導(dǎo)語：問題式教學(xué)模式的研究實踐一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、教學(xué)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(xué)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(xué)方法改革。國內(nèi)機械設(shè)計專業(yè)教學(xué)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(xué)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(xùn)練和實驗教學(xué)、形成新的實踐教學(xué)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)工科院?？梢酝ㄟ^網(wǎng)絡(luò)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(xué)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(xué)方法主要為案例教學(xué)法、課題研討法以及講授法與程序教學(xué)法相結(jié)合的方法。案例教學(xué)法的應(yīng)用比較有效，但會受到學(xué)生理論知識水平和思維定式的影響。課題研討法注重學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)法相結(jié)合的教學(xué)方法，這種方法可以在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生再學(xué)習(xí)的能力，但學(xué)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(yīng)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(yīng)能從眾多的備選方案中做出選擇；在解決問題中應(yīng)能從全局高度出發(fā)綜合考慮社會、環(huán)境、市場等因素；應(yīng)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(xué)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(xué)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(xué)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(dāng)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。以綜合和創(chuàng)造為特征的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)方法改革的研究和實踐，其意義在于：(1)將機械工程師的應(yīng)知、應(yīng)會、應(yīng)做作為一個有機整體，實施整合式的教學(xué)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(yīng)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(xué)時間內(nèi)，積極探索機械工程設(shè)計教育的教學(xué)和實踐方法，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(xué)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(xué)方法的研究，可以解決在機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)中存在的以下問題回：①由于教學(xué)改革的深化和課程體系的調(diào)整，在提高教學(xué)質(zhì)量要求的前提下，一方面要保證原有的教學(xué)內(nèi)容不能隨意縮減；另一方面隨著科學(xué)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(yīng)該在課堂上傳授給學(xué)生。因此，較少的授課計劃學(xué)時數(shù)與教學(xué)內(nèi)容的擴充和教學(xué)質(zhì)量要求的提高形成了一個急待解決的矛盾。②機械設(shè)計基礎(chǔ)課程內(nèi)容涉及面廣，各章節(jié)之間相對獨立，學(xué)生普遍反映該課程難學(xué)。在教學(xué)過程中，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生對課程動心，從而積極動腦去主動學(xué)習(xí)，努力動手去創(chuàng)新實踐，是機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中必須考慮的問題。③對機械專業(yè)必不可少的教學(xué)科目及其知識，是通過教科書和講授傳遞給學(xué)生的，同時學(xué)生通過練習(xí)這些知識來學(xué)習(xí)運用這些知識，最終學(xué)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(xué)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(xué)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(yīng)工程設(shè)計工作。因此提出問題中心式教學(xué)方法，意在拓寬學(xué)生的知識面，增強其對社會需求的適應(yīng)能力。突破原各門課程強調(diào)自身的科學(xué)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(xué)生再學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)創(chuàng)造了良好的環(huán)境。世界一流大學(xué)麻省理工學(xué)院(MIT)的辦學(xué)思想是刪：培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力的最有效途徑是教學(xué)、研究與關(guān)注真實世界問題的結(jié)合。MIT憑借她的實學(xué)精神和面向問題的學(xué)術(shù)首創(chuàng)精神將“教學(xué)、研究與關(guān)注真實世界問題”的三結(jié)合作為指導(dǎo)原則并一以貫之的執(zhí)行。因此在培養(yǎng)學(xué)生機械設(shè)計專業(yè)能力的教學(xué)過程中，可以將問題導(dǎo)向的思想引入到教學(xué)方法的研究中，創(chuàng)新性的提出“問題中心式”的教學(xué)方法，以問題為基礎(chǔ)驅(qū)動教學(xué)過程，使學(xué)生帶著問題、為處理問題進行學(xué)習(xí)。在解決問題過程當(dāng)中，學(xué)生學(xué)會了用批判性、建設(shè)性的方式討論觀點與建議，接受并學(xué)會了如何運用新技術(shù)、新方法和新成果；激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)造欲，將科學(xué)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(xué)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(xué)方法，以問題為基礎(chǔ)驅(qū)動教學(xué)過程，使學(xué)生帶著問題、為處理問題進行學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方法是建立以問題為中心，按問題組織教學(xué)的新型教學(xué)方式，即縱向上以解決實際問題貫穿于專業(yè)教學(xué)全過程，橫向上由問題來培養(yǎng)能力，來貫穿該門課程的學(xué)習(xí)。實施方法：①專業(yè)課每學(xué)期開學(xué)前，由教師根據(jù)課程內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生特點及需求確定本學(xué)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(xí)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。②教師在講解具體章節(jié)內(nèi)容前本學(xué)期的問題，學(xué)生自由組合，形成1-3人的問題小組。③一旦本學(xué)期的問題確定下來以后，學(xué)生就可學(xué)習(xí)解決問題的主干課程，并且利用課后時間自學(xué)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)1～2個學(xué)期。④組織學(xué)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(xué)的提問與評價。⑤教師評定報告質(zhì)量，并以一定的分數(shù)計入到學(xué)生本學(xué)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(xué)方法的組織與實施過程中，教師的職責(zé)也需作相應(yīng)的調(diào)整。除講課這一常規(guī)任務(wù)外，教師還要承擔(dān)新的職責(zé)，例如提出問題，并為以解決問題為核心的教學(xué)計劃作準備；課后指導(dǎo)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(xué)方法的組織與實施示意圖如圖1所示：

三、問題中心式教學(xué)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(xué)方法的實踐，學(xué)生用兩學(xué)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(xué)習(xí)，同時解決學(xué)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：①每個學(xué)生撰寫一篇文獻綜述，反映當(dāng)前仿生機構(gòu)學(xué)領(lǐng)域中研究的歷史現(xiàn)狀、最新進展、學(xué)術(shù)見解和建議，要求對國內(nèi)外相關(guān)研究的動態(tài)、前沿性問題做出較詳細的綜述，并提供參考文獻(文獻主要指2005年以后的學(xué)術(shù)期刊論文或會議論文，以英文為主)。②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(yīng)用于機器人行走裝置的設(shè)計中，用所學(xué)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。③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(xué)分析和動力學(xué)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。④仿生物運行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用所學(xué)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(yīng)的強度計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。⑤仿生物運行裝置的制作與實驗，學(xué)生選購各類標準件、型材等在工程訓(xùn)練中心自行加_[，或者在工程訓(xùn)練中心老師的指導(dǎo)下完成加工制作，組裝好后進行實驗。子問題①一③在第一學(xué)期解決，子問題④和⑤在第二學(xué)期解決，從上述問題中心式教學(xué)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(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠主動地學(xué)習(xí)課堂內(nèi)容，課后也積極地查找文獻和自學(xué)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(xué)生在原理研究和機構(gòu)分析階段提出建議，指導(dǎo)學(xué)生掌握通用的機械設(shè)計與分析軟件等，整個教學(xué)活動的教與學(xué)全部以問題為共同核心，使學(xué)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(xué)習(xí)，完成以綜合和創(chuàng)造為特征的教學(xué)方法改革的實踐。

2．實踐效果與分析。34名學(xué)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(xué)生所做的實物樣機能夠完成仿生行走任務(wù)，較好地解決了問題。在解決問題過程中，學(xué)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(wù)，還主動學(xué)習(xí)動力學(xué)，分析軟件ADAMS，利用該軟件對多個設(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4．25cm／s，運動平穩(wěn)可靠。問題小組5～9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(xué)過程中，將問題導(dǎo)向的思想引入到教學(xué)方法的研究中，建立以問題為中心、按問題組織教學(xué)的新型教學(xué)方式，即縱向上以解決實際問題貫穿于專業(yè)教學(xué)全過程，橫向上由問題來培養(yǎng)能力，來貫穿該門課程的學(xué)習(xí)。通過對問題中心式教學(xué)方法的實踐，可以看出該教學(xué)方法能夠激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)造欲，使學(xué)生帶著問題、為處理問題進行學(xué)習(xí)，在解決問題過程當(dāng)中學(xué)生學(xué)會了用批判性、建設(shè)性的方式討論觀點與建議，接受并學(xué)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，增強了對社會需求的適應(yīng)能力。

問題中心式教學(xué)方法是對以綜合和創(chuàng)造為特征的教學(xué)方法的一種改革，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，因此該教學(xué)方法的研究和實踐，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。以問題為基礎(chǔ)驅(qū)動教學(xué)過程，需要面向工程，精選出真正實用的問題，問題的選用重在建立工程模型的思路與方法，因此需要不斷總結(jié)經(jīng)驗和汲取新知識，逐步解決存在的問題和不足，為把學(xué)生培養(yǎng)為創(chuàng)新型科技人才創(chuàng)造良好的環(huán)境。