《材料與工藝》 課程遞進(jìn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的探索

苗義高

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì);材料與工藝;項(xiàng)目驅(qū)動(dòng);教學(xué)模式

材料、工藝是聯(lián)系設(shè)計(jì)與產(chǎn)品制造的橋梁，設(shè)計(jì)通過(guò)材料及工藝轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)物產(chǎn)品。當(dāng)前CMF（色彩、材料和工藝）已在企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造中得到了廣泛應(yīng)用[1]，并產(chǎn)生相關(guān)的CMF 設(shè)計(jì)師或CMF 工程師職業(yè)，為工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)人才的出口提供了新的方向，同時(shí)也對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高要求。《材料與工藝》課程處于工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)相關(guān)學(xué)科交叉中心，銜接機(jī)械類(lèi)與設(shè)計(jì)類(lèi)課程，注重應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)培養(yǎng)工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新能力具有重要作用。采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能滿足當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的要求，因此開(kāi)展教學(xué)改革來(lái)縮小產(chǎn)業(yè)需求與教學(xué)目標(biāo)的差距已成為教學(xué)實(shí)施的必然選擇。本文探索了采用遞進(jìn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)改革，通過(guò)多學(xué)科融合和課內(nèi)知識(shí)聚合，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)與創(chuàng)新能力[2]。

1《 材料與工藝》課程教學(xué)現(xiàn)狀

《材料與工藝》課程是工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課，與力學(xué)、美學(xué)、制造、心理學(xué)、設(shè)計(jì)等學(xué)科課程相關(guān)。與機(jī)械類(lèi)、材料類(lèi)相關(guān)課程相比，《材料與工藝》課程需要工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)學(xué)生掌握材料類(lèi)型、材料特性、材料成形工藝、表面處理等內(nèi)容，涉及金屬、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料、復(fù)合材料，具有內(nèi)容多、知識(shí)面廣、知識(shí)點(diǎn)繁雜的特點(diǎn)，加之新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)有教材難以全面覆蓋相關(guān)知識(shí)點(diǎn)并及時(shí)更新內(nèi)容，教材的知識(shí)迭代速度較慢。傳統(tǒng)教學(xué)理論授課方式單一，評(píng)價(jià)方式以考試為主，加之課程課時(shí)縮短，學(xué)生學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性低。工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)學(xué)生工程背景普遍較弱，前期盡管接觸了工程制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、金工實(shí)習(xí)等機(jī)械類(lèi)課程，但多數(shù)學(xué)生在后續(xù)課程及畢業(yè)設(shè)計(jì)中缺少對(duì)工程類(lèi)課程知識(shí)的應(yīng)用實(shí)踐，設(shè)計(jì)方案往往缺乏工程意識(shí)，這將影響他們今后工作中與產(chǎn)品工程師的有效溝通。

基于教學(xué)與職業(yè)能力要求的差距，結(jié)合地方本科院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，課程團(tuán)隊(duì)近些年在《材料與工藝》課程教學(xué)模式開(kāi)展了探索實(shí)踐，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，采用遞進(jìn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式開(kāi)展教學(xué)，構(gòu)建相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)成效，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維。

2 遞進(jìn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的特點(diǎn)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式是以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)的教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心，倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)合作學(xué)習(xí)，已在多個(gè)學(xué)科的教學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用[3-7]。遞進(jìn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式是在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，增加了課程內(nèi)部各任務(wù)之間及不同學(xué)科課程之間的銜接，可以持續(xù)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)通過(guò)項(xiàng)目之間的聯(lián)系，使課程間、課程內(nèi)知識(shí)有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，有效地解決學(xué)生知識(shí)創(chuàng)造的碎片化問(wèn)題，有利于提升學(xué)生知識(shí)創(chuàng)造的連續(xù)性[8]。

3《 材料與工藝》課程遞進(jìn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1 遞進(jìn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的設(shè)計(jì)

材料與工藝課程是以工科為主導(dǎo)的教學(xué)，教授內(nèi)容主要涵蓋材料性能、材料種類(lèi)及特性、材料的成形工藝、材料感覺(jué)特性、綠色設(shè)計(jì)等方面，理論內(nèi)容抽象、概念性強(qiáng)。以往教學(xué)是以知識(shí)點(diǎn)的傳授為主要目標(biāo)，缺乏對(duì)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高階思維的訓(xùn)練。教學(xué)中也往往忽視課程之間的關(guān)聯(lián)性和綜合性，缺乏學(xué)科之間的融合教育。教學(xué)內(nèi)容上以CMF 設(shè)計(jì)師的職業(yè)能力要求為導(dǎo)向，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容體系，打造認(rèn)知、運(yùn)用、創(chuàng)造的螺旋上升的知識(shí)學(xué)習(xí)體系，銜接、融合力學(xué)、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)等相關(guān)學(xué)科內(nèi)容，激活學(xué)生原有知識(shí)，將離散的知識(shí)點(diǎn)聚合到產(chǎn)品設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，提升學(xué)生知識(shí)創(chuàng)造效率。

根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)，將教學(xué)內(nèi)容凝練，形成積木式、鏈條式的項(xiàng)目任務(wù)，遞進(jìn)提高作業(yè)的挑戰(zhàn)度、復(fù)雜度。設(shè)計(jì)了七小類(lèi)子項(xiàng)目任務(wù)和一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用課程大作業(yè)項(xiàng)目任務(wù)，具體的項(xiàng)目?jī)?nèi)容、要求和目標(biāo)如表1 所示。七個(gè)子項(xiàng)目任務(wù)存在內(nèi)部關(guān)聯(lián)，有利于學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練。項(xiàng)目任務(wù)的對(duì)象多為實(shí)際產(chǎn)品，學(xué)生可以通過(guò)對(duì)知識(shí)應(yīng)用和產(chǎn)品分析獲得一定的工程經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的訓(xùn)練后，多數(shù)學(xué)生可以順利地完成課程大作業(yè)項(xiàng)目任務(wù)。根據(jù)八個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，反向設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了增刪和簡(jiǎn)化，如刪除了熱處理、鑄造和焊接相關(guān)的理論內(nèi)容，增加了大量的工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品、表面處理工藝案例和相關(guān)的工藝視頻資料，強(qiáng)化了成形方面產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性的要求。由于課程涉及材料較多，在教學(xué)中介紹了多個(gè)材料數(shù)據(jù)庫(kù)及Ashby 圖[9]，便于學(xué)生在設(shè)計(jì)中查詢、選擇材料。

3.2 遞進(jìn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的教學(xué)實(shí)施

以子項(xiàng)目3 成形工藝分析項(xiàng)目為例，項(xiàng)目以自行車(chē)實(shí)物為對(duì)象，考察材料類(lèi)型及性能、成形工藝等內(nèi)容，涉及金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料、塑性成形、注塑成型、焊接、力學(xué)性能等知識(shí)點(diǎn)。在布置項(xiàng)目任務(wù)前，相關(guān)的理論知識(shí)通過(guò)結(jié)合產(chǎn)品案例進(jìn)行重點(diǎn)講解。前期通過(guò)項(xiàng)目1 的訓(xùn)練，學(xué)生可以獲得分解產(chǎn)品系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，將自行車(chē)拆解成零件來(lái)分析各零件需要滿足的功能要求，通過(guò)項(xiàng)目2 的訓(xùn)練已可以識(shí)別材料并了解材料的性能。另外，在任務(wù)中布置了幾類(lèi)不同結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)的自行車(chē)產(chǎn)品供學(xué)生分析，比如比較分析使用壓鑄零件的摩拜共享單車(chē)與哈羅共享單車(chē)的材料、工藝，討論哪一類(lèi)產(chǎn)品的成本更低、結(jié)構(gòu)更合理。通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目的訓(xùn)練，一方面培養(yǎng)學(xué)生分析綜合能力和批判性思維;另一方面關(guān)聯(lián)了已學(xué)的知識(shí)內(nèi)容，提高了教學(xué)效果。在這個(gè)任務(wù)基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步拓展，比如提出如何實(shí)現(xiàn)自行車(chē)輕量化的思考，通過(guò)討論分析輕量化的功能目標(biāo)，讓學(xué)生思考從力學(xué)角度設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，并從材料、工藝的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品量產(chǎn)。

在學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)上，七個(gè)子項(xiàng)目任務(wù)要求以項(xiàng)目論文方式提交，并采用5 分鐘項(xiàng)目答辯的方式進(jìn)行交流討論，促進(jìn)知識(shí)分享和創(chuàng)新思維的碰撞。各項(xiàng)目任務(wù)的評(píng)價(jià)采用評(píng)價(jià)量表進(jìn)行反饋，主要從對(duì)任務(wù)的理解、任務(wù)的思考、交流溝通、項(xiàng)目展示、報(bào)告撰寫(xiě)等多個(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)，及時(shí)給予學(xué)生反饋修改，以便后續(xù)進(jìn)行方案修改。課程大作業(yè)項(xiàng)目主要考察課程知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用情況，評(píng)測(cè)觀察內(nèi)容如表2 所示。這些項(xiàng)目任務(wù)隨著教學(xué)內(nèi)容的不斷迭代更新，需要學(xué)生逐漸投入更多的時(shí)間和精力才能完成。通過(guò)實(shí)施項(xiàng)目任務(wù)，課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)將考查重點(diǎn)由對(duì)知識(shí)的記憶轉(zhuǎn)化成為對(duì)知識(shí)的理解、運(yùn)用和創(chuàng)造，著重培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新能力。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)《材料與工藝》課程教學(xué)存在的問(wèn)題和不足進(jìn)行了分析，提出了采用遞進(jìn)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)改革。材料與工藝是工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品落地的基礎(chǔ)，本文通過(guò)八個(gè)項(xiàng)目任務(wù)反向設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和考核方式，通過(guò)項(xiàng)目任務(wù)實(shí)施，將不同學(xué)科知識(shí)和課程內(nèi)知識(shí)聚合，有利于提升學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新能力，為學(xué)生后續(xù)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐中技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合奠定基礎(chǔ)。