面向精密机械课程设计的行动导向教学

宋 乐，付鲁华，王 仲，裘祖荣

(天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072)

在传统教学体系中，课程设计是学生全面体会课程主要教学内容的实践机会，是教学的一个重要环节［1］。机械式压力表设计是《精密机械设计基础》课程配套的为期三周左右的课程设计内容，针对测控专业的本科生(非机类)。

根据对以往课程设计结果分析，主要存在的问题是:作为非机械类的学生，平时接受的机械教学和训练的时数非常少，基础不够深厚、知识体系较为凌乱，独立完成设计有一定的难度。为此，通常给学生配发已经过推敲的、较为完善的课程设计指导书。不可否认，这些资料对于帮助学生完成课程设计功不可没，但其负作用也日渐显现。从一开始，学生面前就摆好了一个模板，一个标准答案，而真实的工程问题，存在多种解决方案，从来就没有“尽善尽美”的答案。这样的结果就是，学生在机械领域的知识和理论没有得到足够的夯实和扩充，没有真实地体会到设计过程的真谛。而对学生最重要的应该是，切实领悟一个负责任的设计者的思维方式、工作方法，这才是课程设计的实质目的。那么，如何在短时间内组合、应用所需知识和选择合适的技术手段，提高学生的工程应用能力呢?为此，课程组借助“行动导向教学”的一些理念和方法，尝试应用在课程设计中，加强学生实践性职业能力的培养。

1 行动导向教学法简介

从当前现状看，工程训练理应是培养工科学生的重要环节［2］，但同时一直也是普通大学教育中相对薄弱的一个环节。相比而言，工程教育体系中的工程训练环节建设显得尤为重要，并需要更加具有实用性。自20 世纪80 年代起，德国职业教育界开展行动导向教学，取得了不凡的成就，也对世界各国的职业教育产生了深刻的影响［3－4］。目前，行动导向教学也是中国职业教育的主流发展方向，在向企业输送合格的技术、工程人员方面发挥了巨大的作用。所谓行动导向教学，简单地说，就是以职业情境中的工作任务为中心组织内容，课程内容结构追求的是工作过程的完整性，而不是学科结构的完整性。在行动导向教学法中，学生是教学中的主体，学生在做中学，并最终完成知识的“知道—运用—应用”这样一个过程，达到拥有完整的行动能力(专业能力、方法能力、社会能力、个人能力)的目的［5］。虽然对普通高等学校本科教育而言，并不完全具备行动导向教学的条件，从课程体系和构架上就有着明显的不同。但是，行动导向教学的某些内容和方法还是可以借鉴到本科教学中，以加强课堂教学和工程训练环节的联系，增强学生的实践能力和动手能力。笔者认为，基于行动导向的诸多优点，不仅可以基于大的职业领域应用，在小的项目和任务中也同样可以发挥作用。

2 行动导向教学法的应用

2.1 学生定位

设计初始，课程组就要求学生重新自我定位，摒弃以学为主的学生身份，代之以设计者、工程师的身份，希望以此来提高学生的兴趣和主动性。

整个设计过程中，设计者不仅要考虑设计、加工所涉及的技术层面的问题，还要考虑从设计、加工直到最终产品应用所涉及的社会、经济和环境问题。例如，在依据性能考虑产品结构形式的同时，还需兼顾产品的加工工艺、加工成本等层面。在选择材料时，除考虑材料本身的力学、物理和化学性能外，还要考虑材料的价格、材料及材料加工对环境的影响，甚至考虑材料的资源储量、回收利用等方面。这样，才能从根本上全面地锻炼和培养一个合格的、负责任的、符合社会发展的工程师。

2.2 教师再定位

在以往的课程设计教学环节中，教师通常提供全方位指导，学生的主观能动性未得到充分调动，以行动导向教学为指导理念时，学生处于主导地位，课程组只是课程设计的组织者和协调人。

学生在刚接到机械式压力表设计任务时，虽然对自己新的工程师身份既新鲜又兴奋，但缺少设计经验，故往往有短暂的茫然性。这时，课程组可以适当地提供一点建议或线索，学生再自行探索、发现。这段时期内，教师允许学生走弯路、犯错误。同时，课程组还保证供给基本的设计资料，如设计手册、机械手册等参考资料，提供机械式压力表样品，学生可以通过拆装尽快了解压力表的原理、结构和参数等技术信息。在此基础上，学生能够较快地进入设计者的角色，其潜在的主观能动性也很容易地被激发出来。

整个设计过程中，教师并不处于课程设计的核心地位，而常常处于有意识的回避状态，只有在学生难以为继、出现危机时，才给予适当的指导和鼓励。师生之间的关系得以重建，不再是主导－依从的关系，师生之间通过不断协商来共同决定如何开展并完成设计工作。

2.3 全方位能力培养

行动导向理念下，在理论和实践紧密结合的基础上，注重全方位行动能力的培养，这实际上也是课程组多年来一直探索、追寻的目标。

2.3.1 专业能力的培养

传统课程设计的主要任务就是巩固和实践课堂教学内容。机械式压力表设计的任务以前亦是如此，如通过一个弹簧管压力表机构设计的训练，使学生能综合运用所学机械学科方面的知识，进行结构设计和基本设计计算，进一步了解零件在仪器仪表中的作用，仪器仪表为完成本身功能对零件的具体要求，零件如何实现这些具体要求，仪表及零件的精度设计等，熟悉有关的参考资料、手册、标准和规范，初步掌握机械仪表的设计方法，初步树立正确的设计思想［6－7］。可以看出，主要强调的是学生专业能力的培养。即便如此，由于学生(非机械类)接受的机械方面的课程和训练少、兴趣不高等原因，取得的效果也有限。

在学生重新定位后，课程设计过程中专业能力的学习活动发展为“建构－重构－解构”的循环过程，即建构性学习过程［8］。学生根据设计要求，自主决策所需新的知识和理论，建构并将其重新组合到已有的认知结构中，理解和使用所学习到和接触到的任何一个新的内容。除建构外，更重要的是重构已有的社会知识。学生必须自行挑选重构哪些知识，重构时不能丧失其主观性，只有通过行动自由和自我决断，学生才能将结构中的知识统一为有机的知识体系［9］。最后，尚需对该认知机构进行解构。学生通过同学之间、师生之间的交流和讨论，重新审视自我的认知结构，保证自我的认知一直处于动态地不断更新和完善之中。

在设计过程中，在自我激励下，学生的主动性被充分调动起来。学生自行组织和负责整个设计过程，一方面，重新整理课程知识，将力学、机械、材料以及精度设计的知识有机地融合在一起;另一方面，积极获取新技术、新理论，建构性地发展出自己的设计思想、知识体系。例如，为了增加设计直观感，学生采用Pro－E 软件进行三维设计建模。在该过程中，学生可随时观察空间安排是否合理、校验零部件是否产生干涉等。在产品设计过程中应用了先进的设计软件，不仅拓展了学生的软件应用技能，并在一定程度上弥补了非机械类学生机械感官及空间想象力较弱的缺点。

2.3.2 其他能力的培养

除专业能力外，方法能力、社会能力和个人能力也通过课程设计得到了极大的加强。实际上，这4 种能力的培养，本来就是你中有我、我中有你，互相影响、互相强化的(对于后3 种能力更是如此)。

(1)学生除通过专业学习以及教师帮助外，自觉地主动搜集技术资料、分析相关技术信息。如图书馆、网络等各种方式的充分利用，还有对仪器仪表展的关注。在压力表展台前，学生就遇到的问题向厂商咨询、同厂商讨论，积极了解压力表的新种类、新技术等，拓宽了自己的专业知识面。此外，还深入到机械加工车间，了解相关工艺方面的知识和经验，完善结构设计等，积极搜集、分析，并和教师交流意见、讨论相关问题，逐步领悟了设计的理念。诸如此类，都要求学生走出去，面向行业、面向社会，不仅明白自己的问题是什么，更通过上述类似的方法寻找答案。经过此过程，在不断完善专业能力的基础上，其方法能力、社会能力和个人能力都得到了很大提升。

(2)在课程设计过程中，对学生采用分组机制，2 ～3 名学生为一设计小组。为了顺利完成设计任务，组内成员之间需要合理分工、互帮互助。在整个设计周期内，不可避免会出现意见相左，会有争执，如何维系组员之间的关系，保证设计结果的一致性和完整性，实际上是对学生提出了一个社会能力方面的要求。要保障工作过程的流畅和设计任务的如期完成，就需要组员之间相互理解、相互妥协，历经各种讨论、协商以解决各种问题。在此期间，学生的团队精神得以培养，团队工作能力得以锻炼。

(3)课程设计过程中各设计组配发一块机械式压力表、一套拆装工具和一个零件收纳盒，学生随时可以对压力表进行拆装和分析。拆装前，学生可以通过多种手段咨询和学习正确的拆装步骤，如指导教师、实验室工作人员、压力表厂的技术人员、甚至网络等，拆卸下的零件随时归类保存，防止损坏和丢失。同时还要求学生在课程设计结束后将压力表重新装配好。这样不仅可以锻炼学生的实际动手能力、培养良好的工艺习惯，也让学生体会到了工作/个人的责任感。

(4)设计结果的提交方式除最后上交纸质文本、设计相关的电子文档(如图形文件)外，学生还需要采用报告会的形式，阐述自己的设计方案、简要概述设计过程、回答听众(既可以是教师，也可以是其他设计小组的学生)提出的问题。学生为此所作的准备和所经历的报告过程，分别锻炼了学生的表达能力、沟通能力、组织安排能力和自信心等。并且，在回答提问和与台下观众交流的过程中，也在不断地完善、重构自己的认知结构。

从以上介绍可以看出，通过以行动导向教学为指导原则的设计过程，对学生全方位能力的培养渗透在每个阶段、每个细节，没有过分地强调某一方面，即于无形中完成了对学生各方面的锻炼。

3 效果

与之前未采用行动导向教学法相比，取得了一定的成效，如表1 所示。

表1 采用“行动导向教学法”效果前后对比

4 结束语

简言之，植入行动导向的理念后，课程设计的指导方针更高一层地定位为“锻炼和提高学生全方位的行动能力”。机械式压力表的设计任务只是一个载体，教师也只是整个设计过程中的咨询者和协调人，借助这个具体任务执行的全过程，以及多种方法和措施的应用，强调学生自己动手，通过行动来学习，不仅使学生学到精密机械的基本设计知识，更是在行动能力的各个方面得到充分锻炼。

对课程组来说，引入“行动导向教学”只是初步的尝试，这本身对课程组来说也是一项任务。课程组会根据实际情况随时调整，继续研学先进的工程教育方法和手段，完善课程设计过程，让学生掌握作为一名工程师应该具有的知识、理念和全方位的能力，缩短理论和实践之间的距离，缩短校园和社会之间的距离，让学生取得更多的收获。

［1］凌丹丹.CAD 技术在《机械设计》课程设计中的应用［J］. 实验科学与技术，2005，3(S1):51－52.

［2］朱高峰. 关于中国工程教育的改革与发展问题［J］. 高等工程教育研究，2005(2):1－9.

［3］ Hartmut seifert.Handlungsorientierte methoden und ihre umsetzung:Technik［M］.Verlag Gehlen:Bad Homburg vor der Hoehe，1999.

［4］姜大源. 当代德国职业教育主流教学思想研究［M］.北京:清华大学出版社，2006.

［5］陈文. 创新人才的培养与教育人本化［J］. 武汉教育学院学报，2001(20):32－33.

［6］陈应舒，孙伏. 对测控技术与仪器专业综合课程设计的几点思考［J］. 中国高教论丛，2004(2):88－90.

［7］张维平. 建设现代工程训练中心，培养创新人才［J］.实验技术与管理，2005，22(2):28－30.

［8］蔡安江，阮晓光. 工程综合素质训练的探索与实践［J］. 西安建筑科技大学学报:社会科学版，2002(1):33－35.

［9］肖晓萍，余涛，廖青，等. 创新实践课程体系的研究与探索［J］. 实验科学与技术，2012，10(2):64－67.