《机械设计基础》课程项目式教学设计探究

《机械设计基础》课程是高职院校机械装备制造大类的一门专业必修课，它所牵涉的知识广泛应用于多个领域，但是《机械设计基础》课程具有理论性强、知识覆盖面广、学习难度大等特点。因此如何将知识转化为能力是技能型人才培养的关键；基于工作过程的项目式教学体系的构建是以能力本位的教学观为指导，以课程为突破点，将课程知识和能力对接项目模块，以项目模块为核心构建教学休系，以项目式教学来设计教学内容，在理论和实践层面实施项目式教学改革，以提高学生自主学习和综合应用知识的能力，解决机械工程中实际问题及创新设计的能力，从而提高人才培养的质量。
1、项目式教学的意义
1.1项目式教学实践可以优化课程体系和教学目标
项目式教学方式可以拓展教学内容深度和广度，优化课程体系，在这个过程中可以体现产业发展新趋势、新业态、新模式。应用多元化的教学手段，全面提升互联网＋时代下的教育教学质量，这种新型教学模式使教育教学质量得到了保障，同时通过引入工程中的实际案例融入工匠精神、劳模精神等育人内容，可以实现课程思政的创新发展，以达到“润物细无声”的育人效果，较好实现培养目标。
1.2项目式教学可以落实德技并修、工学结合的职教理念
项目式教学引入典型生产案例，教师引导学生把相关的很多知识点在实训中学习掌握，实训教学可真实体现工作任务、项目及工作流程、过程等内容，达到理论联系工程实践、学以致用、融会贯通，提高学生分析问题、解决问题的能力，落实德技并修、工学结合的职教理念。
1.3项目式教学可以提高教师的实践能力、促进“双师型”教师成长
项目式教学可优化实践教学体系，在整个教学过程中，教师从知识的传授者转变成一个指导者，学生成为学习的主体，促进教法和学法的转变，有利于三维目标的达成；通过教师规范操作、有效示教，有利于用实践引领教学，充分发挥实践的功能；有利于深化教师、教材、教法“三教改革”；同时可以推进高水平师资团队建设，提高教师的专业实践技能及良好的职业道德，促进“双师型”教师成长。
1.4项目式教学有利于以学生为中心，提高人才培养的质量
项目式的教学过程中以学生为中心，采用分组教学有利于学生在与小组成员的竞争与合作中，提高学生的学习热情，调动学生的积极主动性，增强沟通、交往、协调的能力，在培养学生专业技能的同时，提高学生的思维能力、创造能力及职业荣誉感。
2、课程教学的现状
2.1课程内容较陈旧
《机械设计基础》课程是高职类职业院校的一门专业基础课程，在专业学习中占有重要地位。由于本门课程所包括知识点多，包括机器的组成、常用的机构、构件和零件、机构的设计和计算等，内容是十分庞杂的。一般高职院校仍按照传统的章节来进行课程内容的讲授，教师教学重视一个个知识点的突破，以知识点的积累形成课程概念。虽然传统教学模式下的课程设计内容涵盖了《机械设计基础》课程的大部分相关内容，但较陈旧，与实际工程项目无关，学生的学习兴趣不浓，师生往往在教学过程中关注知识点突破及教学任务的完成，而忽视了相关学习目标及任务之间的内在联系，导致很多学生缺乏学习的积极性和主动性，更缺乏有效的方法去检验自己所完成的设计是否具有实用价值。
2.2课堂教学活动以教师为中心
目前《机械设计基础》大多数课堂教学活动以教师为中心，整个教学过程中以教师说教为主，教师往往按照课本上的知识按部就班的传授给学生，老师比较注重知识的灌输，整个过程缺少师生互动，教师在教学过程中不能完全照顾到基础和兴趣不尽相同的每个学生，老师在课堂上感觉是在唱独角戏，学生感觉课堂沉闷呆板，听课过程枯燥乏味，课堂上的表现也比较被动，进而会失去学习兴趣，教学效果更是收效甚微，因此存在“课堂实施教学难、学生理解掌握难、实践教学环节难”等问题。
2.3课程实践环节重视不够
受到各种条件的限制，课程实验或实践环节薄弱，在教学过程不少教师也会安排实验，但是比较形式化，而且大部分实验属于验证性的，有的更是以绘制机构上的零部件图纸为主，与实际应用脱节，更缺乏创新性实验，而忽视了学生的主动性与潜能的发挥，所以学生一旦遇新的问题不知道怎么去解决，即使有一些部分学生是老师认为的佼佼者，等到去企业从事机械设计有关的工作时，发现用到机械设计知识的时候自己还是很茫然，很难做到学以致用，
表明日常的教学过程实训项目开发训练不够。
2.4评价方式单一
课程的考核评价方式较为单一，本课程对学生考核的大部分还是笔试闭卷的形式，往往是一张试卷决定了学生的成绩，这种考核方式只能反映学生对课堂讲授理论知识的生硬记忆情况，不能反映学生的创新思维能力及将课本知识灵活运用到实践中的能力。
总之，由于该课程教学内容抽象、重理论、轻实践、考核评价方式单一等问题导致学生动手能力、实践能力、创新能力不够，扼制了学生的个性和创造性，这些情况的产生和教学的内容、教学设计等有很大的关系。因此必须探索课程改革方式，以培养学生的创新思维及将理论知识灵活运用到实践中的能力，从而推动教学方法的发展和教学质量的提升，实现从以课程知识体系为主线的教学模式向以能力为本的教学模式转变，从注重知识的验证向注重问题解决的转变，提高人才培养的质量，培养出更加符合社会需求的应用型人才。
3、教学改革创新的思路
3.1以项目代替章节设计教学
本课程的教学改革首先要打破章节的局限，结合工程实际中的案例，以实际项目为载体，每一个项目都是一个完整的机械设计开发设计过程，一个项目包含若干个知识点，例如引入内燃机这个项目，教师可把设计内燃机结构作为一个大的项目引入课堂，首先可通过实物介绍内燃机的组成，引导同学们理解什么是机器、机构、构件、零件，什么是通用零件和专用零件，教师发布设计任务书，在设计内燃机结构的过程中，教师可给定一些标准件和常用件，让学生根据设计任务书，设计加工出一些零部件，最后进行装配调试，通过这样一个项目设计，学生可逐步学习到自由度的计算、机构具有确定运动的条件、曲柄滑块机构的功用、凸轮机构的组成及功用、齿轮系的功用、轴的结构设计、螺纹连接的类型等，将知识贯穿于整个项目。这种项目式教学强调了教学目标的全面性、教学内容和过程的系统性，培养符合社会需求复合型人才。
3.2利用理实一体化的综合教室开展教学
教师根据教学内容，进行项目式教学设计，实行理实一体化教学，边讲课边做实验，例如学生在学习机构创新组合设计实验时，学生在机构创新实验台，通过不同构件的组合，完成曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构的组成及运动规律，同时可验证曲柄存在的条件，可完成大筛机构等机构的组装，然后学生可发挥想象，利用已有的知识，可通过改变杆长、改变不同的构件作为机架、把转动副改成移动副或者移动副改成转动副等方式，通过对不同的构件进行连接，在实验平台上调试自己的设计方案，通过性能测试、分析、比较，选出最优设计方案，可以实现不同的运动功能，实现想要的运动规律。这有利于培养和训练学生的创新意识、创新能力、创新精神。因此，在理实一体化教室，学生通过对课程与实训相关的知识点有目的性进行项目化学习，做到工学结合，大部分知识点便可在实训过程中学习掌握，又可实现创新设计。
3.3校企协同，实现双导师教学
签订了共建实践教学基地协议，建立了良好的合作关系，教师根据课程计划，让学生适时去企业进行生产实训，深化校企合作。同时学校聘请企业优秀的工程师，把企业实际产品设计过程和加工制造的工程项目作为《机械设计基础》教学的工程案例，把企业产品加工工艺过程制作成教学视频，作为多媒体教学资源，并由企业工程师定期主讲，实现双导师教学，可以很好地将本课程的理论知识与实践经验结合起来，进一步提高教学质量。
3.4开展精品在线课程建设，采用线上线下混合教学
《机械设计基础》课程的知识面虽然比较广，但随着信息技术的发展，我校机电学院《机械设计基础》课程教学团队已开发出《机械设计基础》校级精品在线课程，精品在线课程的建设推动了优质教学资源整合及共享，推动信息技术下的教学建设和教学改革，教师采可用线上线下混合教学模式，线上教学可以贯彻在教学前后的全过程中，使学生的学习不再受空间和时间的限制，这种混合教学模式促进高校转变传统的教育教学观念，为学生提供了优质的学习资源和拓展资源，改革了教学内容，创新了教学模式，通过开放性交流平台，有利于学生的自主学习，有利于教师及时掌握学生的学习情况，提高人才培养的质量。
3.5以赛促学，以赛促改
鼓励学生积极参加“全国职业院校技能大赛”、“全国三维数字化创新设计大赛”、“全国大学生机械创新设计大赛”及“工业设计大赛”等比赛项目。把各赛项的项目作为课程设计内容，学生除了完成《机械设计基础》课程的学习，在教师的指导下参与到各个赛项活动中来，教师可根据学生个人的水平和特点，因材施教。让学生参与比赛的过程，使理论的学习具有针对性，学生的学习过程由纯理论知识变成可感可触的实物，可以极大的提高学生自主学习积极性，学生做到学以致用的同时，还可以发挥创造能力，真正做到以赛促学、以赛促教、以赛促改。
3.6分组教学
教师根据实训设备、知识要点组织学生进行基于项目教学法的分组实训。在理实一体化教室、实训车间等，学生分组进行讨论、设计、装拆设备、调试、验证等实际训练，若没有达到预期的效果则重复实训，直到掌握该项目的知识技能为止。通过这种分组教学以学生为中心，教师可根据学生个人的水平和特点因材施教，同时在项目实施的过程中，有助于学生组织能力、管理能力、表达能力以及解决问题能力的培养，同时可强化学生的学习动机，让学生学会思考，学会学习，学会合作，学会创造，提高人才培养的质量。
4、具体的项目式教学实施设计过程
项目教学强调教学知识目标、能力目标、素质目标的全面性，以提高课堂教学效益，例如：根据课程标准将定轴轮系教学确定为三个课时。教学的总体教学思路是：（１）课前准备阶段：课前发布项目任务书，通过生活实例建立概念。比如，定轴轮系中，学生利用已有的知识上网查阅与钟表有关的资料，观看在线精品课程，并提交学习成果。（２）课堂教学阶段：课中展示课前成果，通过校企业合作、工学结合等多元主体人才培养途径，通过组装、拆卸钟表或减速器等，让学生进行实验探究，在探究的过程中识读钟表结构示意图，分析钟表的运动原理，了解各齿轮的齿数和布局对传动的影响，分小组对新知识探索，计算钟表内部各齿轮传动比，接下来实训教师通过自己的规范操作，引重点、破难点，让学生对知识再强化，然后对学习结果进行小组互评、教师点评、企业师傅评价，最后清洁实训室以培养学生职业素养、安全意识，环保意识。（３）课后提升阶段：课后监控同学们学习知识掌握情况，可以把知识分为基础巩固、综合应用、拓展拔高等不同的等级，通过现代化的学习平台，把知识上传至网络平台，老师可以监控学生有没有真正做到举一反三，看有没有达到每次项目教学目的，学生可随时随地进行测试和学习，通过后台统计结果来评判学生的学习效果。（４）教学反思：根据学生测试成绩与教学目标达成度，反思学生的实践技能是否得到了提升；是否培养了学生的职业技能，摸索出了哪些教学规律；教法上有哪些创新；思政课程有没有融入教学中，知识点上有什么新发现；组织教学方面有何新招；及时记下单元教学的过程中的一些得失，并进行必要的归类与取舍，考虑再讲授这部分内容时应该如何做，写出“再教设计”，直至较好完成学习目标。
5、结论
针对《机械设计基础》课程教学的现状，遵循课内外教学的实际情况和对学生的学情分析，对课程进行项目式教学设计，突出学生的中心地位，学生课前有准备，课中有新知，课后有提高，学习具有针对性，提高了自主探究意识。整个项目过程引导学生理论联系实际，培养学生自主学习的能力和职业素养，增强学生的职业荣誉感和幸福感，全面的培养了学生分析问题和解决问题的能力，增强了创新意识。
实践证明，项目式教学法在《机械设计基础》课程中的有效实施，使学生获得了深刻的学习与实践体验，丰富落实了“德技并修、工学结合”的职教理念，具有较强的教学实践和教学改革意义。