滕佳華

關(guān)鍵詞：一流專業(yè);工業(yè)設(shè)計機械基礎(chǔ);教學(xué)模式改革;工作室制

2019 年教育部提出實施一流本科專業(yè)建設(shè)“雙萬計劃”，即于2019-2021 年建設(shè)10000 個左右國家級和10000 個左右省級一流本科專業(yè)點，以帶動全國高校所有專業(yè)提升水平，保障人才培養(yǎng)質(zhì)量。為了更好地推進一流專業(yè)建設(shè)，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，許多高校以此為契機，對專業(yè)核心課程進行教學(xué)改革與探索，力爭把每門課程建設(shè)成“金課”?！豆I(yè)設(shè)計機械基礎(chǔ)》是工業(yè)設(shè)計專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，對學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)有著至關(guān)重要的作用，因此對該課程的教學(xué)進行梳理與改革，可以為更快更好地實現(xiàn)一流本科專業(yè)的建設(shè)目標添磚加瓦。

1 一流本科專業(yè)建設(shè)背景分析

一流本科專業(yè)建設(shè)是國家全面振興本科教育、培養(yǎng)一流人才的重大戰(zhàn)略部署?！督逃筷P(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》中指出課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量，因此一流本科專業(yè)建設(shè)，必須由一流本科課程做支撐[2]。《工業(yè)設(shè)計機械基礎(chǔ)》作為藝術(shù)設(shè)計類基礎(chǔ)課程之一，率先依據(jù)課程特點和一流專業(yè)的建設(shè)目標，對課程進行改革創(chuàng)新，通過教學(xué)方法的改革“讓課程優(yōu)起來”、對教學(xué)實踐的合理設(shè)置“讓學(xué)生忙起來”、從而達到學(xué)生學(xué)習(xí)“效果實起來”的目的，為一流專業(yè)的建設(shè)打好基礎(chǔ)。

2《工業(yè)設(shè)計機械基礎(chǔ)》課程分析

2.1 課程主要內(nèi)容

工業(yè)設(shè)計專業(yè)的培養(yǎng)目標是產(chǎn)品設(shè)計師，因此需要掌握一定寬度的力學(xué)和機械知識，但不可能也沒必要達到機械專業(yè)的深度[1]，因此課程的內(nèi)容具有“適專業(yè)，寬而淺”的特點。課程包括了工程力學(xué)和機械基礎(chǔ)兩大部分的內(nèi)容，其中工程力學(xué)包含了理論力學(xué)中的靜力學(xué)和材料力學(xué)中的強度分析和計算，而機械基礎(chǔ)主要講解了機械零件基礎(chǔ)、常用的四桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)及齒輪傳動等內(nèi)容，如圖1 所示。

2.2 課程教學(xué)目標

工業(yè)設(shè)計是一種創(chuàng)造性的活動，強調(diào)的是藝術(shù)與技術(shù)的結(jié)合，而工業(yè)設(shè)計機械基礎(chǔ)作為工業(yè)設(shè)計專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，解決的是產(chǎn)品設(shè)計中的部分技術(shù)問題，其教學(xué)目的是使學(xué)生了解產(chǎn)品的形態(tài)美與工程力學(xué)間的關(guān)系、理解產(chǎn)品的穩(wěn)定性、安全性的設(shè)計依據(jù)，對常用機械傳動裝置的工作特點、適用范圍有全面的把握，從而對產(chǎn)品設(shè)計中的力學(xué)、結(jié)構(gòu)等問題能夠科學(xué)分析并合理解決。

2.3 課程學(xué)習(xí)現(xiàn)狀與問題

由于該課程內(nèi)容多而雜，既包含了靜力學(xué)和材料力學(xué)中的強度分析，也需要對機械基礎(chǔ)的相關(guān)內(nèi)容進行學(xué)習(xí)，因此該課程具有理論性、抽象性、實踐性和應(yīng)用性極強的特點。由于在課程的學(xué)習(xí)中，需要掌握的理論知識較多、概念、公式較為難理解，知識點相對比較抽象，力學(xué)部分內(nèi)容邏輯性強，因此相對其他專業(yè)課程來說，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在以下問題：（1） 對基礎(chǔ)理論理解不透徹，設(shè)計實踐應(yīng)用能力不強，如圖 2 所示為學(xué)生設(shè)計的燈具，其在設(shè)計及模型制作過程中沒有考慮燈具形態(tài)與重心的關(guān)系，燈具底座欠缺加重塊，從而導(dǎo)致燈具無法站立 ;（2） 目前的授課模式主要是以教師在臺上講授、學(xué)生在臺下聽為主，再配合相應(yīng)的課后習(xí)題熟悉相關(guān)的理論知識。該授課模式使學(xué)生學(xué)起來感覺比較枯燥，學(xué)習(xí)主動性不強，課后主動投入學(xué)習(xí)時間不足，也不能較好地將所學(xué)理論知識運用到產(chǎn)品設(shè)計中，部分理科基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生容易產(chǎn)生厭學(xué)的情緒 ;（3） 閉卷考試方式無法對學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力進行有效考核。

3 教學(xué)方法改革

基于一流本科專業(yè)的建設(shè)目標、工業(yè)設(shè)計專業(yè)及課程教學(xué)特點和需求及存在的問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法出發(fā)，以“學(xué)”

為中心推進傳統(tǒng)教學(xué)范式的變革，以更好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及主觀能動性，提升學(xué)生循序漸進地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，增強學(xué)生設(shè)計實踐及創(chuàng)新能力。

3.1 全面夯實學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識的掌握能力

由于該課程尤其是工程力學(xué)部分的內(nèi)容具有理論性、抽象性、邏輯性強的特點，如果沒有全面及時地理解掌握基本概念、公理、受力圖的繪制等基礎(chǔ)知識與基本技能，平面力系的平衡問題以及不同變形的強度分析就無從入手，并且隨著內(nèi)容的深入，學(xué)生也會因為越來越聽不懂而出現(xiàn)神游及厭學(xué)的情緒。因此“夯實基礎(chǔ)”是指在課程教學(xué)內(nèi)容的安排上，通過各種手段對學(xué)生的基本理論和基礎(chǔ)知識進行著重培養(yǎng)，為學(xué)生的設(shè)計應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)的提高打下牢固的基礎(chǔ)。

首先，授課時結(jié)合典型產(chǎn)品案例分析的方式對基本概念、基本公理進行深入淺出地講解，如鉸鏈約束的約束反力特征是很多學(xué)生陌生且不易理解的，教師可通過實際產(chǎn)品演示鉸鏈的結(jié)構(gòu)和所能提供的約束反力的特征。再如以磚夾為例，如圖 3 所示，提醒學(xué)生磚夾有幾個研究對象可選？每個研究對象的約束數(shù)量及相應(yīng)的約束類型是什么？尺寸的設(shè)計依據(jù)是什么？從而讓學(xué)生真正明白應(yīng)該如何確定研究對象并正確畫出受力圖。課堂上通過產(chǎn)品案例演示及分析的方式，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題、目標加強對基礎(chǔ)知識的領(lǐng)悟，讓其體會到深刻理解、活學(xué)活用基礎(chǔ)知識的重要性并能知悉解題背后的意義和增強學(xué)習(xí)的成就感 ;其次，課后布置相應(yīng)的典型習(xí)題和選擇相應(yīng)的產(chǎn)品案例，以有效加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的熟練程度。實踐表明，以動畫或產(chǎn)品案例分析的方式進行基本知識的講解及課后習(xí)題練習(xí)的方式對學(xué)生夯實理論基礎(chǔ)和基本技能具有明顯的效果。

3.2 廣泛開展相關(guān)知識點的實踐教學(xué)創(chuàng)新活動

工業(yè)設(shè)計的核心是創(chuàng)新，而以該課程為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新往往是功能創(chuàng)新的關(guān)鍵。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，透徹理解基礎(chǔ)理論知識，增強學(xué)生應(yīng)用工程力學(xué)和機械基礎(chǔ)的知識點合理解決產(chǎn)品設(shè)計中的技術(shù)問題的能力，任課教師廣泛開展了實踐教學(xué)創(chuàng)新活動。例如在講解梁的抗彎強度時，教授完彎曲變形的受力特點、彎曲內(nèi)力的計算、彎矩圖的繪制等理論知識之后，結(jié)合任務(wù)式、討論式的教學(xué)方法，鼓勵學(xué)生主動查閱橋梁和力學(xué)的相關(guān)知識，讓學(xué)生以小組團隊的方式完成限定材料和規(guī)格的紙橋設(shè)計制作，并測試紙橋的承重能力，找出橋的危險位置，并依據(jù)所學(xué)的彎矩圖的知識進行驗證，使學(xué)生感受到“學(xué)有所成”。再如在學(xué)習(xí)機械設(shè)計部分，講解平面機構(gòu)的相關(guān)理論知識時，以兒童玩具（如圖 4 所示）為例，給學(xué)生演示轉(zhuǎn)動副、移動副、機構(gòu)運動簡圖的繪制、自由度的計算等，并讓學(xué)生自選一種常用機構(gòu)在設(shè)施或玩具產(chǎn)品中進行設(shè)計應(yīng)用，使學(xué)生感受到“學(xué)有所用”。在不同章節(jié)與內(nèi)容的學(xué)習(xí)中，合理開展實踐教學(xué)活動，不僅引起了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力，加深了學(xué)生對理論知識的掌握，而且提高了學(xué)生分析問題、解決問題、理論聯(lián)系實際的能力。

3.3 積極推進現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合

信息科技革命給世界帶來了翻天覆地的變化，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、知識數(shù)字化技術(shù)和移動通訊技術(shù)的發(fā)展，給教育領(lǐng)域帶來了前所未有的機遇和挑戰(zhàn) [3]。推進信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，已成為當(dāng)前教學(xué)發(fā)展與改革的重要使命 [4]。“深度融合”是指將信息技術(shù)與課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)有機結(jié)合起來 [3]，實現(xiàn)教師教學(xué)方式、教學(xué)組織形式、學(xué)生學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)時間與空間等多方面的變革，使以教師為中心的教學(xué)模式變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的教學(xué)范式。首先，在課堂教學(xué)中，充分利用多媒體教學(xué)手段，以圖片展示、動畫演示、視頻播放等方式降低學(xué)生對抽象內(nèi)容的了解與學(xué)習(xí)，比如將鉸鏈四桿機構(gòu)在自動開關(guān)門、雨刮器、兒童搖搖車等產(chǎn)品中的應(yīng)用制作成動畫，能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及加深對四桿機構(gòu)運動規(guī)律的理解。其次，在課前及課后，通過設(shè)置問題、布置任務(wù)等方式，引導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)信息、網(wǎng)絡(luò)課堂如微課、慕課等教學(xué)資源查閱相關(guān)資料進行自主學(xué)習(xí)與思考 ;任課教師通過社交軟件隨時進行答疑，并在課堂中創(chuàng)造條件讓學(xué)生進行講解、討論。充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)在課程教學(xué)中的運用，有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性和學(xué)習(xí)效果。

3.4 充分完善“過程性”課程考核評價機制

課程教學(xué)評價的要素是學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，而工程力學(xué)及機械設(shè)計課程的傳統(tǒng)教學(xué)評價最終以選擇題、填空題及計算題組成的試卷形式測試學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握程度。這種單一的模式考核，僅能評價學(xué)生對課程基礎(chǔ)知識的理解和掌握程度[5]，無法衡量學(xué)生的創(chuàng)新力、綜合實踐能力的學(xué)習(xí)效果?；诖?，課程推進實施了能引導(dǎo)學(xué)生將理論與實踐相融合的“N+1”考核方案?！癗”代表的是N 次過程性考核，主要以能考核出學(xué)生創(chuàng)新和綜合解決問題能力的設(shè)計應(yīng)用為主，如可將紙橋的設(shè)計制作作為一次過程考核，在這個考核過程中可考查出學(xué)生能否通過合理的設(shè)計橋面的截面形狀、支座位置及形態(tài)等要素以提高橋的承重力?！癗”可設(shè)置為3 次或4 次，以能考核出學(xué)生對靜力學(xué)、材料力學(xué)、常用機構(gòu)、機械傳動等相關(guān)知識點的運用為主的設(shè)計實踐。“1”代表的是期末考試，以試卷的形式考核學(xué)生對理論知識的掌握程度?！癗”和1 各占總評成績的50%?！癗+1”考核方案的實施，既能有效評價學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的理解和掌握程度，又能綜合衡量學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的設(shè)計實踐能力及創(chuàng)新能力。

4 教學(xué)模式的重構(gòu)

為契合一流專業(yè)的建設(shè)目標，努力將《工業(yè)設(shè)計機械基礎(chǔ)》課程打造成“兩性一度”（即高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度）的金課標準，課題組成員將上述的教學(xué)改革對策以“工作室制”的形式對課程教學(xué)模式進行重構(gòu)。該模式主要基于OBE（ Outcome-BasedEducation）理念進行課程教學(xué)的邏輯展開，在教學(xué)過程之中引入學(xué)生小組研討教學(xué)、課堂翻轉(zhuǎn)教學(xué)、項目任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)等方式，將瑣碎、枯燥的理論化課程內(nèi)容轉(zhuǎn)化至項目化理論教學(xué)與設(shè)計實踐的有機融合，以培養(yǎng)擁有創(chuàng)新設(shè)計思維和實踐設(shè)計能力、能夠基于具體需求而綜合解決各類相關(guān)問題的優(yōu)秀設(shè)計人才[6]。

4.1 創(chuàng)建以教學(xué)為主導(dǎo)的工作室

以教學(xué)為主的工作室，就是以工作室為依托，把與教學(xué)相結(jié)合的實際或虛擬課題項目引入工作室，學(xué)生在設(shè)計實踐中，潛移默化地吸收領(lǐng)悟課堂上無法傳授給學(xué)生的隱形知識和老師積累多年的專業(yè)經(jīng)驗[7]。工作室是融理論學(xué)習(xí)和實踐探索為一體的教學(xué)基地，因此工作室的導(dǎo)師不僅需要深厚的理論知識，同時應(yīng)具備較強的實踐能力。為此，教學(xué)組成員深入設(shè)計企業(yè)進行了為期一年的學(xué)習(xí)鍛煉，參與負責(zé)了數(shù)個實際項目的完成并與企業(yè)簽訂橫向課題;同時聘請了不同企業(yè)專家或優(yōu)秀結(jié)構(gòu)設(shè)計人員成為工作室的兼職導(dǎo)師，參與人才培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱的制定、項目式教學(xué)內(nèi)容的商定等教學(xué)工作，并定期到工作室為同學(xué)們分享最新前沿資訊及優(yōu)秀設(shè)計案例。在專兼結(jié)合的師資隊伍引領(lǐng)下，學(xué)生在以工作室為主要教學(xué)基地的學(xué)習(xí)中，不僅打下了較為扎實的理論基礎(chǔ)，同時設(shè)計應(yīng)用能力也有了較好的提升。

4.2 引入基于自主學(xué)習(xí)的探究式研究項目

吳巖司長指出金課是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維能力，要有一定的難度，讓學(xué)生跳一跳才能夠得著，學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果應(yīng)具有探究性和個性化。由于該課程授課對象為大二上學(xué)期的學(xué)生，對于剛剛接觸工程技術(shù)方面的專業(yè)課程、還未接觸過設(shè)計實踐的他們來說，直接讓他們參與實際項目的研究是困難重重的。為此教師可基于課程內(nèi)容、知識特點并結(jié)合自己的科研項目，遵循由易及難的過程進行研究項目的設(shè)計。在每一章內(nèi)容學(xué)習(xí)完之后，教師可給學(xué)生布置相關(guān)知識點的研究項目;課程后期，再給學(xué)生安排企業(yè)的實際項目。在項目完成過程中，學(xué)生自行組成學(xué)習(xí)研究小組，通過查找相關(guān)資料，同學(xué)間的相互討論以及向老師請教等方式，進行自主學(xué)習(xí)及設(shè)計實踐，以培養(yǎng)學(xué)生靈活運用課本知識解決問題及進行設(shè)計創(chuàng)新的能力。通過引領(lǐng)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)完成探究性設(shè)計項目，很好地激起了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，學(xué)生的設(shè)計作品具有探究性和個性化的特點。

4.3 建立高融合的實踐教學(xué)平臺

OBE 是基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的一種教育理念，其教育目標是使學(xué)生在完成案例研究、項目設(shè)計等教育實踐后取得的最終學(xué)習(xí)成果[8]。在課程教學(xué)中，鼓勵學(xué)生到相關(guān)企業(yè)參觀實習(xí)并積極參加企業(yè)舉辦的設(shè)計大賽、參與教師與企業(yè)簽訂的橫向技術(shù)開發(fā)項目等設(shè)計實踐，以校企合作方式建立高融合的實踐教學(xué)平臺。同時將校企合作成果有效融入課堂，促進教學(xué)內(nèi)容的改革和學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)?；贠BE 理念的工作室制的教學(xué)模式，依托企業(yè)真實項目的實踐，在融入理論知識教學(xué)的過程中同時注重了學(xué)生設(shè)計實踐和解決問題能力的培養(yǎng)，為學(xué)生搭建了理論和實踐高融合的教學(xué)平臺。實踐證明，以“工作室制”引領(lǐng)的課程教學(xué)模式，為學(xué)生的學(xué)習(xí)增加了一定的難度，有效提升了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的動力;提高了學(xué)生理論知識的實踐應(yīng)用能力，培養(yǎng)了學(xué)生探究性學(xué)習(xí)和解決復(fù)雜問題的綜合能力和創(chuàng)新思維能力。

5 結(jié)語

工業(yè)設(shè)計機械基礎(chǔ)作為工業(yè)設(shè)計專業(yè)不可或缺的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對學(xué)生的邏輯思維能力、應(yīng)用實踐能力、產(chǎn)品創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有著重要作用。在一流專業(yè)建設(shè)背景下，須結(jié)合金課“兩性一度”的高要求以及課程理論性強、實踐性亦強的高難度特點，通過教學(xué)方法的改革，全面扎實提升學(xué)生對理論知識的掌握程度及設(shè)計實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生主動性學(xué)習(xí)及綜合解決問題的能力，從而實現(xiàn)課程教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)效能的提升。這些在課程考核成績、畢業(yè)設(shè)計作品完成度、校企合作等方面均能顯示出課程教學(xué)預(yù)期目標的達成度。