案例教學在機械創新設計課程中的探索與實踐

摘 要：案例教學作為一種實踐性教學方法，對培養學生創新能力和應用能力起著非常重要的作用。本文闡述了案例教學在機械創新設計課程中應用案例教學的必要性，提出了在機械創新設計課程中實施案例教學應注意的問題，同時對該門課如何實施案例教學進行了探析，以期為機械類課程的案例教學改革與推廣提供思路。

關鍵詞：案例教學；機械；創新設計

案例教學法起源于古希臘、古羅馬時代。20世紀在美國的哈佛大學商學院率先使用，一開始在法律教學中應用，后來逐步應用在醫學、管理學、教育學等學科上面，培養了大批能夠獨立思考并能解決實際問題的人才。案例教學在國內推廣較晚，但得到重視，已被列入各高校的教學改革計劃。目前，很多課程都應用了案例教學，并取得了重要的研究成果，但在機械類課程教學中應用案例教學的研究較少，而且主要集中在機械基礎課程中幾門課程中，如《機械原理》《機械設計》《工程材料》《材料力學》等課程。

一、 為何要在機械創新設計中引入案例教學

當今，創新應用型人才培養已成為高等教育發展的必然趨勢，機械制造業的高速發展急需一批機械創新應用型人才。機械創新設計在培養創新應用型人才中起著關鍵作用。目前這門課所使用的教材和上課內容基本還是按“創新設計的思維基礎——創新設計技術基礎——機械演化、機械結構、機械組合創新等各類方法的介紹——創新設計實例”的主線，教學模式較為陳舊，加上抽象的概念較多，學生興趣不高，教學效果不佳。因此，在該門課程中探索出一種更有效的教學模式和方法，已成為培養機械類創新人才研究的重點。對于機械課程，有些知識較枯燥，有些概念較抽象，有些問題較難描述，甚至無法通過討論的方式解決，給案例教學的應用帶來一定的困難，隨著計算機的發展和多媒體技術的應用，案例教學的內容和形式不斷發生變革，給課堂教學注入新生力量。充分利用網絡資源開發教學案例和合理地應用多媒體進行案例教學對傳統的機械類課程改革和人才培養具有重要的意義。

二、 在機械創新設計教學中需要注意的問題

1. 課前內容準備

案例教學要求教學內容要具有足夠的吸引力，在開發案例過程中，最好對教學對象做一定的問卷調查，對學生感興趣的內容作比較分析，根據需要開發既符合教學大綱要求又形象、直觀、貼近生活、貼近生產的案例，同時要求案例應具有一定的典型性和真實性。比如健身洗衣機、自動切菜機、硬幣分離機等，都是生活中常用創新型機械。

實踐表明，生活中的機械創新案例更能吸引學生的眼球，當今互聯網發達，這些案例的收集、制作并不困難，收集之后還要進行一定的教學設計，關鍵是如何引入案例，如何引導學生積極參與討論，如何總結。

2. 案例講授方式

有些案例可以直接給出答案，比如光靠文字語言無法描述很難進行討論的案例，直接可以增長學生的理論知識。對于沒有答案的案例，為了不讓學生厭倦，每堂課需要把握討論時間，討論案例設置3-5個為宜，太多的案例討論會影響課堂秩序，占用過多時間，為了提高案例教學效果，有些案例材料可提前發給學生，讓其查閱相關資料，思考一段時間，這樣的討論效果更好。

3. 案例的展現方式

目前很多案例還是以文字的形式出現，比較單一，實踐表明，文字加圖片、視頻等效果更佳。因此，在教學過程中應充分利用多媒體的作用，讓案例教學的內容更加豐富，利用文字描述、圖片結合、視頻輔助的方式，使人的視覺、聽覺都融入到課堂當中，更有利于創造情境。

三、 機械創新設計案例如何展示和教學

本文結合筆者在教學過程的實際，列舉幾個機械創新設計的教學案例：

案例一：在講機械創新設計的思維基礎時，首先引入一些重要發明的圖片，如帶有溫度計的保溫杯，瑞士軍刀，“房車”。通過這些學生沒有見過的發明案例，激發學生的學習興趣，同時讓學生感覺到不同的思維方式，直接增長學生的創新理論。在講授習慣性思維時，筆者通過一段這樣的文字展示了給學生“聾啞人到五金店買釘子，說不出話來，怎么辦？”很快有學生根據自身的生活經驗發言說“可用一只手做錘子的手勢，一只手拿著釘子的手勢給店老板看”，有學生說“寫在紙條上”。點評是“手語，五金店的老板應該可以看懂，寫在紙上也可以”，然后筆者又提出第二個問題“如果一個瞎子到這個五金店買剪刀呢？”，這時一個學生回答“用兩只手指做一個剪刀動作即可”，點評是“瞎子只是眼睛看不見，但是可以說話，他可以直接說買剪刀，看來是受到前面情景的影響，導致了思維定勢”，這時全班笑了，在歡笑中理解了思維定勢這個概念。

案例二：在講授思維方式的群智集中法的概念和優勢時，筆者以美國一家電力公司解決電線上積雪為例。講解案例之前，首先展示一些下雪后的美景圖片，加上一些小孩子堆雪人的圖片，讓學生回憶下雪天的美好情境，激發學生的興趣，然后再通過一些交通被積雪弄得癱瘓的情境圖片和下雪帶來的災難數據，最后播放2008年南方雪災的視頻短片，讓學生切身感受到積雪帶來的嚴重后果，最后引出電線結冰導致電線斷掉的畫面。提出問題“電線結冰，如何解決更好？”的問題，同時將教室里的學生分成4組討論，十分鐘后，各組代表發言，一組的學生說設計一種專用電線掃雪機；二組的學生說用電熱來化解冰雪；三組的學生說用振蕩技術來清除積雪；四組的學生說乘坐直升機去掃除電線上的積雪。點評“四種方面都是一些方法，但是方案一掃雪機可能要考慮機子重量、安裝的問題；方案二電線發熱量較小，不敵冰的降溫作用，方案三需要考慮電線的穩定性和成本，方案四需要考慮人的安全問題”。當這些方法讓學生都感覺到存在些問題、無法解決的時候，課堂氣氛突然變得低沉了起來，這時突然有一位學生提出一個想法，利用直升機螺旋槳產生的高速下降氣流扇落積雪。點評“直升機螺旋槳產生風力較大，不影響電線，而且適合高空作業，安全可行，比前面四種方案都要好”。原來這學生通過第四組的學生發言受到了啟發，加上自身有一定的生活經驗“在電扇下吃冰棒時容易掉水”，最后點評“同學們通過討論的方法最終取得了最終較好的方案，這個過程叫群體集智法，也叫頭腦風暴法?！眅ndprint

通過這兩個案例講授，深刻理解了定勢思維和群體集智法的概念。更掌握在創新設計中需要注意思維定勢的影響和群體集智法的優勢。

另外，筆者在講機構創新方法時，不是按教材的方法對比一些機構的區別及應用，而是通過案例的模式進行的，如“目前共享單車盛行，鏈傳動自行車依然作為主流，但是，鏈傳動自行車存在掉鏈條的情況，甚至鏈條會刮破褲子，如何設計更好的自行車”，同時展示共享自行車的圖片，以及自行車掉鏈條的圖片，將學生帶入問題情境，這時有的學生根據自身所學的知識提出了利用雙曲柄傳動方案，有的學生提出用圓錐齒輪傳動方案，還有的同學利用同步帶傳動方案，并且畫出了傳動的原理圖，這種方式不但激發了學生的學習興趣，而且調動了學生利用機械原理知識去進行機構創新的積極性。

通過案例教學在機械創新設計課程中的實施，可將機械創新設計課程中抽象的概念具體化，枯燥的知識趣味化。激發學生的學習興趣。本文在案例教學的研究過程當中，在不同的班級進行了試點，研究發現采用案例教學模式的班級，學習興趣較高，學生也積極參與創新實踐，學生交上來的作業也具有較多創新之處，部分還準備申請專利，有的作品還參與了全國大學生機械創新設計大賽并獲獎。

四、 結論

本文針對案例教學在機械類課程中應用較少的問題，倡導在機械創新設計課程中實施案例教學，結合自身教學實踐，提出了一些需要注意的問題，并通過幾個教學案例及其實施過程的展示，提出了案例教學在機械創新設計的優勢和開展方式，給機械類其余課程的改革提供參考。

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作者簡介：

周啟興，江西省南昌市，華東交通大學理工學院。endprint