龐 茂,吳瑞明,李西秦

(浙江科技學(xué)院 機械與汽車工程學(xué)院,杭州 310023)

項目教學(xué)法在跨學(xué)科課程教學(xué)中的應(yīng)用

龐 茂,吳瑞明,李西秦

(浙江科技學(xué)院 機械與汽車工程學(xué)院,杭州 310023)

在培養(yǎng)應(yīng)用型人才的跨學(xué)科綜合應(yīng)用課程的教學(xué)中,針對學(xué)生跨學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)知識較薄弱,理解掌握該類課程知識較困難的問題,引入項目教學(xué)作為該類課程教學(xué)的重要輔助手段。通過專門設(shè)計的教學(xué)項目,讓學(xué)生有針對性地補充相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)理論,將課堂教學(xué)、項目教學(xué)和實驗教學(xué)緊密結(jié)合,并貫穿課程整個教學(xué)過程。該方法在實際教學(xué)中取得了較好的效果,對同類課程的教學(xué)具有一定的參考價值。

項目教學(xué);跨學(xué)科;應(yīng)用型課程

應(yīng)用型人才指熟練掌握社會生產(chǎn)或社會活動一線的基礎(chǔ)知識和基本技能,主要從事一線生產(chǎn)的技術(shù)或?qū)I(yè)人才。應(yīng)用型人才培養(yǎng)除要求有針對性地加強學(xué)生基礎(chǔ)理論課與專業(yè)理論課的教學(xué)外,更強調(diào)學(xué)生對基礎(chǔ)知識的熟練掌握和靈活應(yīng)用,而對于學(xué)科體系和前沿性的未知領(lǐng)域的關(guān)注相對較少[1-4]。在該類專業(yè)的培養(yǎng)計劃中,涉及跨學(xué)科的綜合應(yīng)用型課程很多,但與之相關(guān)的跨學(xué)科的基礎(chǔ)理論課程則很少,更難以形成完整的多學(xué)科體系。因此,該類專業(yè)中涉及多個學(xué)科知識的綜合應(yīng)用型專業(yè)課程的教學(xué)開展相對較難。為此,筆者結(jié)合承擔(dān)的汽車測試技術(shù)課程探討運用項目教學(xué)法開展應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的跨學(xué)科專業(yè)課教學(xué)。

1 跨學(xué)科綜合應(yīng)用型課程教學(xué)特點

1.1 應(yīng)用型專業(yè)中跨學(xué)科課程的特點

跨學(xué)科課程也稱交叉學(xué)科課程,是由2門或2門以上有著內(nèi)在聯(lián)系的不同學(xué)科交叉融合而成的新課程。一方面,跨學(xué)科綜合應(yīng)用型課程是涉及多個學(xué)科知識的應(yīng)用型專業(yè)課程,是針對解決實際問題時需要統(tǒng)籌運用多個學(xué)科領(lǐng)域的知識而開設(shè)的課程。它在拓展學(xué)生知識面、培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力等方面都具有良好的效果,特別是在復(fù)合式應(yīng)用型人才培養(yǎng)中具有重要的作用和地位。而另一方面,應(yīng)用型人才培養(yǎng)計劃中對涉及其他學(xué)科的基礎(chǔ)理論教學(xué)強調(diào)不足,學(xué)生除本學(xué)科外的專業(yè)性知識體系不夠豐富和完善,甚至對其他學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課程幾乎沒有涉獵。因此也導(dǎo)致應(yīng)用類專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)跨學(xué)科專業(yè)課時理解困難,教師在講授該類課程時也較難把握尺度[5-8]。如汽車測試技術(shù)就屬于一門適用性強、涉及知識廣的跨學(xué)科綜合應(yīng)用課程。作為車輛工程專業(yè)的一門專業(yè)課,汽車測試技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容涵蓋信號分析處理、控制工程、材料工程、傳感器原理、計算機科學(xué)及軟件工程等多個學(xué)科的知識。特別涉及信號系統(tǒng)及控制理論的知識,由于車輛工程專業(yè)學(xué)生幾乎沒有先修復(fù)變函數(shù)、信號與系統(tǒng)及控制原理等課程,使得對課程中相關(guān)知識點的理解很困難[9]。

1.2 項目教學(xué)法的理論基礎(chǔ)及優(yōu)勢

項目教學(xué)法,是指將傳統(tǒng)學(xué)科體系中的知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化為若干個教學(xué)項目,圍繞著項目組織開展教學(xué),使學(xué)生直接參與項目全過程的一種教學(xué)方法。建構(gòu)主義理論是被大家廣泛接受的項目教學(xué)法的理論基礎(chǔ)[10]。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)是指學(xué)生在特定的情境下,利用一定的學(xué)習(xí)資源、教師指導(dǎo)及相互交流,通過意義建構(gòu)的方式獲取知識。建構(gòu)學(xué)習(xí)理論的四大要素包括“情境”“協(xié)作”“會話”和“意義建構(gòu)”。情境即提供給學(xué)習(xí)者的環(huán)境和內(nèi)容,是教學(xué)設(shè)計的重要環(huán)節(jié);協(xié)作是廣義的知識獲取方式,包括學(xué)習(xí)者與教師的協(xié)作、學(xué)習(xí)者相互之間的協(xié)作,甚至包括學(xué)習(xí)者自己對于知識反復(fù)的理解和消化吸收;會話是學(xué)習(xí)者之間的交流、討論和分享,是推進學(xué)習(xí)進程的重要手段;意義建構(gòu)則指使學(xué)習(xí)者通過自主學(xué)習(xí)來探索事物本質(zhì)及內(nèi)在聯(lián)系,從而對事物的性質(zhì)、規(guī)律及相互之間的聯(lián)系與區(qū)別有了比灌輸式教學(xué)更深刻的理解和認識[11-13]。

1.3 項目教學(xué)法在跨學(xué)科綜合應(yīng)用型課程教學(xué)中的優(yōu)勢

正是由于項目教學(xué)法這種基于建構(gòu)主義的自主型教學(xué)方式,以及應(yīng)用型人才的跨學(xué)科知識體系相對薄弱的情況,將項目教學(xué)法應(yīng)用于該類課程的教學(xué)中,能夠取得更好的教學(xué)效果。兩者的結(jié)合使該類課程教學(xué)淡化了跨學(xué)科的基礎(chǔ)理論,將復(fù)雜的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論教學(xué)和枯燥的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo),轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯俞槍嶋H應(yīng)用需求的知識獲取。學(xué)生能夠主動獲取相關(guān)的知識,而且可以著重學(xué)習(xí)要在項目中應(yīng)用的知識,滿足實際應(yīng)用需要即可,而不必花太多精力去學(xué)習(xí)抽象概念和深奧理論[14-15]。比如在汽車測試技術(shù)課程教學(xué)中有相當(dāng)?shù)钠v授測試系統(tǒng)的靜動態(tài)特性,學(xué)生理解較困難。但如果將其融合到項目教學(xué)中,從傳感器選型角度理解測試系統(tǒng)的靜動態(tài)特性,就會直觀、容易很多[12-15]。當(dāng)然在項目設(shè)計的時候要充分考慮這些知識點的典型性、實用性等因素。

2 項目教學(xué)設(shè)計及實施

作為課堂教學(xué)的重要組成部分,項目教學(xué)貫穿于課程教學(xué)的全過程,同時，項目教學(xué)的設(shè)計執(zhí)行需與課程進度相協(xié)調(diào),在不同的教學(xué)階段,發(fā)揮不同的功能。圖1為該種教學(xué)模式下的課程教學(xué)與項目教學(xué)的內(nèi)容和進度對比。項目教學(xué)的流程與課堂教學(xué)的各環(huán)節(jié)相互對應(yīng),相輔相成,是課堂教學(xué)的有益補充。

圖1 應(yīng)用型跨學(xué)科專業(yè)課程教學(xué)模式Fig.1 Teaching model of interdisciplinary and application-oriented courses

根據(jù)課程教學(xué)大綱要求,結(jié)合汽車零部件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及浙江科技學(xué)院現(xiàn)有的汽車技術(shù)省級實驗教學(xué)示范中心的實驗設(shè)備條件,本課題組設(shè)計了汽車ABS輪速傳感器性能實驗、汽車驅(qū)動橋性能實驗、汽車離合器性能實驗等多個可用于課程教學(xué)的項目,本研究以其中的汽車自動變速器性能實驗項目為例,闡述該項目教學(xué)的實施過程。

2.1 項目任務(wù)設(shè)計

項目任務(wù)對應(yīng)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)中的“情境”要素,是項目教學(xué)中最重要的一環(huán)。項目任務(wù)設(shè)計合適與否,直接關(guān)系項目教學(xué)的效果。對跨學(xué)科應(yīng)用型課程教學(xué)項目,在任務(wù)設(shè)計時應(yīng)考慮以下要求:一是項目應(yīng)結(jié)合課程教學(xué)任務(wù)和要求,并盡可能廣地覆蓋課程知識點;二是項目難易程度適當(dāng),并盡可能結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有教學(xué)設(shè)備條件,盡量保證學(xué)生的參與度,從而激發(fā)學(xué)生的興趣;三是針對涉及跨學(xué)科的知識內(nèi)容,通過在項目教學(xué)中設(shè)計專門的功能或技術(shù)要求,引導(dǎo)學(xué)生帶著項目中的實際問題,有針對性地去學(xué)習(xí)補充相關(guān)知識內(nèi)容,從而平衡學(xué)生跨學(xué)科知識不足與實際應(yīng)用需要之間的矛盾。

該項目任務(wù)中選擇的汽車變速器是汽車的重要部件之一,要求車輛工程專業(yè)學(xué)生對其結(jié)構(gòu)和性能非常熟悉,而變速器的性能實驗又涉及多個學(xué)科專業(yè)知識的應(yīng)用,因此,選擇汽車變速器實驗為教學(xué)項目具有較好的教學(xué)效果。項目具體任務(wù)要求如下:

1)設(shè)計自動變速器常規(guī)性能測試系統(tǒng);

2)要求測試系統(tǒng)能夠完成變速器機械傳動效率測試,變速器潤滑冷卻系統(tǒng)監(jiān)測,變速器振動性能測試等性能試驗;

3)要求對測試系統(tǒng)涉及的各類傳感器進行選型,包括量程、精度等的選擇依據(jù);

4)要求設(shè)計不同類型信號的調(diào)理采集系統(tǒng),包括采樣參數(shù)選定方法及后續(xù)濾波、分析處理的方法。

項目的設(shè)計任務(wù)包含了溫度、壓力、流量、速度和扭矩等物理量的測量,并涉及不同類型的信號調(diào)理和采集,數(shù)據(jù)的存儲和分析處理,幾乎涵蓋了課程全部知識點的應(yīng)用。

2.2 項目計劃制訂

教師設(shè)計的項目任務(wù)書下發(fā)后,要求各小組根據(jù)項目任務(wù)進行文獻查閱和知識準(zhǔn)備,并在分析、討論后制訂項目的進度計劃和執(zhí)行步驟,然后教師對各組提交的計劃書進行審閱,并結(jié)合課程進度安排,指導(dǎo)學(xué)生進行適當(dāng)調(diào)整。如在汽車自動變速器實驗項目教學(xué)中,下達任務(wù)書后要求學(xué)生進一步熟悉汽車變速器結(jié)構(gòu)和工作原理,查閱《汽車機械式變速器總成臺架試驗方法》《汽車液力變矩器臺架性能試驗方法》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),了解汽車變速器性能實驗的要求和方法,然后在此基礎(chǔ)上制訂項目執(zhí)行計劃。為確保項目執(zhí)行的可操作性,項目計劃制訂時要與教學(xué)日歷相協(xié)調(diào),同時,要求在計劃中要有階段性的總結(jié)和定期的討論、交流及匯報環(huán)節(jié)。

2.3 項目實施

項目實施的過程是學(xué)生知識建構(gòu)的過程,因此,要求學(xué)生在項目實施過程中不斷探索、交流和接受指導(dǎo),逐步解決項目中的問題,達到對知識的建構(gòu)。變速器性能實驗項目實施包括以下主要步驟。

2.3.1 項目整體方案設(shè)計

在前期知識準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上,學(xué)生對汽車變速器性能實驗所需的機械、電氣、軟件和液壓等系統(tǒng)進行方案設(shè)計。結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容,重點要求學(xué)生開展試驗機測試系統(tǒng)的設(shè)計。方案設(shè)計中應(yīng)明確完成各項性能實驗所需要測試的物理量及其采集記錄方式等。需要說明的是,方案設(shè)計僅是項目執(zhí)行的大致思路,該階段學(xué)生的方案不盡完善正確,甚至可以有一些錯誤,只要不是導(dǎo)致后續(xù)項目無法執(zhí)行的嚴重錯誤,教師可不予以糾正,等項目后續(xù)執(zhí)行中由學(xué)生自行發(fā)現(xiàn)并解決。

2.3.2 項目詳細設(shè)計

項目詳細設(shè)計主要是測試系統(tǒng)的設(shè)計,包括傳感器的選型、信號調(diào)理濾波及數(shù)據(jù)采集記錄系統(tǒng)設(shè)計等。傳感器選型是汽車測試技術(shù)的綜合應(yīng)用,也是項目執(zhí)行的主要內(nèi)容之一。要完成傳感器的選型,需掌握各類傳感器的原理、特性及應(yīng)用場合。選型包括傳感器的類型、量程、精度、響應(yīng)頻率、使用條件及價格等多個指標(biāo)的權(quán)衡。比如同樣測試長度的傳感器,有電阻式、電感式、電容式、磁電式和激光式等,但每種傳感器都有各自的特點和應(yīng)用場合,學(xué)生在學(xué)習(xí)了相關(guān)傳感器的原理結(jié)構(gòu)后,應(yīng)能根據(jù)項目的要求選擇合適的傳感器。數(shù)據(jù)調(diào)理、采集、存儲分析及實驗報告等環(huán)節(jié)都與此類似。

此外,在項目執(zhí)行中特別要求學(xué)生在進行傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選型過程中,應(yīng)考慮產(chǎn)品的價格、供貨周期和售后服務(wù)等實際因素。鼓勵學(xué)生與具體生產(chǎn)廠家技術(shù)人員進行交流咨詢,借助企業(yè)技術(shù)人員豐富的實際應(yīng)用經(jīng)驗為產(chǎn)品選型提供指導(dǎo)。同時,與企業(yè)技術(shù)支持人員的交流可以鞏固和提升對所學(xué)知識的理解,鍛煉學(xué)生的溝通交際能力。

2.3.3 實驗驗證

項目設(shè)計基本完成后,可安排學(xué)生在汽車技術(shù)實驗室的“汽車變速器性能實驗機”上進行相關(guān)實驗。首先讓學(xué)生將自己的設(shè)計結(jié)果與實物進行對比,找出自己設(shè)計存在的問題,之后在實驗機上進行功能實驗,采集和記錄數(shù)據(jù)用于后續(xù)的測試報告撰寫。實驗內(nèi)容不應(yīng)拘泥于傳統(tǒng)的實驗大綱內(nèi)容和步驟,可以讓學(xué)生根據(jù)自己在項目執(zhí)行過程中遇到的問題進行驗證性的測試。實驗驗證的環(huán)節(jié)讓學(xué)生的項目設(shè)計與實物進行直接對比,直觀顯露自己參與的項目教學(xué)存在的問題,能夠顯著提升項目教學(xué)的效果。圖2所示為用于該項目教學(xué)的汽車變速器性能實驗機及配套軟件界面。

圖2 汽車變速器性能試驗機及測試軟件界面Fig.2 Transmission performance test bed and interface of testing software

2.3.4 項目評估總結(jié)階段

項目評估總結(jié)是鞏固學(xué)生所學(xué)知識的有效手段,也是糾正學(xué)生在項目執(zhí)行過程中出現(xiàn)問題的最好時機。項目按計劃全部實施完成后,各小組對項目實施情況分別進行匯報,并對項目進行中的問題進行整理總結(jié)和反思,進一步鞏固課程知識。匯報內(nèi)容包括項目任務(wù)要求提交的設(shè)計報告及設(shè)計心得。匯報內(nèi)容和提交的設(shè)計報告等材料將作為學(xué)生課程成績的主要依據(jù)。特別需要強調(diào)的是,學(xué)生在項目進行中對遇到的問題、討論的內(nèi)容及采用的解決辦法等進行的記錄,也作為課程考核的重要內(nèi)容。

3 項目教學(xué)的效果評價與反思

該教學(xué)方法在學(xué)校車輛工程專業(yè)的汽車測試技術(shù)課程教學(xué)中進行了實踐,從課堂討論、期末考核和課程評價等環(huán)節(jié)來看,較傳統(tǒng)的課堂講授,學(xué)生的參與度、課堂活躍度及對課程難點知識的掌握情況等都有明顯的提高,取得了較好的教學(xué)效果。在項目實施中也有如下的總結(jié)和反思。

1)項目教學(xué)是正常課堂教學(xué)的有益補充。設(shè)計再好的教學(xué)項目也無法涵蓋課程教學(xué)大綱要求掌握的全部知識點,因此,一門課程不能全部采用項目教學(xué)的形式。將傳統(tǒng)講授和項目教學(xué)相結(jié)合,定期讓學(xué)生在課堂匯報項目的進展,討論項目進行中存在的問題,特別是以學(xué)生在項目執(zhí)行中遇到的問題為例展開教學(xué),可以取得更好的教學(xué)效果[16]。

2)課程實驗是項目教學(xué)的有力支撐。項目教學(xué)任務(wù)的設(shè)計應(yīng)盡量結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)有的教學(xué)設(shè)備和條件,使學(xué)生在完成項目設(shè)計后能夠在現(xiàn)有實驗設(shè)備上進行驗證。如在該項目中,學(xué)生在完成測試系統(tǒng)的設(shè)計后,即可在汽車變速器性能實驗臺上采集數(shù)據(jù),對自己設(shè)計的濾波器效果進行驗證,并對采集的數(shù)據(jù)進行后續(xù)的統(tǒng)計誤差分析,給出最終實驗結(jié)果,從而可以顯著加強學(xué)生的知識印象。

3)開放性實驗是項目教學(xué)的有效延續(xù)。在課程結(jié)束后并具備實驗條件的情況下,教師可進一步設(shè)計開放性實驗,允許學(xué)生進入實驗室進行后續(xù)的自主性探索實驗。比如筆者設(shè)計的汽車變速器換檔性能等開放性實驗,讓有興趣的學(xué)生可以進一步探索,在鞏固課程知識的同時,培養(yǎng)了基本科研能力。

4 結(jié) 語

針對應(yīng)用型人才培養(yǎng)中學(xué)生跨學(xué)科知識體系相對不足的問題,在多學(xué)科應(yīng)用型的專業(yè)課程教學(xué)中引入項目教學(xué),從而簡化對外學(xué)科的基礎(chǔ)理論知識的理解過程,訓(xùn)練了學(xué)生的知識應(yīng)用能力,使學(xué)生直觀感受到所學(xué)課程知識在行業(yè)中是怎樣得到實際應(yīng)用的,了解兩者之間的聯(lián)系和區(qū)別,并培養(yǎng)了學(xué)生的團隊合作和探索精神,由此取得了較好的教學(xué)效果。

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Application of the project-based teaching to the interdisciplinary courses

PANG Mao, WU Ruiming, LI Xiqin
(School of Mechanical and Automotive Engineering, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023, Zhejiang, China)

On account of lack of interdisciplinary fundamental knowledge, it is difficult for students to acquire knowledge of such curriculums in the teaching of integrated application courses devoted to cultivation of application-oriented talents. In response to this problem, the project-based teaching was introduced in the interdisciplinary teaching as an important supplementary means. Specially designed teaching projects facilitated students to supplement the fundamental theories in related disciplines, and to combine the explanations in class with the teaching projects and experiments throughout the whole teaching process. This approach has achieved impressive results in practical teaching, being of certain reference value to the teaching of similar engineering courses.

project-based teaching; interdisciplinary; application-oriented courses

10.3969/j.issn.1671-8798.2017.01.011

2017-01-05

國家自然科學(xué)基金項目(51205360)

龐 茂(1978— ),男,內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭人,副教授,博士,碩士生導(dǎo)師,主要從事車輛檢測、故障診斷方法研究。E-mail:palmy@zust.edu.cn。

G642.0;U467

A

1671-8798(2017)01-0069-05