項目教學法在“機械設計”課程教學的實踐

孫建芳

（華南理工大學 機械與汽車工程學院，廣東 廣州 501640）

0 引言

新工科建設背景下需要培養學生的設計思維、工程思維、批判性思維和數字化思維，同時需要提升學生的創新創業、跨學科交叉融合、自主終身學習、溝通協商能力和工程領導力[1，2]。項目教學法[3-5]主要是“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”的模式開展教學，這樣的教學模式改變了傳統的由“教師講，學生聽”的教學模式，創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式，經過一定時期的探索與實踐已取得了良好的教學效果?！皺C械設計”課程作為機械類專業基礎課程，具有較強的應用性和實踐性，是培養學生綜合設計能力、自主學習能力和創新能力的重要課程。新工科建設要求同樣為對“機械設計”的教學實踐提出新的需求。

筆者基于項目教學法的“機械設計”探究性實踐教學實踐已進行了多個周期的全課程，本文對此做一點梳理，以求在總結中提高，在提高中推進。

1 存在問題

（1）缺少與典型項目相關的“機械設計”拓展知識的更新。傳統的“機械設計”教學主要內容包括常用機械零件的類型和選擇、靜強度設計、疲勞強度設計、摩擦學設計、熱分析和結構設計。課程“門類多、關系復雜、要求多、公式多、圖表多”，學生對所學知識的綜合應用多數局限在傳統的減速器課程設計。這些內容或選擇的內容教學無法融入“以賽促學，賽教結合”的理念，無法實現與賽事或研究項目相關的“機械設計”拓展知識。

（2）學生缺乏主動參與項目和探索創新能力。傳統的“機械設計”教學中很少引入與課程相關的典型項目，無法實現項目驅動教學并逐步形成以項目為中心引導學生和以小組為單位進行項目研討的教學方法，學生無法通過問題探究的方式提高綜合設計能力、自主學習能力和創新能力。

2 基于項目教學法的“機械設計”教學改革

2.1 課程內容的改革

“機械設計”教學團隊基于全國機械設計大賽主題、學生研究計劃（SRP）和省級（或校級）教研項目，并根據學生完成各個項目的具體情況，總結一些典型的、有實用價值的項目，結合學生的興趣，確定必備的知識點，再將教學內容進行整合，并根據不同學生個體的知識構成、成長經歷等差異性，確定了基于項目教學法的“機械設計”教學改革的典型實踐項目，見表1。

表1 基于項目教學法的“機械設計”教學改革的典型實踐項目

2.2 多樣性知識融合的教學模式

將典型實踐項目引入“機械設計”教學就是圍繞項目將基礎理論知識打散重構，在這一過程中需構建多樣性的教學形式進行點對點的分析。這樣的理論講解不僅容易被學生接受，還能讓他們在實踐項目中根據自身的專業架構主動進行知識的轉化和完善；另外，教師針對不同的項目提出修改意見并剖析理論知識點，教師在課堂上由主導者變為參與者，學生由被動接受知識變為主動學習探索；教師鼓勵學生運用各種科技手段獲取知識并分組討論，使學生在交流和合作中相互融合、碰撞靈感中提高自己的創意能力。這里以“FDM 3D打印示教機的設計及應用”為例，給出基于“項目教學法”的“機械設計”教學活動的授課拓展知識要點，見表2，主要采用翻轉課堂[6]講授所涉及的知識要點。

表2 基于項目教學法的“機械設計”教學活動的授課拓展知識要點

2.3 師資隊伍的建設

教師對每個項目以小組進行輔導時，需掌握大量的信息和具有很高的技能，因此教師必須關注前沿、樂于創新，不斷提高教育教學水平，只有這樣才能滿足學生的需求；另外，教師及時發現問題和找出差距，樹立終身學習的觀念，博覽群書，廣獵知識，方能滿足自身及學生的需求。因此，采取基于項目的教學模式進行“機械設計”教學實踐，可以極大地促進師資隊伍的建設。

2.4 考核體系和激勵機制的建立

項目考核是過程性考核加終結性考核，且以過程性考核為主導。另外，建立良好的激勵機制，結合學生參與項目要求，定期評比，選擇優秀作品進行展示，給予高分及精神激勵，形成競爭意識。學生在參與項目過程中，也鼓勵學生積極參與其他不同級別的機械設計大賽，并結合賽事最終結果給予獎勵，篩選出優秀者參加高級別賽事。

3 基于“項目教學法”的“機械設計”教學實踐

華南理工大學機械基礎教學團隊在2015年-2021年期間，對機械電子專業和機械制造及自動化專業的本科生進行了基于“項目教學法”的“機械設計”教學實踐活動，取得了良好的教學效果。這里以“FDM 3D打印示教機的設計及應用”進行典型案例分析?！癋DM 3D打印示教機的設計及應用”典型案例的具體教學實踐過程如下：

（1）學生大量查閱DM 3D打印機的國內外相關文獻，采用以學生自主學習為主的翻轉課堂教學模式講授“FDM 3D打印示教機的設計及應用”的拓展知識要點，具體地，將課前知識傳遞、課堂知識內化和課后知識鞏固與拓展三個環節貫穿于整個教學活動中，并積極發揮學生在學習過程中的主動性。

（2）學生結合軸、滾動軸承、鍵和齒輪等“機械設計”的傳統知識和“FDM 3D打印示教機的設計及應用”的拓展知識，采用Solidworks軟件進行FDM 3D打印示教機三維建模，該模型主要由機架1、噴頭擠出裝置2、同步輪3、同步帶4、送絲機構5、熱床6和滾珠絲桿裝置7組成，如圖1（a）所示。

（3）在三維建模的基礎上，組裝3D打印示教機實物，并依據項目要求通過小組自評、互評與討論，最終完成參與項目且在課堂上進行優秀成果展示，優秀作品實物如圖1（b）所示。

（4）選用自行設計和組裝的3D打印示教機，進行“機械設計”課程教學中四桿機構、凸輪機構、輪系、螺紋連接、軸系等典型教具三維建模和3D打印，其中3D打印差動輪系教具，如圖1（c）所示。

學生在參與該項目過程中，將所學知識轉為實踐應用，極大地培養學生探究問題能力，并滿足學生主動融入機械設計工程的需求，同時為學生完成其他機械專業課程設計和畢業設計打下了良好的基礎。

圖1 FDM 3D打印示教機的設計及應用

4 結語

將項目教學法引入“機械設計”教學實踐活動，教師能夠將課堂理論知識從專業的角度融入到典型項目，加強了學生的知識轉化能力，讓學生能夠達到以賽促學的效果，還在一定程度上培養學生的團隊合作意識，增強集體創造力?；凇绊椖拷虒W法”的“機械設計”教學改革是提高學生的學習熱情、推動專業的發展和提高人才培養質量的有效途徑。在“機械設計”教學實踐活動中需要進一步整合和優化典型實踐項目，以便更好地調動學生參與項目研究積極性，真正意義上實現“學以致用”。