培养学生自主学习能力的研究

陈永琴 刘雨晗 李团结 朱敏波 张国渊 段清娟

[摘  要]《机械创新综合实践项目》课程具有较强的工程性，同时又顺应了时代潮流对人才培养及技能掌握的要求，将以往以“教”为主转换为“基于问题、基于兴趣”的探究式项目教学，以学生个性化自主创新选题为抓手，以能力培养为最终目的，强调学生创新实践全周期训练，促推学生主动转变学习方法，培养创新型人才。

[关键词]探究式项目教学  个性化自主选题  能力培养

基金项目：陕西省高等教育学会2019年度高等教育科学研究项目（项目编号：XGH19086）;西安电子科技大学教育教学改革研究项目。

《机械创新综合实践项目》是我校机械设计及其自动化专业的一门技术性、综合性的实践类课程，以团队形式完成一个产品（或部件）从方案构思到产品制造及推广的全生命周期，具有很强的工程性，涉及方案设计、技术设计、结构设计、加工工艺等多个方面，该课程要求学生灵活运用所学的机械原理、机械设计、机械制图、机械制造基础等理论知识解决实际工程问题，是理论与实践的有机结合，不仅培养学生的创新思维，而且培养学生具有将创新设计付诸实践的制造工艺能力、实际动手操作能力、工程管理能力和团队合作能力。该课程以团队形式开展，每组成员为3至5人，选题完全尊重学生个体的发展需要，同时充分考虑每个学生的个体差异，给所有学生充分的自由来选择自己感兴趣的课题和合作组员。他们课程开展的指导思想是以需求为牵引，技术为推动，把以“教”为主转换为基于问题、基于兴趣的探究式项目教学，侧重从工程实际问题入手，把解决工程问题贯穿在整个教学过程中，引导学生积极思考、主动学习，将被动学习变兴趣学习与探究式学习，让学生真正体会知识应用于实践的快乐。

课程教学目标

根据我校机械设计及其自动化专业的毕业要求和本课程的性质，制定课程主要教学目标[1]如下：一是能够制定机械系统方案，掌握现代化工程工具，培养学生创新思维及自主学习能力，为解决复杂工程问题提供技术支持;二是能够针对机械系统的运动、动力学问题建立数学模型，并对模型正确性进行推理;三是能够对相关资料进行文献检索，撰写研究报告;四是能够理论联系实际，确定主要零部件的工作能力，考虑制造工艺、使用、维护等问题，完成具体结构设计;五是能够三维建模，熟悉三维模型到工程图的转换和输出，完成简单零件的加工;六是具有较强的责任感和职业道德，并能在团队中发挥作用[2]。

个性化自主选题

《机械创新综合实践项目》课程为项目式教学，需要在不断发现问题、解决问题中逐步向前推进。相对于以考试或大作业为结课方式的课程来说，该课程难度较大，但“兴趣是最好的老师”。如果选题是学生感兴趣的，学生就会主动思维、大胆质疑、勇于钻研，从而在这样的实践过程中享受获得感，能更进一步激励他们主动学习。项目式教学立题策略基于学生兴趣和学生获得感。一类题目是学生双创训练计划项目，如避障机器人、遥控小车、智能吸尘器、侦查机器人、爬楼小车、写字机械臂等;一类题目是每届全国大学生机械创新设计大赛、工程训练能力大赛的主题，可以通过项目式教学孵化比赛项目，如硬币分拣机、包装机、小型停车装置、水果采摘器等;一类是身边的小家电、小设备的创意更新，如自行车车铃的改造、水果削皮机的改造、自动晾衣架的改造等;一类是学生自己的命题。学生根据自己的兴趣、特长菜单式自主选题，真正发挥学生的主体性，体现对学生个体的尊重。因此，学生乐于接受，有兴趣面对项目教学，有勇气面对未知的挑战。

《机械创新综合实践项目》框架结构

课程采用“方案设计+技术设计+工艺设计”三阶段形式，分散到第五、第六、第七三个学期完成，最后要求学生提交结题报告和实物作品（图1为《机械创新综合实践项目》知识导图）。

第一阶段“方案设计”安排在第五学期，需要学生围绕设计主题进行市场调研，完成概念设计、系统方案设计，通过技术、经济、动力等方案论证，决策出最优方案。在这一阶段需要学生开展脑力风暴，鼓励各种奇思妙想的设计，巧用现有结构方案。这样做既能避免闭门造车，又能杜绝生搬硬套，并在此基础上推陈出新，完成系统方案设计。

第二阶段“技术设计”安排在第六学期，针对第一阶段的最优方案完成技术设计，主要任务是考虑工艺性的零部件结构设计，创建三维模型，对主要零部件完成工作能力计算（包括强度校核和刚度校核），最后绘制出二维工程图。在这一阶段特别强调对学生二维工程图表达能力的培养。目前学生普遍重视三维建模却轻视二维工程图的表达，针对此专门训练，逐个分析学生图纸的典型错误，经过几次反复修改，学生最终呈现的图样要准确而规范，能够依据所绘图样完成加工制作和检测。

第三阶段“工艺设计”安排在第七学期，要求在第一阶段和第二阶段的基础上完成相应方案的实物加工、整机调试。在这一阶段需要学生综合考虑材料选用、工艺方法、经济成本、市场期望及对环境保护和持续发展可能产生的影响等因素，最后完成工艺设计。

三个阶段全部完成后，每组进行实物展示，各组学生相互问辩，最后提交结题报告。

对学生能力的培养

到目前为止，该课程已经实施了三届，从学生的反馈情况和能力达成评价看，对学生能力的培养达到了期望值。下面通过学生自己的收获体会来反映学生能力的培养[3]（摘录部分学生在结题报告中的体会）。学生甲：该课程培养了我们的团队协作精神。团结就是力量，我们小组成员之间精诚合作、妥善分工、各司其职。该项目从概念设计到成品经过方案设计、三维设计、优化及修改、CAD出图等，在此过程中有大量的工作要做，成员间要进行分工协作解决问题。学生乙：理论联系实际不再是一句口号。理论可行不等于实际可行，但要把理论变成现实必须联系实际。在完成项目的过程中要善于利用软件，先用软件验证设计方案的可行性，然后完成后续的技术设计和工艺设计。学生丙：《机械创新综合实践项目》需要多学科的知识，是不同学科的交叉融合，通过该项目既让我复习巩固了以往學过的力学、机械原理、机械设计等方面的知识，同时又锻炼了我快速学习新事物的能力……

教学实验条件

为了进一步改善基本办学条件，培养大学生创新实践能力，为优秀本科生搭台，为我校的机械创新设计大赛、大学生工程训练综合能力大赛和创新创业项目的培育提供更完备的设备和技术支持。在学校教务处和学院的支持下，本专业建设有学生工作坊——机械创新工程坊，学校持续两年支持工程坊的建设，累计投入经费80余万元，用于购置3D打印机、小型数控车床、人形智能机器人、可扩展人型教学机器人、激光切割机、机器人开放套件等仪器设备。机械创新工程坊是一个完全开放的实验环境，对相关专业的师生采用预约制开放，免费但不免责共享仪器设备，既保证仪器设备的较高使用率，使每一个学生都有实践动手的机会，又有效提升了学生的实践能力，同时也是人才培养模式的一个创新。最后还要注意培养学生的责任意识、主人翁精神，使他们爱护工程坊的仪器设备。

结  语

《机械创新综合实践项目》课程具有较强的工程性，同时顺应时代对人才培养及技能掌握的要求，将以往以“教”为主转换为“基于问题、基于兴趣”的探究式项目教学，通过三届本科生课程教学的实践证明，该项目式教学对学生能力的培养主要体现是：一是学生学习主动性、探究性提高，注重项目开展过程中“学到东西”;二是以实践教学推动学生学科竞赛的效果明显，学生参加各级各类学科大赛积极性提高，相应获奖等级和获奖数比以往增多;三是学生创新能力得到启发与提升，部分学生实践作品已申请专利;四是以学生自主创新选题为抓手，强调学生创新实践全周期训练，促推学生主动转变学习方式，为社会培养创新型人才。

参考文献：

[1]陈永琴、朱敏波、段清娟、张国渊：《机械专业复杂工程问题教学案例剖析——〈机械综合实践项目〉的开展》，《教育教学论坛》2017年18期。

[2]段清娟、陈永琴、张国渊、李团结：《教学中团队合作能力评估》，《机械设计》2018年第S2期，第162-163页。

[3]陈永琴、李团结、朱敏波、崔传贞：《工程教育背景下学生创新与实践能力的培养》《机械设计》2018年第S2期，第159-161页。

作者单位：西安电子科技大学机电工程学院  陕西西安