問題式教學模式的研究實踐_優(yōu)秀論文

1、 問題式教學模式的研究實踐一、教學方法改革的意義機械設(shè)計基礎(chǔ)是機械類及近機類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。工科學生對于這類專業(yè)基礎(chǔ)知識基本可以掌握, 但不能靈活運用。而在現(xiàn)代機械工程實踐中, 對于機械及機構(gòu)的設(shè)計, 工程師在保證機械的基本原則的基礎(chǔ)上則需要較大的設(shè)計創(chuàng)造性和靈活度。因此, 為了培養(yǎng)創(chuàng)新型的機械類科技人才, 機械設(shè)計基礎(chǔ)課程必須進行教學方法改革。國內(nèi)機械設(shè)計專業(yè)教學方法改革大多在課程體系結(jié)構(gòu)改革的基礎(chǔ)上展開, 采用多種教學手段, 如開發(fā)系統(tǒng)的多媒體課件、建立多媒體多功能教室、加強本科生工程設(shè)計訓練和實驗教學、形成新的實踐教學體系等。其中多媒體課件制作的改革比較成功, 國內(nèi)大多數(shù)工科

2、院?？梢酝ㄟ^網(wǎng)絡共享國家精品課程的多媒體課件, 這對機械設(shè)計專業(yè)教學改革起到一定的促進作用。國內(nèi)機械設(shè)計專業(yè)具體的教學方法主要為案例教學法、課題研討法以及講授法與程序教學法相結(jié)合的方法。案例教學法的應用比較有效, 但會受到學生理論知識水平和思維定式的影響。課題研討法注重學生的學習與發(fā)展, 但是對于機械設(shè)計專業(yè)來說, 需要以工程為背景, 以課題項目為載體才能夠很好的開展起來。部分高校采用講授法與程序教學法相結(jié)合的教學方法, 這種方法可以在一定程度上培養(yǎng)學生再學習的能力, 但學生綜合設(shè)計能力有待加強。國外對優(yōu)秀機械設(shè)計工程師的要求是：應能敏銳地把握革新的機會, 創(chuàng)造性地解決不確定的問題；應能從眾多

3、的備選方案中做出選擇；在解決問題中應能從全局高度出發(fā)綜合考慮社會、環(huán)境、市場等因素；應具有設(shè)計和制造“產(chǎn)品”的經(jīng)驗；等等?？傊痪湓? 就是要具有很強的綜合品質(zhì)和創(chuàng)新能力。以綜合和創(chuàng)造為特征的設(shè)計是工程的本質(zhì)和核心, 是機械工程專業(yè)類人才首要的思維方式和工作方式。因此在國內(nèi), 獲得感性知識和基本技能、提高學生實踐動手能力、提高綜合素質(zhì)等一系列機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學改革課題正在研究和探索中。許多其他國家的機械設(shè)計專業(yè)教學方法中強調(diào)理論與實踐的高度結(jié)合, 知識與工程實際的高度結(jié)合。雖然各國機械工程教育的歷史傳統(tǒng)、國情和校情不同, 但當前都普遍進入了以“工程綜合和創(chuàng)新”為特征的新的變革和發(fā)展階段。以綜

4、合和創(chuàng)造為特征的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學方法改革的研究和實踐, 其意義在于：(1)將機械工程師的應知、應會、應做作為一個有機整體, 實施整合式的教學方法, 將設(shè)計教育貫穿于工程教育過程中, 以使畢業(yè)生既有足夠的初始專業(yè)工作能力, 又有很強的適應專業(yè)發(fā)展能力。(2)基礎(chǔ)與專業(yè)、理論與實踐、分析與綜合、知識與能力等諸對關(guān)系, 是長期困擾機械工程教育發(fā)展的難題。偏執(zhí)一端、缺乏整合的教育方法將越來越難以造就社會需要的工程師。需要一種機制將基礎(chǔ)與專業(yè)、理論與實踐、分析與綜合、知識與能力貫穿統(tǒng)一起來, 這種機制就是以綜合和創(chuàng)造為特征的設(shè)計教育。因此在有限的教學時間內(nèi), 積極探索機械工程設(shè)計教育的教學和實踐方法

5、, 與國際工程教育改革的發(fā)展趨勢和研究熱點一致, 具有實際的研究意義和價值, 對機械工程專業(yè)類一流人才的培養(yǎng)具有重要的作用。二、問題中心式教學方法的研究1解決的主要問題和創(chuàng)新點。問題中心式教學方法的研究, 可以解決在機械設(shè)計基礎(chǔ)教學中存在的以下問題回：由于教學改革的深化和課程體系的調(diào)整, 在提高教學質(zhì)量要求的前提下, 一方面要保證原有的教學內(nèi)容不能隨意縮減；另一方面隨著科學技術(shù)的發(fā)展, 機械設(shè)計領(lǐng)域中出現(xiàn)的許多新技術(shù)、新方法、新成果都應該在課堂上傳授給學生。因此, 較少的授課計劃學時數(shù)與教學內(nèi)容的擴充和教學質(zhì)量要求的提高形成了一個急待解決的矛盾。機械設(shè)計基礎(chǔ)課程內(nèi)容涉及面廣, 各章節(jié)之間相對獨

6、立, 學生普遍反映該課程難學。在教學過程中, 如何提高學生的學習興趣, 使學生對課程動心, 從而積極動腦去主動學習, 努力動手去創(chuàng)新實踐, 是機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學過程中必須考慮的問題。對機械專業(yè)必不可少的教學科目及其知識, 是通過教科書和講授傳遞給學生的, 同時學生通過練習這些知識來學習運用這些知識, 最終學生掌握了該領(lǐng)域的知識和對已知問題的標準化解法。顯然學術(shù)研究和專業(yè)實踐幾乎被排斥在外, 實際問題很難進入課堂。有的學生跨入設(shè)計部門后, 開發(fā)設(shè)計能力較低, 對某些課題無計可施, 需經(jīng)較長時間才能適應工程設(shè)計工作。因此提出問題中心式教學方法, 意在拓寬學生的知識面, 增強其對社會需求的適應能力

7、。突破原各門課程強調(diào)自身的科學性、系統(tǒng)完整性和求深求多的觀念, 面向工程, 精選出真正實用的基本理論和實際問題, 重在建立工程模型的思路與方法, 為學生再學習能力的培養(yǎng)創(chuàng)造了良好的環(huán)境。世界一流大學麻省理工學院(MIT)的辦學思想是刪：培養(yǎng)學生專業(yè)能力的最有效途徑是教學、研究與關(guān)注真實世界問題的結(jié)合。MIT憑借她的實學精神和面向問題的學術(shù)首創(chuàng)精神將“教學、研究與關(guān)注真實世界問題”的三結(jié)合作為指導原則并一以貫之的執(zhí)行。因此在培養(yǎng)學生機械設(shè)計專業(yè)能力的教學過程中, 可以將問題導向的思想引入到教學方法的研究中, 創(chuàng)新性的提出“問題中心式”的教學方法, 以問題為基礎(chǔ)驅(qū)動教學過程, 使學生帶著問題、為處

8、理問題進行學習。在解決問題過程當中, 學生學會了用批判性、建設(shè)性的方式討論觀點與建議, 接受并學會了如何運用新技術(shù)、新方法和新成果；激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)造欲, 將科學與技術(shù)、技術(shù)與非技術(shù)、知識與經(jīng)驗有機統(tǒng)一起來, 使學生有效地養(yǎng)成了機械設(shè)計工程師的認知和做事方式。2組織與實施。問題中心式的教學方法, 以問題為基礎(chǔ)驅(qū)動教學過程, 使學生帶著問題、為處理問題進行學習。這種教學方法是建立以問題為中心, 按問題組織教學的新型教學方式, 即縱向上以解決實際問題貫穿于專業(yè)教學全過程, 橫向上由問題來培養(yǎng)能力, 來貫穿該門課程的學習。實施方法：專業(yè)課每學期開學前, 由教師根據(jù)課程內(nèi)容, 結(jié)合學生特點及需求確

9、定本學期的問題, 匯總孛生感興趣、最需要解決的問題并進行分析歸類, 這些問題往往不是用以驗證理論的練習題, 而是一時找不到滿意答案甚至根本沒有答案的實際問題, 有些則是教師研究項目的子課題。教師在講解具體章節(jié)內(nèi)容前發(fā)布本學期的問題, 學生自由組合, 形成1-3人的問題小組。一旦本學期的問題確定下來以后, 學生就可學習解決問題的主干課程, 并且利用課后時間自學相關(guān)背景課程, 最終利用專業(yè)知識解決問題。每個問題持續(xù)12個學期。組織學生進行問題解決報告會, 報告會還邀請相關(guān)專業(yè)教師參加, 問題小組必須在報告會前一周完成報告書, 打印成冊并呈送每位評價教師。問題小組制作P來宣讀報告, 并接受老師和同學

10、的提問與評價。教師評定報告質(zhì)量, 并以一定的分數(shù)計入到學生本學期的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的考試分數(shù)內(nèi)。在問題中心式教學方法的組織與實施過程中, 教師的職責也需作相應的調(diào)整。除講課這一常規(guī)任務外, 教師還要承擔新的職責, 例如提出問題, 并為以解決問題為核心的教學計劃作準備；課后指導問題小組, 幫助他們尋求解決問題的方法, 評點他們的設(shè)想, 監(jiān)督工作進展, 審閱報告, 主持報告會等。該教學方法的組織與實施示意圖如圖1所示：三、問題中心式教學方法的實踐1實踐項目與過程。對人數(shù)為34人的機械類專業(yè)班級進行問題中心式教學方法的實踐, 學生用兩學期的時間完成機械設(shè)計基礎(chǔ)課程中機械原理和機械零件的學習, 同時解

11、決學期初教師提出的問題, 具體實踐過程按照圖1所示進行組織和實施。教師在講授機械原理和機械零件課程之前, 提出的問題是仿生物運行裝置的研究與設(shè)計, 仿照生物的運動機理對移動機器人行走機構(gòu)進行設(shè)計研究是移動機器人的熱點研究方向。問題要求了解和掌握微小型移動機器人步行機構(gòu)的一般類型和設(shè)計方法, 從而對生物的運動方式進行模仿, 使微小型移動機器人實現(xiàn)特有的規(guī)律性運動, 設(shè)計出可行的運動方案和結(jié)構(gòu)簡單、運動靈活、性能優(yōu)良的運行裝置。該問題可以具體分為如下幾個子問題：每個學生撰寫一篇文獻綜述, 反映當前仿生機構(gòu)學領(lǐng)域中研究的歷史現(xiàn)狀、最新進展、學術(shù)見解和建議, 要求對國內(nèi)外相關(guān)研究的動態(tài)、前沿性問題做出

12、較詳細的綜述, 并提供參考文獻(文獻主要指2005年以后的學術(shù)期刊論文或會議論文, 以英文為主)。對生物的運動性能和行為特征進行研究, 將其結(jié)構(gòu)特征、運動機理、行為、行為方式等應用于機器人行走裝置的設(shè)計中, 用所學的機構(gòu)類型來實現(xiàn), 如生物般的有規(guī)律的蠕動行走或爬行, 設(shè)計出可行的運動方案。對仿生步行裝置進行機構(gòu)原理研究和特性分析, 包括繪制機構(gòu)運動簡圖、結(jié)構(gòu)分析、運動學分析和動力學分析, 根據(jù)研究分析的結(jié)果得到優(yōu)化的仿生物運行裝置。仿生物運行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計, 利用所學的各類機械零件設(shè)計知識, 結(jié)合計算機設(shè)計軟件完成相應的強度計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。仿生物運行裝置的制作與實驗, 學生選購各類標準件、型

13、材等在工程訓練中心自行加_, 或者在工程訓練中心老師的指導下完成加工制作, 組裝好后進行實驗。子問題一在第一學期解決, 子問題和在第二學期解決, 從上述問題中心式教學方法的實踐項目和過程中可以看出, 機械原理和機械設(shè)計課程中重要的知識點都包含在若干子問題中, 學生在學習過程中能夠主動地學習課堂內(nèi)容, 課后也積極地查找文獻和自學相關(guān)背景課程, 如電機驅(qū)動、單片機控制等知識與技術(shù), 最終利用專業(yè)知識解決問題。教師在講課過程中能夠更好地組織課堂內(nèi)容, 除了講解大綱要求的各個知識點, 還會教授如何查閱文獻和撰寫文獻綜述, 對學生在原理研究和機構(gòu)分析階段提出建議, 指導學生掌握通用的機械設(shè)計與分析軟件等

14、, 整個教學活動的教與學全部以問題為共同核心, 使學生能夠真正的動心、動腦、動手的去完成機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的學習, 完成以綜合和創(chuàng)造為特征的教學方法改革的實踐。2實踐效果與分析。34名學生分為9個問題小組, 每組均完成原理方案設(shè)計圖1張, 結(jié)構(gòu)設(shè)計裝配圖1張, 零件圖若干張, 設(shè)計說明書和報告書各1份, 其中8個問題小組成功提交了仿生物運行裝置的實物樣機(小組2除外), 如表1所示。學生所做的實物樣機能夠完成仿生行走任務, 較好地解決了問題。在解決問題過程中, 學生的求知欲和創(chuàng)造欲都比較強烈, 不少小組成員不僅合作完成了設(shè)計和制作任務, 還主動學習動力學, 分析軟件ADAMS, 利用該軟件對多個

15、設(shè)計方案進行仿真和分析, 最終得到優(yōu)化的仿生行走裝置。如圖2所示為小組4的仿蜘蛛八足行走裝置的運動仿真, 該裝置是仿照蜘蛛行走原理設(shè)計的, 身體兩側(cè)腿對稱, 以左側(cè)腿為例作分析。步態(tài)1：胸足、腹足與地面接觸, 支撐身體, 前足、后足抬起向前運動；步態(tài)2：8只腳同時接觸地面；步態(tài)3：前足、后足與地面接觸, 支撐身體, 胸足、腹足抬起向前運動；步態(tài)4：8只腳同時接觸地面。一個周期內(nèi)完成4個步態(tài)的交替的運動。經(jīng)仿真得知該“蜘蛛”一個運動周期的理論平均速度為425cms, 運動平穩(wěn)可靠。問題小組59設(shè)計的都是仿四足行走裝置, 但每個小組實現(xiàn)四足行走的具體方案都有所不同。綜上所述, 筆者在機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學過程中, 將問題導向的思想引入到教學方法的研究中, 建立以問題為中心、按問題組織教學的新型教學方式, 即縱向上以解決實際問題貫穿于專業(yè)教學全過程, 橫向上由問題來培養(yǎng)能力, 來貫穿該門課程的學習。通過對問題中心式教學方法的實踐, 可以看出該教學方法能夠激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)造欲, 使學生帶著問題、為處理問題進行學習, 在解決問題過程當中學生學會了用批判性、建設(shè)性的方式討論觀點與建議, 接受并學會了如何運用新技術(shù)、新方法和新成果, 有效地養(yǎng)成了機械設(shè)計工程師的認知和做事方式, 增強了對