基于任务驱动的机械创新设计课程的教学探索与实践

辛绍杰 上海电机学院

基于任务驱动的机械创新设计课程的教学探索与实践

辛绍杰 上海电机学院

针对目前机械创新设计课程教学中存在的教学质量不高和学生创新能力提高不明显等问题，将建立在建构主义教学理论基础上的“任务驱动教学法”引入课程教学。以培养学生机械创新设计能力为教学目标，进行了课程教学任务的设计、实施和效果评价的实践探索，对提高课程教学质量有一定作用。

任务驱动法；机械创新设计能力；实践

机械创新设计课程是一门培养学生机械系统运动方案和结构方案创新设计能力的重要专业基础课，具有基础性、灵活性、实践性和创新性等特点。该门课程的教学对于大学生建立创新意识、启发创新思维，培养机械系统创新设计能力，打好机械创新设计的理论基础具有重要意义。上海电机学院是一所隶属于行业的新升本院校，学生文化基础和素质不高、又无生产实践经验和工程背景，还在就业等方面存在误区。根据学校技术本科的办学定位和学生的实际水平及学校教学条件，考虑课程的教学目标和课时较少的实际，引入“任务驱动教学法”组织机械创新设计课程教学，改变传统的按所选教材的章节、知识点逐一进行讲解的授课方式和方法，探索了培养大学生机械创新设计能力的思路和途径。

一、任务驱动教学法的内涵

任务驱动是一种建立在建构主义教学理论基础上，师生共同参与的教学模式，是将所要学习的新知识隐含于任务中，学生在具有明确目标的任务驱动下，自主地学习和应用知识，在老师的指导帮助下找到任务的完成方法并完成学习任务。在这个过程中，学生是主体，去主动寻求知识，其学习的自觉性得到了发挥。在这个过程中，教师由传统教学模式的主角转变为新模式下的配角，对于培养学生独立探索的创新精神具有重要意义。任务驱动教学法是学生带着任务在探索中学习的过程，克服了对老师的依赖心理，使得课堂的学习变成学生主动获取知识的重要途径。在探索任务的解决过程中，学生会遇到很多问题，通过资料查询、师生讨论、专家辅导等形式可以很好地解决。

二、将典型案例融于课程教学内容

采用任务驱动教学模式，学生的学习过程是围绕完成一个具体的任务进行的，这个任务与教学内容相融合。学生完成任务的过程，既是教学内容的学习过程，又是教学内容的综合应用过程，是真正把知识的学习和知识的综合应用有机地结合在一起的过程。机械创新设计课程的特点决定了所布置的“任务”应具有综合性、实践型和多样性等特点。所谓综合性是指多项技术和多种知识的综合应用；实践性是指任务源于人和社会需要，需通过实践过程完成；多样性是指所完成的任务结果具有多种结构或方案。在任务的实施过程中，学生提出问题、分析问题和解决问题的能力会得到极大提高。案例教学法是参与式教学模式的重要形式，对于激发学生的学习热情，培养学生分析问题、解决问题的能力具有重要的作用。也是对学生学习的作用最大、缺点最少，最令学生满意，是学生最希望老师采用的教学方法。为提高任务的完成效率和质量，将课程核心内容融于教学案例，在教学中通过案例引导学生自主学习、独立思考，理论联系实际，提高学生解决实际问题的能力。

三、任务驱动法在机械创新设计课程教学的实施过程

1. 任务的设计

任务的设计是任务驱动教学法实施的前提。机械创新设计课程的任务设计要考虑如下几点：一是综合性，就是要将学过的知识和课程的核心知识综合进去，既巩固已有的知识和学习新知识，又能综合运用这些知识解决实际问题；二是主动性，就是学生带着任务去主动、探索式学习，而不是被动的学习；三是实践性，任务要来源于实际需要，通过实践能够完成，避免理论化或过于抽象的任务；四是创新性，任务的约束条件越少，学生的创新空间越大，这样有利于学生想象力和创新能力的提高；五是多样性，完成同样任务依据的原理不同，学生所设计的机械原理方案将呈现多样性；六是吸引力，兴趣是最好的老师，是学习和创新的驱动力，学生若对任务有兴趣，会积极主动地学习和努力的工作，否则，任务便是失败的；七是可操作性，任务的难易程度和工作量大小要适当，能够通过自己的努力、同学的帮助和老师的指导在规定时间内完成；八是任务要符合课程的教学目标和专业培养方向。为此，在教学过程中，设计了三个课题，分别是：（1）设计一种新型越障或避障机械；（2）设计一种新型助老助残或训练机械；（3）设计一种新型厨卫、环卫或环保机械。学生根据自己的兴趣、爱好自主选择其中的一个作为需要完成的课题。学生需完成的具体任务包括：（1）相关产品或技术的研究现状分析；(2)所设计产品的功能描述；(3)完成产品功能的技术（原理）依据；(4)动作原理和机械结构；(5)机构的仿真分析；(6)技术、经济评价；（7）控制原理和控制方案等。

2. 任务的布置

任务的布置既要考虑学生已系统的学习过机械制图、机械设计基础和工程力学等课程，又要考虑学生对机械创新设计课程知识的认知规律。在课程进行完创造性思维和创造原理、常用创新技法和原理方案的创新设计等教学内容后布置任务，并介绍完成任务的思路和任务的具体实施过程。为加深学生的对机械创新设计的认识，选择一个高年级同学自主完成的机械创新项目作为典型案例演示其实施过程和成果。案例的引导使学生掌握了完成任务的本领，解决学生的畏难情绪，提高了知识的学习和应用能力，增强完成任务的信心。

3. 任务的实施步骤

首先，学生要结合自己的兴趣和基础选择一个课题。针对所选课题，同学要认真准备素材，诸如：有关专利技术、新产品介绍、科研成果和科技论文等。重点研究现有技术或产品存在的缺点和优点，通过分析查找问题，形成相关产品或技术的研究现状分析报告；第二，针对发现的问题，学生应用课堂学习的创新原理和创新技法，并借鉴教学中分析的若干创新案例，理论与实际相结合，提出完成任务可能的解决方案，通过对方案的技术性、经济性和社会性评价保留两个较好的方案；第三，教师按学生课题的类型和内容，分别组织学生介绍完成任务遇到的问题，并开展讨论和分析，给出课题的完善方案；第四，教师安排课题原理方案设计相同或相近的两名同学共同承担修正后的任务。这样，便形成了2人一组的项目团队；第五，同组学生合作对设计方案进行运动和动力学分析、参数优化和结构设计并形成汇报的PPT；第六，教师组织任务的汇报、讨论会，每组汇报完成的任务，并接受其他同学的质疑，教师综合分析后给出修改意见。同组同学根据汇报情况和教师的意见将材料经进一步完善后上交。

4.任务驱动教学法的实施及教学效果分析

将任务驱动法的实施方案用于了机械设计制造及其自动化专业的实验班。班级共44名同学，按照布置的任务，每名同学均完成了一种机械的原理方案设计。教师安排时间让同学逐一介绍自己的设计方案，老师和同学对这些方案逐一点评并提出意见。在所完成的44个方案中，有5名同学的方案质量较好、10同学的方案有新意但存在的缺陷，其他同学的原理方案基本符合教学要求但不具有创新性。讨论后将44种方案整合为18项，36人承担，两人一组组队，每组成员分工合作继续开展任务。对于未承担整合后任务的同学，教师提出4项具体的设计任务由同学完成。任务的完成主要需要在课外时间完成，学生除同组同学一起开展研究工作外，教师每周安排两次答疑，给学生提供技术的指导，协助解决同学遇到的技术难题。通过一学期课程教学的探索，在规定时间内，全班同学完成了任务，形成了22份设计资料，其中，具有创新性和实用性的8项设计成果申报了国家专利。应该来说，通过课程的教学，学生掌握了机械创新的原理、技法，并能够应用这些原理和方法设计了解决实际问题的机械。重要的是，学生的工程素质得到了提高，机械创新设计能力得到了加强。作为衡量本课程教学质量的评价指标之一。既对学生掌握机械系统创新的基本原理、创新思维方法和创新技法的程度进行考核，又对学生创新原理和创新技法的实际应用能力进行考核，两者分别占总成绩的50%。前者通过作业、课堂提问和试卷等形式考核，后者通过任务完成的质量、难度和答辩表现等形式考核。问卷调查表明，学生对基于任务驱动的教学方法是认可和欢迎的。

四、课程的考核

课程的考核是学生课程学习的指挥棒，也是保证任务驱动教学法教学目标得以实现的重要措施。针对目前存在的侧重于知识掌握的考核，而忽视学生能力的考核所导致的学生片面追求成绩，忽视创新能力的培养以及创新意识差、动手能力不强、实践活动能力和创新能力薄弱等诸多问题。本门课程将学生的想象力和机械创新设计能力的提高和增强

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.171

上海市教学团队—机械创新设计课程群教学团队；上海市本科特色专业—机械设计制造及其自动化专业（数字化设计制造方向）；国家第四批高等学校特色专业建设点—机械设计制造及其自动化专业。

辛绍杰（1963年1月生），男，山东省龙口人，上海电机学院 教师，教授，专业研究方向：机械设计及理论、机器人技术的教学与科研。