基于PBL模式的机械设计课程教学改革研究

秦艳

（江苏联合职业技术学院淮安生物工程分院，江苏淮安 223200）

0 引言

在国家大力推行新工科的背景下，对传统的课堂教学模式进行改革显得势在必行。原因在于，在传统的教学模式下，课堂教学以讲授为主，而学生的学习过程是被动的。如此一来，随着课堂教学时间的深入，知识的抽象性越来越高，学生课堂上的专注度、知识吸收率等呈严重下降的趋势。以机械设计课程为例，通过对近3年本院部分机械专业的学生进行调研发现，74%的学生觉得课堂上教师讲解的知识比较抽象，难以理解；57%的学生觉得虽然通过了期末考试，但是对于课堂所学的知识点、定义相当模糊，且学习的内容基本上未达到后续知识应用的程度，以至于学生毕业进入企业后，专业知识的应用能力未能体现出来，企业会花较长的时间对其进行重塑，过程费时费力。因此，如何解决机械设计课程中存在的弊端，提升学生的学习效率，在课程教学中，体系化训练学生的能力，让学生能够更好地适应行业的发展，这是值得探索的问题。

对于上述教学中存在的痛点，国内的许多高校做了大量的研究。例如：文献[1]在课堂教学中，通过增加“说与做”、“教与评”等环节，对传统教学模式进行了修正，提升了学生的课堂参与度和学习效率；文献[2]以学生注意力为出发点，开发了注意力分析模型，推进了学生学习过程的主动性；文献[3]以学生学习成果为导向，采用主动学习和多学科融合项目的方式，让学生在课堂学习中，以项目的形式主动构建知识体系；文献[4]在PBL的教学模式下，学生的各项能力输出均得到了比较显著的提升。综上所述，上述研究均是以提升学生的学习主动性为出发点，以学生的能力提升为培养目标，以项目为实现教学改革的基本措施。因此，本文在机械设计的课程教学改革中，对传统教学模式中存在的不足之处进行变革，以能力为输出目标，采用PBL教学模式，促进学生在课堂学习中的主动参与性，实现学习效率的稳步提升。

1 PBL教学模式的实现措施

PBL（Project Based Learning）教学模式是基于项目的课堂教学模式，即在课堂教学中，学生通过多样化的项目操作，来实现知识的掌握和应用。该模式是以学生实践动手能力、创新能力等为培养目标的一种教学范式。在机械设计课程教学中，主要根据课程大纲的内容、教材的知识点及培养目标，针对学生对知识的掌握要求来制定PBL教学模式的实现措施。因此，结合本院机械专业在机械设计课程教学中的特点，主要采取的实现措施从3个维度出发，具体如图1所示。

图1 PBL的实现维度

1）知识点离散化。该环节为PBL实现的前步骤，即通过分析教学大纲的要求及教材的内容分布，将机械设计课程教学的知识点或知识体系划分成若干离散的部分[5]，如机械配合知识体系、传动机构知识体系、焊接知识体系等[6]。知识体系之间虽然是离散的，但是可以通过综合项目来进行关联。

2）知识点与项目的结合。针对离散化的知识点或知识体系，设计对应的项目，让学生在项目操作中应用该知识点，通过主动实践的方式，完成知识的内化。例如：对于传动机构的知识体系而言，可以让学生开展某三级齿轮传动减速器的传统系统设计，学生在项目开展中，通过齿轮的类型选择、传动比的计算与确定、齿数的确定等操作，将传动系统的知识体系应用并掌握。

3）项目的开展形式。在PBL的教学模式中，项目的开展形式是多样化的，包括课堂微型项目、课后综合项目、讨论、团队协作、构思、设计、制作、运行等形式[7]。主要围绕学生学习成果来设计项目的各个环节，确保学生能力得到有效的训练。

2 PBL教学模式的教学实践

为进一步论证机械设计的课程教学实践效果，本文开展了2个学期的教学实践，其中：第一学期还是采取传统的教学模式，教学对象定义为A班级；第二学期采取PBL的教学模式进行，教学对象定义为B班级。教学实践中，通过比较二者的综合教学效果，作为评价PBL教学模式的依据。当两个班级分别完成一学期的课程教学任务后，从学生学习输出、学生问卷调查、教学评价3个维度进行比较，如图2所示。从而判断PBL的教学模式是否与机械设计的课程特点相适应。其中，学生学习输出情况如表1所示。

图2 评价维度

表1 学生学习输出

从表1所示的学生学习输出来看，两种模式下两个班的成绩均符合正态分布规律，这与高校普遍考试成绩分布规律相一致[8]。但是，从二者各个层级的学生占比来看，B班学生的优秀段、良好段学生占比均高于A班学生，且整体合格率而言，B班为88%，A班为71%。从这个方面来看，采用PBL教学模式后，学生在项目实践中掌握并应用知识，B班对知识掌握的程度要优于A班的传统教学模式。同时，在传统的教学模式下，机械设计课程的教学侧重于理论学习、公式推导及计算等环节，学生应用知识点设计相关作品主要依赖于自身的兴趣，并于课后完成。因此，A班的学生创意作品数量仅有3件，而对于B班而言，由于项目已经渗透于课堂教学中，故学生要完成学习任务，必须完成创意作品的设计和制作，因此从这个方面的输出来看，B班要远多于A班。

除学生输出外，对于学习体验的问卷调查也是重要的教学评价指标。因此，本文以能力输出为目标，采用李克特量表法[9-10]对学生的各项能力进行问卷调查。部分问卷调查结果如表2～表3所示。

表2 实践动手能力问卷调查结果

表3 创新能力问卷调查结果

从学生的学习体验来看，无论是实践动手能力还是创新能力，A班的学生对于自己能力提升的认同度都比较小。完成一学期的学习后，A班高达47%的学生认为自己的实践动手能力没有提升，64%的学生认为自己的创新能力完全没有提升。相比之下，B班认为自己实践动手能力和创新能力没有提升的学生占比为37%和43%，尽管该数据也并非较低的水平，但是远低于A班。因此，根据学生学习体验的结果来看，采用PBL教学模式的B班要优于传统教学模式下的A班。

对于课程的教学评价，采用学生评价、专家评价相结合的形式，评价的满分为100分，具体情况如表4所示。

表4 教学评价结果

从课程的教学评价结果来看，无论是学生评价还是专家评价，B班的分数都要高于A班的分数，因此，从课程教学的综合评价情况来看，B班也远高于A班。这表明，无论是学生还是教学专家，对于PBL模式下的课程教学认同度要高于传统的教学模式。

综上所述，从学生的学习输出、学习体验及课程教学评价3个维度来看，采取PBL教学模式下的B班各项数据指标要优于传统模式下的A班，该结果表明在机械设计的课程教学中，PBL的教学模式与该课程特点的匹配度较高，通过PBL的教学改革措施的实施，基本达到了预期的培养目标。

3 结论

对于机械设计的课程教学而言，传统的教学模式存在课程内容抽象、学生的学习兴趣不高、学习效率低下等问题。因此，本课题采取PBL的教学模式，将项目应用于课堂教学之中，从学生的输出、学习体验及教学评价3个方面的结果来看，课堂教学的效果要优于传统模式的课堂教学效果。这说明PBL的模式应用于机械设计的课程教学中是可行的，能够达到良好的教学效果。同时，虽然教学效果优于传统模式，但也可以看出，在教学实践中，部分数据指标并非最优。因此，下一步的工作，将围绕该模式进行培养方案的持续完善，达到不断优化教学效果的目的。