训作为机械专业的一门重要实践课程，具有较强的工程实践性、探索性、创新性等特点[2]。因此，针对多样化和个性化的人才培养需求，探索“学生为中心、项目竞赛为驱动、产出为导向”的机械设计综合实训多维度人才培养创新模式，对于培养创新和综合能力的工程技术人才、服务“中国制造2025”强国战略，具有重要的教学价值和社会意义。

1 目前机械学科教学中存在的问题与分析

（1）学生自主学习的动力和能力不足。传统教学方法单一、缺乏互动性，学生参与度较低、容易审美疲劳，学习氛围和效果较差。学生尽管能考得不错的考试分数，但是对于知识掌握的深入程度不够、灵活运用能力不足。应当发挥教师的主导作用和学生的主体地位，引导学生学习方式与习惯从“被动式”到“主动性”的转变。

（2）教学形式单一，教学时间、地点和内容相对封闭。机械专业课程普遍呈现公式计算繁多、章节关联性强、学习难度大等特点，且传统教学的地点、时间、教学内容固定，难以满足学生自主灵活的学习需求。可以建设网络课程，完善线上线下混合教学模式，加强师生互动、使得学生能够灵活自由地预习/复习/强化学习，进而提升教学效果。

（3）考核评价标准单一，实践环节不足，难以形成积极有效的反馈。传统考试类科目的考核方式为期末考试，实践类科目的考核方式为课程设计报告；主要依据试卷成绩、教师的评价和考核，因此验证反馈有效性不足。应当增加实践环节，选择与学生所学内容相关度高、实践性和特色契合的科研项目或竞赛，以学生发展为中心、以项目竞赛为驱动，引导学生有效参与，“做中学、学中做”，形成积极有效的反馈，提高其创新思维和实践能力。

2 以学生为中心、项目竞赛为驱动、产出为导向的多维度教学实践

（1）以学生为中心，激发学生学习积极性和主动性

改变传统的学生被动接受学习模式，树立以学生为中心的教学理念，充分发挥其学习的积极性、主动性，培养其独立思考及批判性思维的能力。教师应当发挥引导作用，主要体现在：①制定和明确教学目标、学习任务、学习成果评价；②提供丰富多彩、联系实际的教学案例，设计课堂教学情境包括引入问题、结合案例、分析思路及讲授要点、提问与分组讨论、教师点评、完善思路等；③安排把控任务进度，营造宽松自由批判的学习氛围；④完善教学平台，整合优化校内外资源、提供实训基地，构建教学平台-教师-学生协同的教学过程。以启发式教学为例，针对某具体知识点，教师不是直接将结果展示给学生，而是先结合已有基础/身边生活现象等创设问题情景供学生思考，以问题为导向，通过设创设问题→分析→解释→讨论→知识点等方式展开教学，引导学生分析并逐步得到合理认识。这种双向式、互动式的教学，不是灌输知识，而是在互动思考的过程中将知识传递给学生。基于“以学生学习和发展为中心”的理念，有利于学生内化（掌握）知识，引导学生逐步深入思考，调动学生学习的主动性和积极性。

（2）以科研项目和学科竞赛为驱动，提升学习效果

引导学生综合运用机械专业如机械原理、机械设计、机械制图、机电控制等课程知识，进行人机交互/节能减排/结构创新设计，并积极参加多种形式的科研项目和学科竞赛。在实践过程中，帮助学生了解其它高校学生的水平、取长补短，进一步巩固、提升专业知识，从多视角培养学生工程实践与创新能力。

将机械设计综合实训与项目竞赛有机结合， 如图1所示。首先，确定赛事种类及主题，明确项目任务和目标；其次，在创新理论与方法学习的基础上，引导学生提出技术方案并进行创新点评估；接着，确定设计方案并建模，进行运动学及动力学分析，整体项目有关资料参加比赛，基于结果进行反馈评价并持续完善；最后，进行项目答辩与验收。

图1 以项目竞赛为驱动的设计流程

（3）以产出为导向，制定课程方案、改进教学内容

以产出为导向是指以大学生实际学习效果来衡量并指导教学[3]。将培养目标分解为若干毕业要求，使得课程体系能够对应/支撑相应的毕业要求，建立毕业要求与培养目标、培养目标与课程方案的定量评价关系。培养目标的确定及持续改进主要依据认任课教师、学科负责人、督导、应届毕业生等内部评价及用人单位、行业专家、社会认可度等外部评价结果，形成“毕业要求→培养目标→课程要求→课程设计方案→教学内容”的课程设计流程（图2），保证教学目标与结果的一致性，鼓励学生完成深度学习及创新能力提升。

图2 基于产出为导向的课程设计流程

（4）建设网络课程，完善线上线下混合教学模式

利用网络教学平台提供多种教学资源，主要包括：教学课件（各章节的PPT）、重点难点部分的教学视频（微课）、习题解析、专业案例库及其它文本资料。建立慕课、精品视频公开课等互联网课程，形成教师在课堂环节系统化循序讲授与学生在课后环节重点化在线强化的有效组合。

混合式教学模式秉承“以学生为中心、以教师为主导的”教学理念，总体思路是从线下到线上再到线下，以机械制图课程为例：在课前环节，教师利用网络平台布置“学习任务”，学生通过教学课件、视频或网络自主学习利用制图软件进行建模，并完成教师布置的设计任务，针对学生完成情况发现问题；在课程环节，针对难点和重点进行解析，讲授建模思路、工具选择，引导学生理解吸收知识内容；在课后环节，布置开放式新任务。这样，利用线上线下混合教学进行课前预习，课堂环节签到、答题及监督，课后作业批改及学习情况统计，能加强师生课程互动、提高学生学习效果。

3 课程实施案例

例如，针对老龄化社会趋势及老年人出行困难的实际问题，课程实训小组设计了一种“智能安全性老年人助行器”（图3），旨在为老龄人群提供更安全、更智能的助行设备。

图3 小组作品展示

小组同学通过建模、制作、完善作品，参加大学生创新设计大赛并取得了不错的赛事成绩；在这个过程中，教师引导学生走出书本、综合运用多学科知识分析解决较复杂的机械工程问题，以学生为中心开展课程设计，从最初的产品理念到产品雏形到较成熟的助行器技术方案，具体包括智能测速系统、逆行阻止装置、定位服务、控制小程序等部分，不断完善课程设计作品。这样以学科竞赛为驱动，“以赛促教、以赛促学、以赛促思”，很好地提升了学生的创新实践能力。此外，拓展了学生视野，强化了学生对学以致用、研以致用的理解，锻炼了搜索及整合资源、团队合作、演讲表达等综合能力。学生在很多设计大赛中取得了优异成绩，部分创新成果申请或授权了国家专利；学生的机械设计能力得到大幅度提高，逐步形成了具有机械专业特色的创新实践型人才培养模式，推动了机械学科的发展。

4 结语

新时代新形势背景下，以机械设计综合实训为例，探索以学生为中心、项目竞赛为驱动、产出为导向的多维教学创新模式，将教学、育人、项目、竞赛、成果融为一体，提升了学生自主学习、独立思考、分析解决问题的工程实践能力和创新能力，在机械设计综合实训课程中取得了突出的成果。鉴于机械类课程具有不同的特点，期望教育教学工作者探索更多可行有效的教学方法，进行教学过程持续改进，以提高本科教学质量。