以學生為中心的機械設計綜合實訓課程教學模式創新與實踐

彭 飛，劉 丹

（北京工商大學 人工智能學院，北京 100048）

21世紀是知識經濟時代，高校要培養獨立思考、終身學習，具備創新實踐能力、能解決實際問題的人才。2018年10月《教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》要求把人才培養水平和質量作為評價大學的首要指標，強調要“突出學生中心、產出導向、持續改進”[1]。機械設計綜合實訓作為機械專業的一門重要實踐課程，具有較強的工程實踐性、探索性、創新性等特點[2]。因此，針對多樣化和個性化的人才培養需求，探索“學生為中心、項目競賽為驅動、產出為導向”的機械設計綜合實訓多維度人才培養創新模式，對于培養創新和綜合能力的工程技術人才、服務“中國制造2025”強國戰略，具有重要的教學價值和社會意義。

1 目前機械學科教學中存在的問題與分析

（1）學生自主學習的動力和能力不足。傳統教學方法單一、缺乏互動性，學生參與度較低、容易審美疲勞，學習氛圍和效果較差。學生盡管能考得不錯的考試分數，但是對于知識掌握的深入程度不夠、靈活運用能力不足。應當發揮教師的主導作用和學生的主體地位，引導學生學習方式與習慣從“被動式”到“主動性”的轉變。

（2）教學形式單一，教學時間、地點和內容相對封閉。機械專業課程普遍呈現公式計算繁多、章節關聯性強、學習難度大等特點，且傳統教學的地點、時間、教學內容固定，難以滿足學生自主靈活的學習需求。可以建設網絡課程，完善線上線下混合教學模式，加強師生互動、使得學生能夠靈活自由地預習/復習/強化學習，進而提升教學效果。

（3）考核評價標準單一，實踐環節不足，難以形成積極有效的反饋。傳統考試類科目的考核方式為期末考試，實踐類科目的考核方式為課程設計報告；主要依據試卷成績、教師的評價和考核，因此驗證反饋有效性不足。應當增加實踐環節，選擇與學生所學內容相關度高、實踐性和特色契合的科研項目或競賽，以學生發展為中心、以項目競賽為驅動，引導學生有效參與，“做中學、學中做”，形成積極有效的反饋，提高其創新思維和實踐能力。

2 以學生為中心、項目競賽為驅動、產出為導向的多維度教學實踐

（1）以學生為中心，激發學生學習積極性和主動性

改變傳統的學生被動接受學習模式，樹立以學生為中心的教學理念，充分發揮其學習的積極性、主動性，培養其獨立思考及批判性思維的能力。教師應當發揮引導作用，主要體現在：①制定和明確教學目標、學習任務、學習成果評價；②提供豐富多彩、聯系實際的教學案例，設計課堂教學情境包括引入問題、結合案例、分析思路及講授要點、提問與分組討論、教師點評、完善思路等；③安排把控任務進度，營造寬松自由批判的學習氛圍；④完善教學平臺，整合優化校內外資源、提供實訓基地，構建教學平臺-教師-學生協同的教學過程。以啟發式教學為例，針對某具體知識點，教師不是直接將結果展示給學生，而是先結合已有基礎/身邊生活現象等創設問題情景供學生思考，以問題為導向，通過設創設問題→分析→解釋→討論→知識點等方式展開教學，引導學生分析并逐步得到合理認識。這種雙向式、互動式的教學，不是灌輸知識，而是在互動思考的過程中將知識傳遞給學生?；凇耙詫W生學習和發展為中心”的理念，有利于學生內化（掌握）知識，引導學生逐步深入思考，調動學生學習的主動性和積極性。

（2）以科研項目和學科競賽為驅動，提升學習效果

引導學生綜合運用機械專業如機械原理、機械設計、機械制圖、機電控制等課程知識，進行人機交互/節能減排/結構創新設計，并積極參加多種形式的科研項目和學科競賽。在實踐過程中，幫助學生了解其它高校學生的水平、取長補短，進一步鞏固、提升專業知識，從多視角培養學生工程實踐與創新能力。

將機械設計綜合實訓與項目競賽有機結合， 如圖1所示。首先，確定賽事種類及主題，明確項目任務和目標；其次，在創新理論與方法學習的基礎上，引導學生提出技術方案并進行創新點評估；接著，確定設計方案并建模，進行運動學及動力學分析，整體項目有關資料參加比賽，基于結果進行反饋評價并持續完善；最后，進行項目答辯與驗收。

圖1 以項目競賽為驅動的設計流程

（3）以產出為導向，制定課程方案、改進教學內容

以產出為導向是指以大學生實際學習效果來衡量并指導教學[3]。將培養目標分解為若干畢業要求，使得課程體系能夠對應/支撐相應的畢業要求，建立畢業要求與培養目標、培養目標與課程方案的定量評價關系。培養目標的確定及持續改進主要依據認任課教師、學科負責人、督導、應屆畢業生等內部評價及用人單位、行業專家、社會認可度等外部評價結果，形成“畢業要求→培養目標→課程要求→課程設計方案→教學內容”的課程設計流程（圖2），保證教學目標與結果的一致性，鼓勵學生完成深度學習及創新能力提升。

圖2 基于產出為導向的課程設計流程

（4）建設網絡課程，完善線上線下混合教學模式

利用網絡教學平臺提供多種教學資源，主要包括：教學課件（各章節的PPT）、重點難點部分的教學視頻（微課）、習題解析、專業案例庫及其它文本資料。建立慕課、精品視頻公開課等互聯網課程，形成教師在課堂環節系統化循序講授與學生在課后環節重點化在線強化的有效組合。

混合式教學模式秉承“以學生為中心、以教師為主導的”教學理念，總體思路是從線下到線上再到線下，以機械制圖課程為例：在課前環節，教師利用網絡平臺布置“學習任務”，學生通過教學課件、視頻或網絡自主學習利用制圖軟件進行建模，并完成教師布置的設計任務，針對學生完成情況發現問題；在課程環節，針對難點和重點進行解析，講授建模思路、工具選擇，引導學生理解吸收知識內容；在課后環節，布置開放式新任務。這樣，利用線上線下混合教學進行課前預習，課堂環節簽到、答題及監督，課后作業批改及學習情況統計，能加強師生課程互動、提高學生學習效果。

3 課程實施案例

例如，針對老齡化社會趨勢及老年人出行困難的實際問題，課程實訓小組設計了一種“智能安全性老年人助行器”（圖3），旨在為老齡人群提供更安全、更智能的助行設備。

圖3 小組作品展示

小組同學通過建模、制作、完善作品，參加大學生創新設計大賽并取得了不錯的賽事成績；在這個過程中，教師引導學生走出書本、綜合運用多學科知識分析解決較復雜的機械工程問題，以學生為中心開展課程設計，從最初的產品理念到產品雛形到較成熟的助行器技術方案，具體包括智能測速系統、逆行阻止裝置、定位服務、控制小程序等部分，不斷完善課程設計作品。這樣以學科競賽為驅動，“以賽促教、以賽促學、以賽促思”，很好地提升了學生的創新實踐能力。此外，拓展了學生視野，強化了學生對學以致用、研以致用的理解，鍛煉了搜索及整合資源、團隊合作、演講表達等綜合能力。學生在很多設計大賽中取得了優異成績，部分創新成果申請或授權了國家專利；學生的機械設計能力得到大幅度提高，逐步形成了具有機械專業特色的創新實踐型人才培養模式，推動了機械學科的發展。

4 結語

新時代新形勢背景下，以機械設計綜合實訓為例，探索以學生為中心、項目競賽為驅動、產出為導向的多維教學創新模式，將教學、育人、項目、競賽、成果融為一體，提升了學生自主學習、獨立思考、分析解決問題的工程實踐能力和創新能力，在機械設計綜合實訓課程中取得了突出的成果。鑒于機械類課程具有不同的特點，期望教育教學工作者探索更多可行有效的教學方法，進行教學過程持續改進，以提高本科教學質量。