魏玉蘭,李 兵,王培良,王榮德,張清珠

(湖州師范學院 工學院，浙江 湖州 313000)

一、簡介與問題分析

隨著經濟技術的高速發(fā)展，中國正在從一個制造業(yè)大國轉變?yōu)橐粋€制造業(yè)強國，為了適應國家的高速發(fā)展，高校培養(yǎng)出的工程技術人才必須滿足社會需求。然而中國傳統(tǒng)的工程教育方法與社會脫節(jié)嚴重，高校與企業(yè)之間的合作不夠密切，企業(yè)用工缺，學生就業(yè)難的現象越來越嚴重[1]。高校“協(xié)同創(chuàng)新中心”建設是解決此問題的有效途徑之一[2]。高?！皡f(xié)同創(chuàng)新中心”通過與地方企業(yè)緊密合作，開展校企協(xié)同創(chuàng)新，結合學校與地方的優(yōu)勢資源，以“服務地方經濟，向社會輸入合格的應用性人才”為目標。而專業(yè)課程的建設與改革是應用型人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，依托校級協(xié)同創(chuàng)新中心已展開了一系列的人才培養(yǎng)模式和課堂教學改革研究工作。

在“協(xié)同創(chuàng)新中心”建設過程中，為了提高機械專業(yè)人才培養(yǎng)質量，必須重視專業(yè)課程的建設與改革?！稒C械設計》是機械專業(yè)課程群的核心課程，無論是在校內還是校外對學生的影響尤其重大[3]。在校期間的各類學生科研項目、競賽都離不開機械設計；畢業(yè)后，機械設計更是成為了一個合格的工程技術人員必不可缺的基本技能。為了培養(yǎng)出令企業(yè)滿意的優(yōu)秀畢業(yè)生，必須對課程的教學內容進行調整，對教學方法進行改革。教學內容需與地方產業(yè)特色緊密結合，教學方法應有助于全面培養(yǎng)學生的設計、項目管理、團隊合作、交流、承壓等工程設計人員應該具備的基本能力。為了達成此教學目標，在教學研究與改革過程中，逐漸形成了以項目為導向，以產品設計流程為主線的項目導向設計教學法(Project based design learning PDL)。下文將著重介紹該教學法的特點及其在《機械設計》課程中的實施，除此之外還會詳細介紹考核方法及教學評價與調查問卷結果。

二、PDL教學法

工程實踐的核心就是設計，在學習《機械設計》課程的過程中，讓學生接觸生產實際中的項目，真正參與到產品的設計過程中是非常必要的?！皡f(xié)同創(chuàng)新中心”的建設使之成為現實，學校與企業(yè)之間的緊密合作為《機械設計》課程提供了新的素材，為學生參與到企業(yè)的產品設計過程中提供了機會。強調實踐的項目式教學法(Project based learning PBL)可以培養(yǎng)學生實際生產條件下有效設計的能力[4]，可以培養(yǎng)學生的自主學習能力，提高學生的溝通能力和批判性思維能力。在PBL教學法中教師與學生之間的溝通與交流更加的頻繁，因此學生的學習積極性有所提高[5-7]。然而，由于PBL教學法以完成項目為目標，不同的項目所需要的知識要點不同，為了完成項目學生往往需要什么學什么，造成知識體系雜亂無章，學習內容片面，理論深度堪憂，大大降低了PBL教學法在理論教學中的應用效果。

基于課程內容的LBL教學法(lecture based learning)[8]，以教材為中心，以教師為主導，通過講授向學生傳授知識與技能。LBL教學法聚集于向學生傳授理論知識，幫助學生掌握知識的細節(jié)和要點，它的最大優(yōu)勢是可以為學生建立系統(tǒng)而全面的知識理論架構[9]。然而，由于教授式教學法關注教學內容而忽略了學生的感受，使學生感到枯燥無味。除此之外，由于理論教學與實踐教學沒有有機結合而無法激發(fā)學生的學習主動性和積極性。

鑒于PBL教學與LBL教學法各自的優(yōu)缺點，文中提出一種新的以項目為導向，以設計流程為主線，LBL和PBL相結合的PDL教學方法。PDL按照產品設計流程展開教學，學生根據設計需要提出理論知識儲備需求，再由教師進行理論知識傳授，因此培養(yǎng)了學生對專業(yè)的興趣和好奇心，增加了學生的學習成就感和滿足感。進行PDL教學法的主要目標是：通過教師講授和學生自學建立系統(tǒng)而全面的知識體系，實現深入學習；通過項目實施培養(yǎng)團隊合作能力、項目管理能力、培養(yǎng)學生發(fā)現問題、解決問題的能力；通過品設計的推進培養(yǎng)學生自我激勵、獨立思考的能力；最為主要的是使學習目標更加明確，學習過程更加愉悅，學習結果更加理想。

三、PDL教學法在《機械設計》課程中的應用

(一)項目設計題目確定

基于校企協(xié)同的新型PDL教學法順利實施的第一步就是要確定合適的項目設計題目。設計的項目題目要滿足兩個條件。第一，項目設計的內容必須要涵蓋《機械設計》課程的絕大部分教學內容；第二，項目應與地方相關企業(yè)中的支柱性產業(yè)相關。以湖州師范學院為例(以下簡稱湖師院)。湖師院是湖州地區(qū)唯一的地方性院校，工學院建立的一大目標為服務地方經濟，向地方產業(yè)輸入合格的應用性人才。因此，為確定出符合地方特色的項目設計題目，首先要與地方相關產業(yè)建立良好的校企合作關系。眾所周知，湖州有電梯、物流、農機三大產業(yè)與機械行業(yè)密切相關。為了確定出合適的項目設計題目，課程組以“協(xié)同創(chuàng)新中心”為依托，與巨人通力電梯有限公司、湖州德馬物流有限公司、浙江宜可歐環(huán)保科技有限公司等緊密合作，通過與以上企業(yè)中技術部門工程師的多次溝通與交流確定了與課程相關的五大項目設計題目，如表1所示。為了使每個學生有不同的設計參數，每個項目中都結合企業(yè)的實際應用情況設計了6-7組不同的參數供學生選擇。

表1　基于地方產業(yè)的《機械設計》項目列表

(二)項目分配與工廠參觀實習

在確定了課程中用到的具體的項目設計題目、設計參數與設計要求之后，先通過網絡，在線課程等方式將具體項目設計相關文件下發(fā)給學生。然后學生根據自己的興趣愛好自主選題，并由班長和學委根據學生的選題情況進行整理分組。為保證每個學生有不同的設計參數，如出現兩個以上學生選擇同一項目、同一參數，則學生自主溝通、協(xié)調后重新選擇。完成學生自主選題后，根據項目設計題目對班級學生進行分組。在接下來的課程學習過程中，同一小組內的學生可共同討論完成項目的設計。

考慮到學生對具體的項目設計內容和設置了解不足，為了使學生對設計的項目有更加直觀、形象的認識與理解，《機械設計》課程的第一次課要首先安排為期一天的企業(yè)參觀實習，企業(yè)也會安排技術人員對相關裝置進行講解，在企業(yè)的生產加工車間，學生可以了解到裝置中每一個零件的加工制造工藝，裝配關系和內部結構等。這些對學生后期的設計都有極大的幫助。除此之外，企業(yè)的講解人員也會成為該項目選題學生的實踐指導教師，學生在設計過程中遇到的技術難題可以直接與企業(yè)實踐指導教師聯系，得到符合工廠實際的技術指導。

(三)課程教學過程

在學生工廠實習之后開始正式的理論授課階段。首先教師根據產品設計流程(而非教材目錄)來制定教學計劃，安排教學內容?；赑DL教學法的《機械設計》課程教學內容安排如圖1中教學內容列章節(jié)出現的先后順序進行。這樣安排教學內容的目的是為了使教學進度與項目設計進度相吻合，方便學生“邊學邊設計”。例如，項目設計的第一步為“傳動裝置的總體設計”。在項目設計的此階段需要確定總體傳動方案、電機型號、各級傳動的初始參數等。首先，教師采用PBL與LBL相結合的方式向學生傳授方案確定的方法，電機選擇方法、機械裝配效率計算方法、總傳動比和各級傳動比的分配方法等。學生通過課程學習和課后擴展學習掌握相關設計方法，然后在規(guī)定時間內完成具體項目相關內容的設計并提交。學生提交的具體設計內容和設計結果即作為課后作業(yè)。這樣有助于教師及時發(fā)現學生設計過程中的問題，及時糾正學生的設計問題，幫助學生正確掌握設計方法，同時可以有效避免現在高校教學過程中普遍存在的作業(yè)抄襲現象。后續(xù)的所有教學內容都采用這種“教授-學習-設計-教授”的循環(huán)方式實施，直到所有教學內容完成時，學生也完成了項目設計的所有內容。這種邊教授、邊學習、邊設計的教學過程即PDL教學法的精髓。

教師的授課除了面對面的講授之外，還利用在線網絡課程為學生提供了有價值的在線學習資料，比如教師講授的微課視頻、項目相關裝置的社會應用、項目設計的必要參考資料等。除此之外，每講授完一部分教學內容，除了要求學生完成項目中相應部分的設計外，也得利用在線課程的測試環(huán)節(jié)來檢驗學生對理論知識的理解與掌握情況。在線課程學習的相關數據也會作為期末總成績的一部分。

圖1　項目設計流程及教學內容安排

(四)項目設計完善與答辯

在完成了《機械設計》課程的教學之后，學生同時也完成了項目設計的理論計算部分。但任何一個機械項目的設計都多包括理論計算和結構設計兩大部分，因此安排一到兩周的集中時間，讓學生完善設計結果，整理設計說明書，并完成各個零件和裝配圖的繪制是十分有必要的。為了與企業(yè)生產實際接軌，同時進一步培養(yǎng)學生的二維和三維繪圖能力，要求在集中的一到兩周時間內，利用三維繪圖軟件完成項目中裝置的三維建模，及主要零件和整個裝置的二維圖紙繪制。

在集中設計的最后一天安排項目設計答辯。答辯有兩大目的，第一是幫助學生了解自己的問題，第二是幫助教師更加客觀的掌握學生學習效果。答辯采用學生講解和教師提問的方式，答辯教師會根據學生具體的答辯情況進行評價。這也是個人評估的重要組成部分。

四、教學考核方法

為了更加客觀的得出每個學生的學習情況，采用PDL教學法的教學評價由三部分成績組成。團隊評估、人個評估和學生之間的互評。

團隊評估：是對小組的整體評價。主要包括在關鍵時間點之前各小組及成員需交付階段性設計說明書和設計圖紙。教師會根據整個小組產品設計進度及設計內容給小組評分。

個人評估：包括理論知識學習的評估和實踐結果的評估。理論知識學習效果通過平時的在線測試、在線視頻學習、實驗、出勤、期末考試成績四大部分組成。實踐結果的評估包括產品設計說明書、產品設計圖紙、答辯三大部分。

學生互評：是指小組內成員根據貢獻度給其它人評定的成績。為了客觀地得到小組中成員的貢獻度，給每組100分，貢獻度大的學生得分高，貢獻度小的人得分低，由小組成員商定后給出評分結果。所有小組成員得分總合不超過100分。

根據以上評價方法，每個學生的最終得分可由下式計算得出：

Gfinal=WgroupGgroup+WpersonalGpersonal+WpeerGpeer

(1)

Wgroup+Wpersonal+Wpeer=1

式中，

Gpersonal=WtheoryGtheory+WpracticeGpractice

(2)

Wtheroy+Wpractice=1

Gtheory=WtextGtext+WvideoGvideo+WexpGexp+WexamGexam

(3)

Wtext+Wvideo+Wexp+Wexam=1

Gpractice=WinstructionGinstruction+WdrawingGdrawing+WpresentationGpresentation

(4)

Winstruction+Wdrawing+Wpresentation=1

(5)

式(1)中Wgroup和Ggroup為團隊評估的權值和得分；Wpersonal和Gpersonal為個人評估的權值和得分，Wpeer和Gpeer為學生互評所占的比重和分數。式(2)中，Wtheory和Gtheory為個人評價中理論學習的權值和得分；Wpractice和Gpractice為個人評價中實踐學習的權值和得分；在式(3)中，Wtext和Gtext為個人在線測試權值和成績；Wvideo和Gvideo為個人在線視頻學習權值和成績；Wexperiment和Gexperiment為個人實驗學習比重大小和成績；Wtext和Gtext為個人期末考試比重大小和成績。在式(4)中，Winstruction和Ginstruction為實踐部分產品設計說明書所占的比重和得分；Wdrawing和Gdrawing為產品圖紙所占的權值和成績；Wpresentation和Gpresentation為學生答辯成績所占的比重大小和成績。上式中的所有成績均采用百分制，權值可根據重要性賦予不同的百分比。

五、教學實踐與評估

為了客觀得出該方法的教學效果，在2013級機械制造及其自動化的兩個平行班中展開教學，2013級的A班采用文中講述的“校企協(xié)同”下的項目導向設計(PDL)教學法，B班仍采用常規(guī)的傳統(tǒng)(LBL)教學方法，在線平臺資料同時向兩個班級的學生開放。期末考試采用相同的試卷，實踐教學采用相同的內容。理論部分內容由同一名教師講授，實踐部分每班分配校內和企業(yè)兩名指導教師。表2和3中分別給出了兩個班學生期末考試和實踐答辯數據分析結果。

從表2和3中的數據可以看出，采用PDL教學法的A班無論是理論考試成績還是實踐答辯成績明顯高于采用LBL教學法的B班。在PDL教學法中，理論教學與實踐教學法相融合，“以理指踐、以踐強理”，因此學生對理論知識的掌握和理解更加深入，理論考試成績表明PDL教學的教學效果。實踐答辯成績由五位指導教師共同評定，五位教師均認為，在答辯過程中，A班學生表現的更加自信，對知識的理解也更加深入。

表2　兩種教學法理論考試成績對比

表3　兩種不同教學法實踐教學答辯成績對比

為了進一步更加客觀的了解學生對此教學法的態(tài)度，對A班39名學生進行了調查問卷。為了保證問卷結果的可靠性，問卷采用不記名形式，表4為調查問卷數據統(tǒng)計結果。

表4　調查問卷數據統(tǒng)計

從調查問卷統(tǒng)計結果可以得出，學生對此教學法持積極的態(tài)度，參與教學的39名學生均認為此教學法幫助他們提高了設計能力。由于此教學法以項目為導向，按照項目將學生分組，因此有36名學生在團隊合作能力上給出了5分，3名學生給出了4分。由于以產品設計為主線展開教學，每完成一部分教學內容要求學生同時完成相應零部件的設計，結合采用的評價方法，學生都能夠積極主動的投入到學習之中，27名學生在自主學習能力培養(yǎng)上給出了4分的選擇。

六、結　論

PDL教學法緊密結合實際需求，依托“協(xié)同創(chuàng)新中心”，采用企業(yè)項目管理形式，開展協(xié)同教學。首先向學生下發(fā)項目任務書，學生自主選取任務并組成項目管理小組，教師按照項目進展，以產品設計流程為教學主線，利用在線課程資源，采用PBL項目式教學和LBL教學法相結合的形式展開教學，要求學生每學完一部分內容，完成相應機械設備中相關零件的設計并繪制圖紙，做到“學中做，做中學”。通過一個學期的教學實踐，采用文中描述的考核辦法，對學生的理論學習和實踐學習效果進行了評價。教學評價結果表明，采用PDL教學法的A班學生理論成績和實踐成績明顯優(yōu)于采用傳統(tǒng)教學法的B班，A班學生對產品的設計、結構、原理的理解深度遠遠高于B班。除此之外調查問卷結果表明，通過此教學法，學生的自信心、團隊合作意識、自主學習能力、解決問題的能力也得到了提高，這與教學初的目標設定吻合，基本達到了教學目標。在2016年5月份的機械設計競賽和機械人競賽中學生也取得了不錯的成績，學生的參賽積極性與前幾年相比明顯提高。在教學實踐中也發(fā)現除教學方法本身以外，教學考核方法與標準、教師對學生提出的要求、教師對課程的態(tài)度等都對課程的教學效果有非常大的影響，因此在今后的教學中也會針對相關內容進行研究。

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