工程教育認(rèn)證下機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式探討

（遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

為構(gòu)建中國工程教育的質(zhì)量監(jiān)控體系，建立與工程師制度相銜接的工程教育認(rèn)證體系，增強(qiáng)工程教育人才培養(yǎng)對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的適應(yīng)性［1］，我國已于2013年6月加入國際高等工程教育互認(rèn)機(jī)構(gòu)華盛頓協(xié)議（Washington Accord），并在全國開展工程教育認(rèn)證工作［2］。目前我校也在積極推進(jìn)工程教育認(rèn)證工作，機(jī)制工程專業(yè)作為我校人才培養(yǎng)比重較大、歷史較長、基礎(chǔ)較好的一個重要的工程專業(yè)類，在認(rèn)證中更承擔(dān)著實(shí)現(xiàn)與工程教育國際接軌的責(zé)任和使命。為順應(yīng)機(jī)械制造教育國際化的發(fā)展趨勢，積極推進(jìn)機(jī)制工程專業(yè)認(rèn)證的開展，我們面臨的最大問題是如何培養(yǎng)具備相應(yīng)的業(yè)務(wù)基礎(chǔ)、較寬領(lǐng)域的基本知識、創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力，特別是有較高的全面素質(zhì)的機(jī)械工程人才［3］。本文結(jié)合工程教育認(rèn)證基本理念，按照“反向設(shè)計(jì)，正向施工”的基本思路，以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為出發(fā)點(diǎn)，對與機(jī)械設(shè)計(jì)課程相匹配的教學(xué)方法進(jìn)行探索。

一、工程教育認(rèn)證下機(jī)械制造專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

加入WTO后，我國經(jīng)濟(jì)融入世界經(jīng)濟(jì)的步伐加快，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的國策，使我國迅速成為世界加工制造大國。隨著外資企業(yè)的大量涌入，我國已成為加工制造業(yè)的重要基地之一。另外，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中融合了計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、自動化、智能技術(shù)等更多的內(nèi)容，新時代下需要大量的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)的應(yīng)用型工程技術(shù)人才，相應(yīng)的機(jī)制工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)也發(fā)生改變。我校機(jī)械工程專業(yè)的人才培養(yǎng)根據(jù)新時代要求進(jìn)行調(diào)整，要求新機(jī)制工程人才具備的條件有：（1）掌握機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識及理論，并能夠解決專業(yè)相關(guān)的工程實(shí)際問題，運(yùn)用計(jì)算機(jī)對產(chǎn)品進(jìn)行三維模擬和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。（2）會熟練利用現(xiàn)代工具進(jìn)行信息檢索、文獻(xiàn)查詢，通過信息綜合分析機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的工程問題，并結(jié)合機(jī)械領(lǐng)域的專業(yè)知識對工程問題進(jìn)行識別、分析、表達(dá)與實(shí)施。（3）能夠在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中勝任個體、團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色，具有跨領(lǐng)域的整合能力，具備以機(jī)械設(shè)計(jì)制造為主體的總攬和整合能力。

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械制造專業(yè)的核心課程，是本科生從基礎(chǔ)理論課程學(xué)習(xí)過渡到研究機(jī)械工程技術(shù)問題的橋梁，在機(jī)械類系列課程體系中占有十分重要的地位［4］。新的培養(yǎng)目標(biāo)所對應(yīng)的能力指標(biāo)對教師課程改革提出了明確的方向和要求，秉承工程教育認(rèn)證倡導(dǎo)的產(chǎn)出導(dǎo)向理念、學(xué)生中心理念和持續(xù)改進(jìn)理念三個基本理念［5］。為提高這門課程的學(xué)習(xí)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將課堂教學(xué)內(nèi)容更好地運(yùn)用于工程教育實(shí)踐中，機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)嘗試采用任務(wù)式教學(xué)模式。

二、工程教育認(rèn)證下任務(wù)式教學(xué)模式探索

教學(xué)模式是在一定教學(xué)思想或教學(xué)理論指導(dǎo)下建立起來的較為穩(wěn)定的教學(xué)活動結(jié)構(gòu)框架和活動程序。機(jī)械設(shè)計(jì)課程不同于其他專業(yè)課程，該門課程實(shí)踐性、創(chuàng)新性很強(qiáng)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)的是以教師單方面授課為主，要求教師在有限的課時內(nèi)把大量的知識和信息傳遞給學(xué)生，學(xué)生被動地接受填鴨式教育，缺少動手操作與動腦思考的機(jī)會，這并沒有真正使得課程與實(shí)踐落到實(shí)處，而且工程以及科研項(xiàng)目根本不能很好地融入實(shí)踐教學(xué)中去，對于學(xué)生工程方面能力的訓(xùn)練強(qiáng)度不夠。顯然這種舊的教學(xué)模式不能完全滿足教學(xué)要求。工程認(rèn)證中，產(chǎn)出導(dǎo)向理念強(qiáng)調(diào)專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施以學(xué)生接受教育后取得的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，并對照畢業(yè)生的核心能力和要求，評價(jià)專業(yè)教育的有效性。學(xué)生中心理念強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，圍繞培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成進(jìn)行資源配置和教學(xué)安排。持續(xù)改進(jìn)理念要求能持續(xù)跟蹤改進(jìn)效果并用于推動專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的不斷提升［5］。這些理念很好地為機(jī)械設(shè)計(jì)課程新的教學(xué)模式提供了方向，基于以上理念本文設(shè)計(jì)了任務(wù)式教學(xué)模式。

（一）任務(wù)式教學(xué)模式的構(gòu)架

產(chǎn)出導(dǎo)向教學(xué)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，教師應(yīng)該知道學(xué)生能取得什么樣的學(xué)習(xí)成果，如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果。教師對學(xué)生的要求更多地集中在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、問題的深入探究和鉆研精神以及追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識。任務(wù)式教學(xué)模式就是根據(jù)這一要求提出來的，主要包括教學(xué)環(huán)節(jié)、實(shí)踐環(huán)節(jié)、共享平臺和靈活的考核方式。其中，教學(xué)環(huán)節(jié)是主體形式，是知識點(diǎn)講授、教學(xué)任務(wù)分發(fā)、任務(wù)成果展示、師生之間及學(xué)生之間交流等活動的開展平臺。為了讓教學(xué)環(huán)節(jié)順利開展，實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果，應(yīng)配以輔助支撐環(huán)節(jié)如實(shí)踐環(huán)節(jié)、共享平臺和靈活的考核方式。該任務(wù)式教學(xué)模式旨在培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，使教師的角色由講課者向引導(dǎo)者轉(zhuǎn)變并有效開展師生互動。開展啟發(fā)式教學(xué)，以學(xué)生為主體，教師的輔助指導(dǎo)起到把握大方向和啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維的作用。

（二）任務(wù)式教學(xué)角色任務(wù)的確定

實(shí)現(xiàn)對機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目的管理，需要制定項(xiàng)目計(jì)劃模型，項(xiàng)目計(jì)劃模型由任務(wù)、進(jìn)度安排和人員安排等信息組成。為了在授課過程中真實(shí)模擬企業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)過程，需要教師將課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容按照項(xiàng)目計(jì)劃模型進(jìn)行整理。機(jī)械設(shè)計(jì)課程要求重點(diǎn)體現(xiàn)設(shè)計(jì)人員以下四方面能力的培養(yǎng)：調(diào)研、文獻(xiàn)檢索和整合的能力，基本理論、方案設(shè)計(jì)的能力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，計(jì)算說明文檔整理的能力。教師在教學(xué)過程中可把涉及的工作角色設(shè)置為相應(yīng)的四個類別組，即計(jì)算組、結(jié)構(gòu)組、解說組和圖文組，各組要求具備相關(guān)要求。其中，計(jì)算組要求學(xué)生具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)等知識基礎(chǔ)，較強(qiáng)的計(jì)算和分析能力；結(jié)構(gòu)組要求學(xué)生具有較強(qiáng)的看圖和三維繪圖能力；解說組要求學(xué)生具有較強(qiáng)的檢索、語言表達(dá)和幻燈片制作能力；圖文組要求學(xué)生具有較強(qiáng)的圖文檔編輯能力。

（三）任務(wù)式教學(xué)的具體實(shí)施

教師要從宏觀上把握教學(xué)活動整體及各要素之間內(nèi)部的關(guān)系和功能，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的有序性和可操作性。教師在教學(xué)過程中應(yīng)該起到主導(dǎo)作用，熟悉整個課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)知識點(diǎn)，并將教、學(xué)和交流討論融合在一起，貫穿課堂和課后。結(jié)合教學(xué)大綱和教學(xué)日歷制定角色任務(wù)登記表，所設(shè)計(jì)的內(nèi)容與形式可如表1所示。在角色任務(wù)確定后，按角色任務(wù)登記表實(shí)施。例如可在螺紋連接和螺紋傳動的知識講授中安排千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)，分發(fā)四個任務(wù)。完成這些任務(wù)需要安排一名計(jì)算組的學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)條件和要求進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，得到基本結(jié)構(gòu)尺寸；需要一名結(jié)構(gòu)組的學(xué)生根據(jù)計(jì)算組同學(xué)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)繪制仿真；需要一名圖文組的學(xué)生對計(jì)算和繪完圖的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)歸納，形成文檔和PPT；需要一名解說組的學(xué)生收集螺紋種類和特點(diǎn)，分析螺紋對千斤頂?shù)淖饔眉扒Ы镯數(shù)膽?yīng)用，在課堂上把千斤頂從設(shè)計(jì)計(jì)算到使用的整個過程加以匯報(bào)解說。這種強(qiáng)調(diào)特長和相互合作交流的學(xué)習(xí)形式會增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)動力，提高學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣。為使任務(wù)具體落實(shí)到個人，又方便各組學(xué)生交流，每組成員控制在兩名左右。要確保教學(xué)模式正常進(jìn)行，及時完成任務(wù)是重要的保證。任務(wù)布置不能太早，任務(wù)的完成除了要能促進(jìn)完成者對相關(guān)知識的掌握，也應(yīng)該強(qiáng)調(diào)結(jié)果的展示對學(xué)生學(xué)習(xí)的影響。如果時間過早，有可能和所學(xué)知識點(diǎn)不銜接；如果布置得太晚，留給學(xué)生準(zhǔn)備的時間不足。按任務(wù)的難度一般可安排三至七天。上課前一天要確保本節(jié)課的任務(wù)已經(jīng)完成，并能隨時調(diào)整課程內(nèi)容。

表1 角色任務(wù)登記表

任務(wù)教學(xué)實(shí)施過程中，應(yīng)注重企業(yè)對學(xué)生個人素養(yǎng)的需求，促進(jìn)層次遞進(jìn)教學(xué)。“三步走”確保從點(diǎn)到面參與的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，以靈活多樣的形式來培養(yǎng)多層次人才。第一階段，因材施教，根據(jù)學(xué)生特長、主觀意愿和興趣分配少部分人進(jìn)各角色組，促進(jìn)特長教育和學(xué)生的相互交流。第二階段，采用對比方法。第一階段后，大部分學(xué)生已經(jīng)融入任務(wù)式教學(xué)過程中，此時可以結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)情況和調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性給角色組外的學(xué)生派發(fā)任務(wù)，讓他們和角色組人員分別完成相同任務(wù)，進(jìn)行取長補(bǔ)短的互助交流學(xué)習(xí)。如指定某學(xué)生和解說組的A同學(xué)分別完成“齒輪在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用”的調(diào)研、信息檢索和PPT解說，并對其任務(wù)完成情況進(jìn)行課堂點(diǎn)評，讓他們能更直接地了解自己的不足，促進(jìn)相互學(xué)習(xí)。第三階段是全面開放階段，取消原固定角色組成員的具體任務(wù)，全體成員積極參與。

三、工程教育認(rèn)證任務(wù)式教學(xué)支撐模塊

（一）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

工程認(rèn)證重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，就是要求學(xué)生能夠把所學(xué)的理論知識應(yīng)用在實(shí)踐中，解決實(shí)際問題，這會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為了讓學(xué)生掌握工程設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)知識，培養(yǎng)學(xué)生對相關(guān)機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，應(yīng)該盡可能多地設(shè)計(jì)一些機(jī)械設(shè)計(jì)項(xiàng)目，提高學(xué)生的操作能力，讓學(xué)生都能夠參與進(jìn)去，不斷地進(jìn)行創(chuàng)新。為此，機(jī)械設(shè)計(jì)課程針對以下幾方面對學(xué)生的實(shí)踐能力進(jìn)行培養(yǎng)。

一是課堂教學(xué)注重理論和實(shí)踐相結(jié)合。開展案例教學(xué)，選取典型的設(shè)計(jì)案例，以“以例吸引學(xué)生—以例闡述知識點(diǎn)—以例指導(dǎo)學(xué)生”為流程，同時將課程設(shè)計(jì)貫穿整個教學(xué)，注重對與課程設(shè)計(jì)有關(guān)的零部件資料的收集，把這些資料恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到課件中，使學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)零部件時能聯(lián)想起其他應(yīng)用，做到理論與實(shí)踐相融合。通過課程設(shè)計(jì)任務(wù)的實(shí)施加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動手能力、分析解決問題能力、科研能力和工程意識，并在課程教學(xué)開展過程中培養(yǎng)學(xué)生間的溝通與交流能力，讓其感受到合作的重要性。

二是通過競賽活動向課堂外延伸。利用競賽活動讓學(xué)生在實(shí)踐探索過程中提高創(chuàng)新能力。鼓勵學(xué)生積極參與老師的科研活動和大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐比賽，比如機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、無碳小車工程能力、大學(xué)生挑戰(zhàn)杯等，并要求學(xué)生自主參與、全程參與，注重讓學(xué)生積極動腦、動手、動口，通過動手操作獲得知識與能力。

三是通過實(shí)踐課程提升學(xué)生的工程能力。學(xué)校更多地與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，與企業(yè)溝通聯(lián)系，創(chuàng)造機(jī)會讓學(xué)生深入企業(yè)生產(chǎn)一線，直觀接觸與動手實(shí)踐。畢業(yè)設(shè)計(jì)和校內(nèi)外實(shí)習(xí)使學(xué)生從工程技術(shù)知識接受轉(zhuǎn)變到職業(yè)所需能力獲得，培養(yǎng)學(xué)生的工程理論知識、工程基本技能和工程思維與素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，保障專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

四是加強(qiáng)青年教師的實(shí)踐鍛煉。青年教師自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，這會在一定程度上影響課程教學(xué)效果。機(jī)械設(shè)計(jì)課程教師需要豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)作為支撐，這就需要他們多參加競賽活動的指導(dǎo)，多參加校內(nèi)外的生產(chǎn)實(shí)習(xí)和企業(yè)實(shí)習(xí)。目前學(xué)校開展的校企合作為促進(jìn)教師理論與實(shí)踐結(jié)合，提高教師教學(xué)水平與人才培養(yǎng)質(zhì)量有著重要的作用。

（二）構(gòu)建共享平臺

任務(wù)式教學(xué)是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式，學(xué)生之間、師生之間的交流互動頻繁。教師資源及學(xué)生任務(wù)成果應(yīng)該能及時進(jìn)行共享和交流，方便教學(xué)的開展和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，也是任務(wù)跟進(jìn)和監(jiān)督的有效措施和保證。通過共享平臺，采用公共郵箱和微信工作群的方式可以促進(jìn)師生之間、學(xué)生之間的交流，方便任務(wù)式教學(xué)的開展。

（三）采用靈活的考核方式

考核評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和考核方式對于檢驗(yàn)課程教學(xué)效果非常重要。本課程在常用的平時考勤、作業(yè)與期末考試成績的考核評價(jià)機(jī)制基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，與教學(xué)過程中所分發(fā)的任務(wù)完成情況相結(jié)合，采用靈活多樣的考核方式。新的課程教學(xué)模式應(yīng)該強(qiáng)調(diào)任務(wù)的動態(tài)過程考核，按照完成時間、完成質(zhì)量參考評價(jià)，這種新的評判方法能夠強(qiáng)調(diào)學(xué)生平時的學(xué)習(xí)態(tài)度和過程，鼓勵學(xué)生積極進(jìn)行思考。

四、結(jié)語

本文的教學(xué)模式適合一至兩個班的規(guī)模教學(xué)，筆者以機(jī)制1405和1406兩個班試行探索。該教學(xué)模式得到學(xué)生的積極參與支持，活躍了課堂教學(xué)氛圍，培養(yǎng)了學(xué)生在計(jì)算、檢索資料、表達(dá)、繪圖等工程實(shí)踐的能力以及提出、分析、解決問題的能力。