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        產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程改革研究
        ——以安徽工程大學為例

        2022-11-23 18:58:49程華波劉明彬
        普洱學院學報 2022年2期
        關(guān)鍵詞:工科原理考核

        程華波,劉明彬

        安徽工程大學,安徽 蕪湖 241000

        一、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程開設(shè)現(xiàn)狀及意義

        (一)專業(yè)背景

        工業(yè)設(shè)計專業(yè)隸屬于工學機械類。全國開設(shè)工業(yè)設(shè)計專業(yè)的高校生源大都來源于理科生,因此,該專業(yè)學生的學科背景是理工類,具有良好的數(shù)理分析及計算能力、理性思維能力。國內(nèi)部分高校的工業(yè)設(shè)計專業(yè)設(shè)立在機械學院、建筑學院或者其他理工院系,少部分設(shè)立在藝術(shù)設(shè)計學院或信息傳播學院等文科院系。2018年教育部高等學校教學指導(dǎo)委員會編制的《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》(以下簡稱《國標》),《國標》中指出:工業(yè)設(shè)計專業(yè)適用機械類教學質(zhì)量國家標準,學科基礎(chǔ)知識應(yīng)該覆蓋以下知識領(lǐng)域核心內(nèi)容:工程圖學、力學、熱流體、電工電子學、材料科學基礎(chǔ)等,并要求數(shù)學和自然科學類課程至少占總學分15%??傮w上,機械類專業(yè)更加強調(diào)學生自然科學、工程科學以及機械學科及相關(guān)學科專業(yè)知識的融合,更加強調(diào)學生只適合能力的融合,更加強調(diào)學生設(shè)計、創(chuàng)新和工程技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)[1]。根據(jù)《國標》要求,高校工業(yè)設(shè)計專業(yè)開設(shè)的學科基礎(chǔ)必修課包括:機械制圖(或工程制圖)、機械基礎(chǔ)、大學物理、高等數(shù)學、電工學等理工課程。

        目前,工業(yè)設(shè)計專業(yè)設(shè)在理工院系,專業(yè)課出現(xiàn)“重理輕文”現(xiàn)象。例如開設(shè)機械設(shè)計基礎(chǔ)、材料學、先進制造工藝學、電子技術(shù)、信息處理技術(shù)等大量理工課程,而產(chǎn)品設(shè)計原理、產(chǎn)品設(shè)計程序、設(shè)計表現(xiàn)、電腦建模等設(shè)計學課程卻偏少。工業(yè)設(shè)計專業(yè)設(shè)立在藝術(shù)設(shè)計學院或其他文科院系的高校,專業(yè)課出現(xiàn)“重文輕理”現(xiàn)象,開設(shè)標志設(shè)計、設(shè)計思維、設(shè)計程序、家具設(shè)計、玩具設(shè)計、產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計、產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計等大量設(shè)計類課程,而機械制圖、電工學、力學等理工課程被削減,僅僅保留機械基礎(chǔ)、大學物理、高等數(shù)學等極少數(shù)理工課程,更有甚者,理工課程全部去掉。鑒于以上兩種極端現(xiàn)象,導(dǎo)致了工業(yè)設(shè)計專業(yè)理工課程和設(shè)計類課程不能協(xié)調(diào)平衡發(fā)展,并且長期處于割裂狀態(tài),少有將理工知識向設(shè)計知識過渡的課程。

        (二)課程背景及意義

        工業(yè)設(shè)計專業(yè)人才需要具備解決問題的實踐能力,理工科課程培養(yǎng)的理性思維需要向感性思維轉(zhuǎn)變,科學分析能力需要與實際問題相結(jié)合,否則就容易使得機械原理、材料學等理工知識出現(xiàn)“學而無用”的尷尬局面。目前一些工業(yè)設(shè)計專業(yè)開設(shè)較早的院校已經(jīng)意識到理工知識與設(shè)計知識相割裂、無銜接過渡的問題,專門開設(shè)了相關(guān)課程來緩解矛盾。不同于《機械基礎(chǔ)》《機械原理》課程,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程是作為工業(yè)設(shè)計專業(yè)學生《大學物理》《機械基礎(chǔ)》后續(xù)課程,旨在培養(yǎng)學生工科計算分析能力向設(shè)計思維、設(shè)計能力轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)學生將工程知識與設(shè)計能力融合的能力而開設(shè)的過渡性專業(yè)課,是工業(yè)設(shè)計專業(yè)必開設(shè)的專業(yè)課之一。

        二、安徽工程大學產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程介紹

        安徽工程大學工業(yè)設(shè)計專業(yè)2012年開設(shè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理,持續(xù)至今,課程根據(jù)培養(yǎng)方案共有2次修訂。2018年,根據(jù)《國標》及學校對工科實驗課時要求。課程從純理論課調(diào)整為理論與實驗相結(jié)合課程。32學時中理論課時為24學時,實驗學時為8學時。反向設(shè)計是從需求開始,由需求決定培養(yǎng)目標,再由培養(yǎng)目標決定畢業(yè)要求,再由畢業(yè)要求決定課程體系[2]。因此,根據(jù)人才培養(yǎng)方案,課程由理論講解為主,開始轉(zhuǎn)向?qū)嶒灪驮O(shè)計為主。

        產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程教學大綱從2012年制定以后,后面修訂2次。最近一次在2016年修訂,確定了課程目標為:1.樹立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工作原理的意識,糾正工業(yè)設(shè)計僅僅是做外觀造型設(shè)計的錯誤觀念,樹立正確的、系統(tǒng)的設(shè)計觀。2.掌握常見產(chǎn)品中的折疊構(gòu)造、契合構(gòu)造、連接構(gòu)造、力學構(gòu)造、連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征及應(yīng)用方法。具備繪制運動簡圖能力和原理表述能力。3.具備根據(jù)產(chǎn)品的運作方式構(gòu)想內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的能力,能綜合運用所學的工學知識對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和工作原理進行創(chuàng)新設(shè)計。2018年修改教學大綱,增加認知實踐內(nèi)容。

        開課之初,由于參考經(jīng)驗較少,所以授課內(nèi)容仍以《機械原理》相關(guān)內(nèi)容考核基本知識點為主,以產(chǎn)品常用構(gòu)造應(yīng)用講解為輔,課程的考核方式為閉卷考試。2016年,課程內(nèi)容及授課方式進行了調(diào)整,從單純理論講解到實踐應(yīng)用舉例與分析講解,考核方式從閉卷考試到課題設(shè)計。經(jīng)過調(diào)整后,課程效果比較好,一直沿用至今。

        三、課程所遇到的問題及思考

        2012年,開設(shè)該課程的目的是解決工科知識和設(shè)計學實踐相脫離的問題,“在新工科建設(shè)中,工科優(yōu)勢高校要立足產(chǎn)業(yè)、立足工科,主動出擊,積極吸收最新科技成果,同時消除傳統(tǒng)工科間的隔閡,展自身學科所長,加速工科間的交叉融合,拓展工科專業(yè)的內(nèi)涵和建設(shè)重點,打造工程學科專業(yè)的升級版”[3]。安徽工程大學是一所以工科為主的高校,工業(yè)設(shè)計專業(yè)設(shè)立在藝術(shù)學院,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理在授課過程遇到了不少問題。

        1.注重理論講授,關(guān)注對“物”及其原理的講解,缺少設(shè)計思維及發(fā)現(xiàn)問題能力的培養(yǎng)。國內(nèi)相關(guān)課程不多,體系不完善,教材較少,因此缺乏好的經(jīng)驗。安徽工程大學產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程最早征訂的教材是2011年由葉丹、孔敏編著的《產(chǎn)品構(gòu)造原理》,該教材是藝術(shù)設(shè)計類專業(yè)指導(dǎo)叢書,主要對產(chǎn)品的普通構(gòu)造進行了普及講解,比較適合產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)學生使用;2014年,課程教材采用的是劉寶順編著、中國建筑工業(yè)出版社的《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計》。該教材是將材料加工工藝與機械原理相關(guān)內(nèi)容進行整理,注重產(chǎn)品工作原理講解,比較適合機械類專業(yè)學生;2016年,課程改用葉丹、董潔晶編著的《構(gòu)造原理——產(chǎn)品構(gòu)造設(shè)計基礎(chǔ)》。該教材與《產(chǎn)品構(gòu)造原理》內(nèi)容基本相同,比較適合沒有工科背景的學生使用。2018年,教材改用中國輕工業(yè)出版社繆元吉、張子然編著的《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計——結(jié)構(gòu)活動型產(chǎn)品》,該教材對鉸鏈機構(gòu)演變及應(yīng)用進行了詳細講解,并對案例進行了詳細分析,注重設(shè)計實驗。每本教材偏重都不一樣,印證了將工程知識與設(shè)計相融合的難度和各院校的特色。

        2.內(nèi)容重復(fù),學生學習積極性不高。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程中涉及到學生原修課程《機械基礎(chǔ)》相關(guān)內(nèi)容,例如運動副、自由度、平面連桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)等,部分內(nèi)容重復(fù),學生學習興趣不高。

        3.考核方式單一,不能真正考核學生的綜合能力。在2016年以前,課程一直以閉卷考試方式考核學生的計算分析能力,雖然內(nèi)容更加貼近設(shè)計實際應(yīng)用,但并不能考核學生工程知識與設(shè)計實踐相結(jié)合的能力,學生的思維方法與其他工程類課程相同,無法向設(shè)計思維與方法進行轉(zhuǎn)變。

        4.課程結(jié)束后,學生缺乏獲得感。由于課程的授課方式、授課內(nèi)容、考核評分方式都與其他工科課程極相似,并且課程部分內(nèi)容與先修課程重合,導(dǎo)致學生學習積極性下降,除了考試高分的滿足感外,并沒有其他獲得感,與“新工科”教育理念相悖。

        四、課程改革探索

        在2016年,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程教學大綱已經(jīng)定型,目標是培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題并能將工程原理知識與設(shè)計需求相結(jié)合的能力。這需要分別從課程內(nèi)容、授課方式、考核方式等方面進行改革實踐。

        1.在課程內(nèi)容上,除了對《機械原理》相關(guān)內(nèi)容進行復(fù)習性講解外,加大了對產(chǎn)品的普通構(gòu)造、力學構(gòu)造、加工構(gòu)造等內(nèi)容的講解,弱化計算分析和方法內(nèi)容,強化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析認識方法、普通構(gòu)造的功能、原理分析及應(yīng)用的講解。例如在講解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成內(nèi)容部分,采用圖解及舉實例方式講解認識分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的方法。圍繞“結(jié)構(gòu)”,采取“含義”——“案例”——“簡圖”的方式,從字面意義的理性到實物產(chǎn)品的感性再回到知識理性的過程,避免單一字面意義的死記硬背,將理解轉(zhuǎn)變成知識。具體操作方法是:第一步,介紹《現(xiàn)代漢語詞典中》中“結(jié)構(gòu)”的概念;第二步,進行產(chǎn)品實例解剖講解;第三步,歸納出幫助學生理解“結(jié)構(gòu)”的圖示。

        2.在授課方式上,注重教學內(nèi)容對應(yīng)的教具運用,輕理論講解,加大設(shè)計思維實踐的力度。在課下,注重教學內(nèi)容對應(yīng)的教具的研究,搜集或者自行研發(fā)各種教具,在課堂上運用教具,對提高學生學習興趣,提升教學質(zhì)量具有很大幫助。例如,根據(jù)九龍公道杯原理,用3D打印技術(shù)制作了一個塑料飲水杯,在課堂上進行原理的講解,既具有現(xiàn)代制造技術(shù)的介紹,也有傳統(tǒng)設(shè)計智慧的展示,增強學生的知識點理解。在課后,布置相應(yīng)的作業(yè),讓學生根據(jù)公道杯的原理,用礦泉水瓶和牛奶吸管,制作原理模型,學生的學習積極性非常高,學習效果非常好?!笆┙讨?貴在引路,妙在開竅”,“教得怎么樣”最終要由“學得怎么樣”來評價。這種方式教學,更接近“新工科”倡導(dǎo)的OBE理念。

        3.在考核方式上,拋棄了理論考試方式,用課題設(shè)計作為課程考核主要方式,效果明顯。工業(yè)設(shè)計專業(yè)學生在大一、大二所上的《大學物理》《機械原理》等課程都是采用的理論考試方式,考核學生對于相關(guān)概念的理解和計算能力,而本課程的目標是將工科知識向設(shè)計運用的轉(zhuǎn)變。在2012年至2015年,課程的考核方式還是與其他工科課程一樣,采用閉卷理論考試的方式,但結(jié)課后學生普遍認為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理是《機械原理》相同性質(zhì)的課程,課程目標并沒有達到。

        五、課程改革的效果

        (一)課程改革效果

        課程自2012年開設(shè)以來,從課時、內(nèi)容、授課方式、考核方式等方面進行改革,取得了一些成效,具體表現(xiàn)在:

        1.學生的學習積極性有了極大提升。在課堂上,面對有趣的內(nèi)容和教具,沒有了一言堂的理論知識的灌輸,學生上課的出勤率和課堂反應(yīng)都有了很好的提升,經(jīng)過課后調(diào)查統(tǒng)計,學生對課程的滿意度提升了很多。2020年5月,就本課程進行了線上調(diào)查問卷,學生非常滿意比例高達52.63%,感覺滿意的比例高達43.42%,合計96.05%,比課程改革前的滿意度75%有了很大提升。

        2.學生的專業(yè)素養(yǎng)有了提升。本課程是連接大二工科課程和大三專業(yè)課過渡的橋梁,從對學生后續(xù)專業(yè)課的設(shè)計創(chuàng)意能力對比就可以發(fā)現(xiàn),學生的專業(yè)素養(yǎng)有明顯不同。在進行課程改革之前,由于受到課程《產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計基礎(chǔ)》影響,工業(yè)設(shè)計學生在進行后續(xù)專業(yè)課時,思維始終停留在造型上,大部分時間都在考慮“如何做一個好看的產(chǎn)品”,而不是“如何做一個好用的產(chǎn)品”。這與設(shè)計的本質(zhì)是相悖的,古語云“玉卮無當,不如瓦器”。課程改革后,學生養(yǎng)成了專業(yè)習慣,即先確定功能結(jié)構(gòu),后做造型,這才是正確的專業(yè)過程。

        3.學生的獲得感增強。由于課程作業(yè)比較完整,學生直接就可以將課程考核作品提交相應(yīng)的專業(yè)賽事,一些學生因此獲得省級以上專業(yè)賽事獎勵;沒有獲獎的學生也經(jīng)過參加賽事,積累了一些經(jīng)驗,為后面參加專業(yè)賽事打下良好的基礎(chǔ),也積累了大四作品集的素材,所有學生都得到分數(shù)之外的“實惠”。

        六、結(jié)語

        產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及原理課程是工業(yè)設(shè)計專業(yè)一門學科基礎(chǔ)課,是連接工科知識和設(shè)計實踐的橋梁課程,類似的課程還有《人機工程學》。通過對課程的內(nèi)容、授課方式、考核方式等改革,可以實現(xiàn)學生的知識向?qū)嵺`能力的轉(zhuǎn)化,真正實現(xiàn)“學以致用”,使得人才培養(yǎng)更符合“新工科”成果導(dǎo)向理念,為培養(yǎng)創(chuàng)新型工業(yè)設(shè)計人才打下堅實基礎(chǔ)。

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