問(wèn)題式教學(xué)模式的研究實(shí)踐_優(yōu)秀論文

1、 問(wèn)題式教學(xué)模式的研究實(shí)踐一、教學(xué)方法改革的意義機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是機(jī)械類及近機(jī)類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。工科學(xué)生對(duì)于這類專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)基本可以掌握, 但不能靈活運(yùn)用。而在現(xiàn)代機(jī)械工程實(shí)踐中, 對(duì)于機(jī)械及機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì), 工程師在保證機(jī)械的基本原則的基礎(chǔ)上則需要較大的設(shè)計(jì)創(chuàng)造性和靈活度。因此, 為了培養(yǎng)創(chuàng)新型的機(jī)械類科技人才, 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程必須進(jìn)行教學(xué)方法改革。國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè)計(jì)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(qiáng)本科生工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)教學(xué)、形成新的實(shí)踐教學(xué)體系等。其中多媒體課件制作的改革比較成功, 國(guó)內(nèi)大多數(shù)工科

2、院?？梢酝ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)共享國(guó)家精品課程的多媒體課件, 這對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)改革起到一定的促進(jìn)作用。國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè)計(jì)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(huì)受到學(xué)生理論知識(shí)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(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)來(lái)說(shuō), 需要以工程為背景, 以課題項(xiàng)目為載體才能夠很好的開展起來(lái)。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(jì)能力有待加強(qiáng)。國(guó)外對(duì)優(yōu)秀機(jī)械設(shè)計(jì)工程師的要求是：應(yīng)能敏銳地把握革新的機(jī)會(huì), 創(chuàng)造性地解決不確定的問(wèn)題；應(yīng)能從眾多

3、的備選方案中做出選擇；在解決問(wèn)題中應(yīng)能從全局高度出發(fā)綜合考慮社會(huì)、環(huán)境、市場(chǎng)等因素；應(yīng)具有設(shè)計(jì)和制造“產(chǎn)品”的經(jīng)驗(yàn)；等等?？傊痪湓? 就是要具有很強(qiáng)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(jì)是工程的本質(zhì)和核心, 是機(jī)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(guó)內(nèi), 獲得感性知識(shí)和基本技能、提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、提高綜合素質(zhì)等一系列機(jī)械設(shè)計(jì)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(guó)家的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)方法中強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的高度結(jié)合, 知識(shí)與工程實(shí)際的高度結(jié)合。雖然各國(guó)機(jī)械工程教育的歷史傳統(tǒng)、國(guó)情和校情不同, 但當(dāng)前都普遍進(jìn)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(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)方法改革的研究和實(shí)踐, 其意義在于：(1)將機(jī)械工程師的應(yīng)知、應(yīng)會(huì)、應(yīng)做作為一個(gè)有機(jī)整體, 實(shí)施整合式的教學(xué)方法, 將設(shè)計(jì)教育貫穿于工程教育過(guò)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(qiáng)的適應(yīng)專業(yè)發(fā)展能力。(2)基礎(chǔ)與專業(yè)、理論與實(shí)踐、分析與綜合、知識(shí)與能力等諸對(duì)關(guān)系, 是長(zhǎng)期困擾機(jī)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(lái)越難以造就社會(huì)需要的工程師。需要一種機(jī)制將基礎(chǔ)與專業(yè)、理論與實(shí)踐、分析與綜合、知識(shí)與能力貫穿統(tǒng)一起來(lái), 這種機(jī)制就是以綜合和創(chuàng)造為特征的設(shè)計(jì)教育。因此在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi), 積極探索機(jī)械工程設(shè)計(jì)教育的教學(xué)和實(shí)踐方法

5、, 與國(guó)際工程教育改革的發(fā)展趨勢(shì)和研究熱點(diǎn)一致, 具有實(shí)際的研究意義和價(jià)值, 對(duì)機(jī)械工程專業(yè)類一流人才的培養(yǎng)具有重要的作用。二、問(wèn)題中心式教學(xué)方法的研究1解決的主要問(wèn)題和創(chuàng)新點(diǎn)。問(wèn)題中心式教學(xué)方法的研究, 可以解決在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)中存在的以下問(wèn)題回：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(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)劃學(xué)時(shí)數(shù)與教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)充和教學(xué)質(zhì)量要求的提高形成了一個(gè)急待解決的矛盾。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程內(nèi)容涉及面廣, 各章節(jié)之間相對(duì)獨(dú)

6、立, 學(xué)生普遍反映該課程難學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中, 如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣, 使學(xué)生對(duì)課程動(dòng)心, 從而積極動(dòng)腦去主動(dòng)學(xué)習(xí), 努力動(dòng)手去創(chuàng)新實(shí)踐, 是機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題。對(duì)機(jī)械專業(yè)必不可少的教學(xué)科目及其知識(shí), 是通過(guò)教科書和講授傳遞給學(xué)生的, 同時(shí)學(xué)生通過(guò)練習(xí)這些知識(shí)來(lái)學(xué)習(xí)運(yùn)用這些知識(shí), 最終學(xué)生掌握了該領(lǐng)域的知識(shí)和對(duì)已知問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)化解法。顯然學(xué)術(shù)研究和專業(yè)實(shí)踐幾乎被排斥在外, 實(shí)際問(wèn)題很難進(jìn)入課堂。有的學(xué)生跨入設(shè)計(jì)部門后, 開發(fā)設(shè)計(jì)能力較低, 對(duì)某些課題無(wú)計(jì)可施, 需經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間才能適應(yīng)工程設(shè)計(jì)工作。因此提出問(wèn)題中心式教學(xué)方法, 意在拓寬學(xué)生的知識(shí)面, 增強(qiáng)其對(duì)社會(huì)需求的適應(yīng)能力

7、。突破原各門課程強(qiáng)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(shí)用的基本理論和實(shí)際問(wèn)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(shí)世界問(wèn)題的結(jié)合。MIT憑借她的實(shí)學(xué)精神和面向問(wèn)題的學(xué)術(shù)首創(chuàng)精神將“教學(xué)、研究與關(guān)注真實(shí)世界問(wèn)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(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)能力的教學(xué)過(guò)程中, 可以將問(wèn)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(wèn)題中心式”的教學(xué)方法, 以問(wèn)題為基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)教學(xué)過(guò)程, 使學(xué)生帶著問(wèn)題、為處

8、理問(wèn)題進(jìn)行學(xué)習(xí)。在解決問(wèn)題過(guò)程當(dāng)中, 學(xué)生學(xué)會(huì)了用批判性、建設(shè)性的方式討論觀點(diǎn)與建議, 接受并學(xué)會(huì)了如何運(yùn)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(shí)與經(jīng)驗(yàn)有機(jī)統(tǒng)一起來(lái), 使學(xué)生有效地養(yǎng)成了機(jī)械設(shè)計(jì)工程師的認(rèn)知和做事方式。2組織與實(shí)施。問(wèn)題中心式的教學(xué)方法, 以問(wèn)題為基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)教學(xué)過(guò)程, 使學(xué)生帶著問(wèn)題、為處理問(wèn)題進(jìn)行學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方法是建立以問(wèn)題為中心, 按問(wèn)題組織教學(xué)的新型教學(xué)方式, 即縱向上以解決實(shí)際問(wèn)題貫穿于專業(yè)教學(xué)全過(guò)程, 橫向上由問(wèn)題來(lái)培養(yǎng)能力, 來(lái)貫穿該門課程的學(xué)習(xí)。實(shí)施方法：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(diǎn)及需求確

9、定本學(xué)期的問(wèn)題, 匯總孛生感興趣、最需要解決的問(wèn)題并進(jìn)行分析歸類, 這些問(wèn)題往往不是用以驗(yàn)證理論的練習(xí)題, 而是一時(shí)找不到滿意答案甚至根本沒(méi)有答案的實(shí)際問(wèn)題, 有些則是教師研究項(xiàng)目的子課題。教師在講解具體章節(jié)內(nèi)容前發(fā)布本學(xué)期的問(wèn)題, 學(xué)生自由組合, 形成1-3人的問(wèn)題小組。一旦本學(xué)期的問(wèn)題確定下來(lái)以后, 學(xué)生就可學(xué)習(xí)解決問(wèn)題的主干課程, 并且利用課后時(shí)間自學(xué)相關(guān)背景課程, 最終利用專業(yè)知識(shí)解決問(wèn)題。每個(gè)問(wèn)題持續(xù)12個(gè)學(xué)期。組織學(xué)生進(jìn)行問(wèn)題解決報(bào)告會(huì), 報(bào)告會(huì)還邀請(qǐng)相關(guān)專業(yè)教師參加, 問(wèn)題小組必須在報(bào)告會(huì)前一周完成報(bào)告書, 打印成冊(cè)并呈送每位評(píng)價(jià)教師。問(wèn)題小組制作P來(lái)宣讀報(bào)告, 并接受老師和同學(xué)

10、的提問(wèn)與評(píng)價(jià)。教師評(píng)定報(bào)告質(zhì)量, 并以一定的分?jǐn)?shù)計(jì)入到學(xué)生本學(xué)期的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的考試分?jǐn)?shù)內(nèi)。在問(wèn)題中心式教學(xué)方法的組織與實(shí)施過(guò)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(wèn)題, 并為以解決問(wèn)題為核心的教學(xué)計(jì)劃作準(zhǔn)備；課后指導(dǎo)問(wèn)題小組, 幫助他們尋求解決問(wèn)題的方法, 評(píng)點(diǎn)他們的設(shè)想, 監(jiān)督工作進(jìn)展, 審閱報(bào)告, 主持報(bào)告會(huì)等。該教學(xué)方法的組織與實(shí)施示意圖如圖1所示：三、問(wèn)題中心式教學(xué)方法的實(shí)踐1實(shí)踐項(xiàng)目與過(guò)程。對(duì)人數(shù)為34人的機(jī)械類專業(yè)班級(jí)進(jìn)行問(wèn)題中心式教學(xué)方法的實(shí)踐, 學(xué)生用兩學(xué)期的時(shí)間完成機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中機(jī)械原理和機(jī)械零件的學(xué)習(xí), 同時(shí)解

11、決學(xué)期初教師提出的問(wèn)題, 具體實(shí)踐過(guò)程按照?qǐng)D1所示進(jìn)行組織和實(shí)施。教師在講授機(jī)械原理和機(jī)械零件課程之前, 提出的問(wèn)題是仿生物運(yùn)行裝置的研究與設(shè)計(jì), 仿照生物的運(yùn)動(dòng)機(jī)理對(duì)移動(dòng)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究是移動(dòng)機(jī)器人的熱點(diǎn)研究方向。問(wèn)題要求了解和掌握微小型移動(dòng)機(jī)器人步行機(jī)構(gòu)的一般類型和設(shè)計(jì)方法, 從而對(duì)生物的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行模仿, 使微小型移動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)特有的規(guī)律性運(yùn)動(dòng), 設(shè)計(jì)出可行的運(yùn)動(dòng)方案和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活、性能優(yōu)良的運(yùn)行裝置。該問(wèn)題可以具體分為如下幾個(gè)子問(wèn)題：每個(gè)學(xué)生撰寫一篇文獻(xiàn)綜述, 反映當(dāng)前仿生機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域中研究的歷史現(xiàn)狀、最新進(jìn)展、學(xué)術(shù)見(jiàn)解和建議, 要求對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的動(dòng)態(tài)、前沿性問(wèn)題做出

12、較詳細(xì)的綜述, 并提供參考文獻(xiàn)(文獻(xiàn)主要指2005年以后的學(xué)術(shù)期刊論文或會(huì)議論文, 以英文為主)。對(duì)生物的運(yùn)動(dòng)性能和行為特征進(jìn)行研究, 將其結(jié)構(gòu)特征、運(yùn)動(dòng)機(jī)理、行為、行為方式等應(yīng)用于機(jī)器人行走裝置的設(shè)計(jì)中, 用所學(xué)的機(jī)構(gòu)類型來(lái)實(shí)現(xiàn), 如生物般的有規(guī)律的蠕動(dòng)行走或爬行, 設(shè)計(jì)出可行的運(yùn)動(dòng)方案。對(duì)仿生步行裝置進(jìn)行機(jī)構(gòu)原理研究和特性分析, 包括繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)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(yùn)行裝置。仿生物運(yùn)行裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 利用所學(xué)的各類機(jī)械零件設(shè)計(jì)知識(shí), 結(jié)合計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件完成相應(yīng)的強(qiáng)度計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。仿生物運(yùn)行裝置的制作與實(shí)驗(yàn), 學(xué)生選購(gòu)各類標(biāo)準(zhǔn)件、型

13、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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。子問(wèn)題一在第一學(xué)期解決, 子問(wèn)題和在第二學(xué)期解決, 從上述問(wèn)題中心式教學(xué)方法的實(shí)踐項(xiàng)目和過(guò)程中可以看出, 機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程中重要的知識(shí)點(diǎn)都包含在若干子問(wèn)題中, 學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠主動(dòng)地學(xué)習(xí)課堂內(nèi)容, 課后也積極地查找文獻(xiàn)和自學(xué)相關(guān)背景課程, 如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、單片機(jī)控制等知識(shí)與技術(shù), 最終利用專業(yè)知識(shí)解決問(wèn)題。教師在講課過(guò)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(gè)知識(shí)點(diǎn), 還會(huì)教授如何查閱文獻(xiàn)和撰寫文獻(xiàn)綜述, 對(duì)學(xué)生在原理研究和機(jī)構(gòu)分析階段提出建議, 指導(dǎo)學(xué)生掌握通用的機(jī)械設(shè)計(jì)與分析軟件等

14、, 整個(gè)教學(xué)活動(dòng)的教與學(xué)全部以問(wèn)題為共同核心, 使學(xué)生能夠真正的動(dòng)心、動(dòng)腦、動(dòng)手的去完成機(jī)械設(shè)計(jì)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(shí)踐。2實(shí)踐效果與分析。34名學(xué)生分為9個(gè)問(wèn)題小組, 每組均完成原理方案設(shè)計(jì)圖1張, 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖1張, 零件圖若干張, 設(shè)計(jì)說(shuō)明書和報(bào)告書各1份, 其中8個(gè)問(wèn)題小組成功提交了仿生物運(yùn)行裝置的實(shí)物樣機(jī)(小組2除外), 如表1所示。學(xué)生所做的實(shí)物樣機(jī)能夠完成仿生行走任務(wù), 較好地解決了問(wèn)題。在解決問(wèn)題過(guò)程中, 學(xué)生的求知欲和創(chuàng)造欲都比較強(qiáng)烈, 不少小組成員不僅合作完成了設(shè)計(jì)和制作任務(wù), 還主動(dòng)學(xué)習(xí)動(dòng)力學(xué), 分析軟件ADAMS, 利用該軟件對(duì)多個(gè)

15、設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(yùn)動(dòng)仿真, 該裝置是仿照蜘蛛行走原理設(shè)計(jì)的, 身體兩側(cè)腿對(duì)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(yùn)動(dòng)；步態(tài)2：8只腳同時(shí)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(yùn)動(dòng)；步態(tài)4：8只腳同時(shí)接觸地面。一個(gè)周期內(nèi)完成4個(gè)步態(tài)的交替的運(yùn)動(dòng)。經(jīng)仿真得知該“蜘蛛”一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的理論平均速度為425cms, 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠。問(wèn)題小組59設(shè)計(jì)的都是仿四足行走裝置, 但每個(gè)小組實(shí)現(xiàn)四足行走的具體方案都有所不同。綜上所述, 筆者在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)過(guò)程中, 將問(wèn)題導(dǎo)向的思想引入到教學(xué)方法的研究中, 建立以問(wèn)題為中心、按問(wèn)題組織教學(xué)的新型教學(xué)方式, 即縱向上以解決實(shí)際問(wèn)題貫穿于專業(yè)教學(xué)全過(guò)程, 橫向上由問(wèn)題來(lái)培養(yǎng)能力, 來(lái)貫穿該門課程的學(xué)習(xí)。通過(guò)對(duì)問(wèn)題中心式教學(xué)方法的實(shí)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(wèn)題、為處理問(wèn)題進(jìn)行學(xué)習(xí), 在解決問(wèn)題過(guò)程當(dāng)中學(xué)生學(xué)會(huì)了用批判性、建設(shè)性的方式討論觀點(diǎn)與建議, 接受并學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用新技術(shù)、新方法和新成果, 有效地養(yǎng)成了機(jī)械設(shè)計(jì)工程師的認(rèn)知和做事方式, 增強(qiáng)了對(duì)