基于创新能力培养的机械原理课程项目式教学改革与实践

刘春东，张东辉*，吴东昊，闫小军

（1.河北建筑工程学院机械工程学院 河北 张家口 075000；2.河北建筑工程学院河北省机械基础教学示范中心 河北 张家口 075000）

“机械原理”课程是机械类一门专业技术基础课程，是学生接触的第一门与专业相关的课程，具有专业启蒙的作用。本课程主要介绍各类机械产品中常用机构设计的基本知识、基本理论和基本方法，主要研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动。通过理论学习与不断实践，加强创新思维和工程设计能力的训练，为机械产品创新设计提供必要的基础知识与方法，通过启发创新思维，培养学生主动实践的工程设计能力[1]。

作者从事“机械原理”课程教学近20 年，深刻体会到传统的串行教学模式会使“机械原理”课程中机构设计知识的讲解过于理论化、知识体系过于碎片化，不利于学生掌握[2]。在教学过程中，只注重教师的主导作用和知识的传授，忽视学生创新能力的培养[3]，学生感受不到知识的新奇和刺激，没有创造的冲动和探索。因此，结合课程特点，积极深化教学改革，强化学生创新意识培养和实践能力锻炼，探索项目式教学新模式，通过具体实施，收获了良好效果。

1 项目式教学方法简介

1.1 项目式教学的内涵和作用

项目式教学是指以学生的实践创新活动为主体，在教师的引导启发下，学生在主动完成既定项目内容的设计和创新的过程中，实现知识的构建和创新思维的训练[4]。

1.1.1 以构建主义学习理论作为理论基础

建构主义倡导的学习过程是学习者主动建构知识的过程[5]。传统的通过教师向学生传递知识的过程是“低级学习”过程，而高一级的学习过程则是学习者在特定的学习环境下，借助外界（包括教师和同伴）的帮助，利用丰富的线上线下学习资源，通过意义建构的方式而获得知识。这种学习更强调“四性”，即主动性、情境性、协作性、创新性，而且这种知识构建过程需要学生自己完成，教师无法替代[6]。

1.1.2 实现两个中心的转移

在活动主体上，以教师的教授为中心转变为以学生创造性学习为中心，真正实现教育的目的；在教学内容上，以讲授课本知识为中心转变为以开展创新实践项目为中心，应用知识，实现知识创新[7]。

1.1.3 学科竞赛与项目式教学互联互通

全国大学生机械创新设计大赛由教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会主办。其旨在引导高校在教学中注重培养大学生的创新能力、综合设计能力及团队合作精神；强化学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行创新思维、机械设计和制作等能力。目前，该项赛事已成为国内最具影响力的机械类学科竞赛，其在培养学生工程实践能力和综合素质方面效果显著[8]。因此将竞赛引入项目式教学过程中，实现竞赛与项目式教学融为一体，同向同行，互联互通[9]。

1.2 教学过程中容易被忽视的问题

项目式教学最初被应用于中小学教育，后逐渐扩展到高等教育领域。一些高校教师在采用项目式教学时，常常容易忽视以下几个问题[10]：

①项目式教学内容组织一成不变，做不到与时俱进，所教内容与技术的更新速度落后于时代发展。

②尽管项目式学习教学活动被广泛地应用于各类学科并取得一些成效，但有时仍无法摆脱传统教学的影子，始终围绕教材内容对学生展开活动。这虽然对理论教学帮助非常大，但仍有很大的局限性。

③项目式教学强调多元评价，如何开展评价，如何平衡过程性评价和结果性评价，这些问题一直以来都没有得到有效解决。

2 项目式教学设计与实施

项目式教学是在学期的中后段实施完成，约4 周。在实施过程中，遵循“教师主导”“学生主体”这两条主线[11]。即教师是“导演”，学生是“演员”，大家各司其职，相互协调，保证项目式教学的顺利进行，如图1 所示[12]。

图1 项目式教学实施过程中的任务流程分解

2.1 项目选题

确立项目主题时，既要关注学生的兴趣爱好，又要具有挑战性，挑战他们的创新极限。而主题尽量源于生活，要具有真实的应用情境。

机械创新设计大赛都是以社会热点问题为竞赛主题，作为项目主题开展项目式教学是非常契合的。同时，对于较为成熟、有创意的设计成果，进行重点培育，专门指导，制作作品实物模型，积极参加校赛和省赛。由此，既能完成教学活动，还能参加学科竞赛，一举两得。相关设计如表1（p132）所示。

表1 基于大学生机械创新设计大赛的“机械原理”课程教学项目设计

2.2 实施过程

①召开专题布置解析会。课堂上专门抽出一节课的时间，组织专题任务布置解析会，讲解项目式教学具体实施流程，内容包括教学目的、任务安排、成果要求、考核方式以及评价标准五方面。

②组建设计小组。将全班学生分成若干个项目组，每个项目组成员3―4 人，推荐或自荐一位组长，负责组织制定实施计划，分解设计内容，分配设计任务，项目答辩等工作。同时承担着项目小组与教师沟通的桥梁和纽带作用。分组时，需要教师合理地调配，做到组与组之间实力相差不大，每组的组员之间能力和性格尽量互补[13]。

③创新机构设计。根据项目主题，项目组成员要专门开会讨论研究，确定设计何种创新机构。每个组的同学在组长的带领下，定期召开小组会，研究讨论课题任务；借助图书馆或通过网络等渠道查阅相关文献资料，进行创新机构设计。在整个设计过程中，组内同学都能各司其职，有的查阅文献资料，有的绘制创新机构图，有的撰写设计说明和制作演示文稿，将团队合作作用发挥得淋漓尽致。

④成果汇报及答辩。设计结束后，组织现场成果汇报及答辩环节。由各组的组长通过PPT 汇报设计成果，包括创新机构的设计思路，创新点，存在的不足及收获体会等。同时，教师根据汇报情况组织学生答辩。

2.3 过程评价

项目式教学的评价根据学生完成项目的情况来综合衡量，评价丰富而全面，涉及项目活动各个环节的表现[14]。依据认知、技能、态度、协作与沟通能力等评价指标点，构建五维评价体系，即个人自评、组内互评、组长评价、小组评价和教师评价[15]。评价突出客观性和全面性，不仅有针对项目团队的整体评价，也有针对学生个人的评价，如表2所示。

表2 项目式教学的五维评价体系

①教师评价：由两部分构成。根据各组提交的《机构创新设计说明书》撰写情况、PPT 汇报情况等，为各小组的整体表现进行评价；对各组组长的综合能力进行评价。

②组长评价：各组组长根据组员的表现从态度、能力、贡献等方面对组内同学进行评价。

③个人自评：学生本人针对自己在组内所扮演的角色，是否掌握项目的理论基础、设计理念和设计方法以及为团队所作的贡献进行客观评价。

④组员互评：每位同学对组内其他同学的贡献进行客观评价。同时，还要对本组组长的个人表现进行评价。

3 项目式教学的实施效果

项目式教学已经在我校实施了4 年，经过不断改进和优化，教学模式日臻完善。通过开展项目式教学，真正让学生实现了知识有宽度，能力见深度，素质显高度。具体体现在以下几个方面：

3.1 改善了课堂教学效果

通过开展项目式教学，不仅可以激励教师提升教学水平，还充分调动了学生对“机械原理”课程学习的积极性，大大增强了课堂理论学习的内生动力[16]，彻底消除了低头族和睡觉党，听课效果显著提升，期末挂科率逐年下降。例如2020―2021 第二学期课程挂科共4 人，挂科率仅为4.88%，同比下降近6 个百分点。

3.2 丰富了课程评价体系，真正实现了对学生的综合性评价

随着专业结构和人才培养方案的优化，传统的以闭卷笔试为主的终结性课程评价方式已不能相适应，就必须“改进结果评价，强化过程评价，探索增值评价，健全综合评价”[17]。经过评价改革，“机械原理”课程总评成绩由期末考试、期中考核、单元测试、项目设计、实验操作、回答问题、课堂作业等7 部分构成，如图2 所示。项目式教学的评价成绩要计入课程最终的总评成绩，占课程总评成绩的10%。这样既丰富了课程评价体系，又调动了学生的积极性。

图2 “机械原理'课程总评成绩构成

3.3 提升了学生的创新实践能力

学生在项目设计实施过程中，不但培养了自主学习的意识和创新意识，提高了实践能力和创新能力，还锻炼了团队协作能力和人际交流能力。近几年学生参加其他学科竞赛以及创新创业训练项目的积极性越来越高，参加人数呈逐年递增趋势。

4 结语

基于学科竞赛开展项目式教学应用到“机械原理”课程中，取得了良好效果，2020 年该课程被评为校级一流课程，2021 年参加校教学创新大赛荣获二等奖。这种教学模式注重创新实践能力的锻炼和团队意识的培养，也受到了学生的欢迎。但在实践过程中，也发现了一些问题。如基础较弱学生的参与积极性不高、挤占常规教学课时较多、学生评价还做不到绝对客观真实等。相信经过认真总结和摸索，这些问题一定能都得到妥善解决。