面向精密機械課程設計的行動導向教學

宋 樂，付魯華，王 仲，裘祖榮

(天津大學 精密儀器與光電子工程學院，天津 300072)

在傳統(tǒng)教學體系中，課程設計是學生全面體會課程主要教學內容的實踐機會，是教學的一個重要環(huán)節(jié)［1］。機械式壓力表設計是《精密機械設計基礎》課程配套的為期三周左右的課程設計內容，針對測控專業(yè)的本科生(非機類)。

根據對以往課程設計結果分析，主要存在的問題是:作為非機械類的學生，平時接受的機械教學和訓練的時數非常少，基礎不夠深厚、知識體系較為凌亂，獨立完成設計有一定的難度。為此，通常給學生配發(fā)已經過推敲的、較為完善的課程設計指導書。不可否認，這些資料對于幫助學生完成課程設計功不可沒，但其負作用也日漸顯現。從一開始，學生面前就擺好了一個模板，一個標準答案，而真實的工程問題，存在多種解決方案，從來就沒有“盡善盡美”的答案。這樣的結果就是，學生在機械領域的知識和理論沒有得到足夠的夯實和擴充，沒有真實地體會到設計過程的真諦。而對學生最重要的應該是，切實領悟一個負責任的設計者的思維方式、工作方法，這才是課程設計的實質目的。那么，如何在短時間內組合、應用所需知識和選擇合適的技術手段，提高學生的工程應用能力呢?為此，課程組借助“行動導向教學”的一些理念和方法，嘗試應用在課程設計中，加強學生實踐性職業(yè)能力的培養(yǎng)。

1 行動導向教學法簡介

從當前現狀看，工程訓練理應是培養(yǎng)工科學生的重要環(huán)節(jié)［2］，但同時一直也是普通大學教育中相對薄弱的一個環(huán)節(jié)。相比而言，工程教育體系中的工程訓練環(huán)節(jié)建設顯得尤為重要，并需要更加具有實用性。自20 世紀80 年代起，德國職業(yè)教育界開展行動導向教學，取得了不凡的成就，也對世界各國的職業(yè)教育產生了深刻的影響［3－4］。目前，行動導向教學也是中國職業(yè)教育的主流發(fā)展方向，在向企業(yè)輸送合格的技術、工程人員方面發(fā)揮了巨大的作用。所謂行動導向教學，簡單地說，就是以職業(yè)情境中的工作任務為中心組織內容，課程內容結構追求的是工作過程的完整性，而不是學科結構的完整性。在行動導向教學法中，學生是教學中的主體，學生在做中學，并最終完成知識的“知道—運用—應用”這樣一個過程，達到擁有完整的行動能力(專業(yè)能力、方法能力、社會能力、個人能力)的目的［5］。雖然對普通高等學校本科教育而言，并不完全具備行動導向教學的條件，從課程體系和構架上就有著明顯的不同。但是，行動導向教學的某些內容和方法還是可以借鑒到本科教學中，以加強課堂教學和工程訓練環(huán)節(jié)的聯系，增強學生的實踐能力和動手能力。筆者認為，基于行動導向的諸多優(yōu)點，不僅可以基于大的職業(yè)領域應用，在小的項目和任務中也同樣可以發(fā)揮作用。

2 行動導向教學法的應用

2.1 學生定位

設計初始，課程組就要求學生重新自我定位，摒棄以學為主的學生身份，代之以設計者、工程師的身份，希望以此來提高學生的興趣和主動性。

整個設計過程中，設計者不僅要考慮設計、加工所涉及的技術層面的問題，還要考慮從設計、加工直到最終產品應用所涉及的社會、經濟和環(huán)境問題。例如，在依據性能考慮產品結構形式的同時，還需兼顧產品的加工工藝、加工成本等層面。在選擇材料時，除考慮材料本身的力學、物理和化學性能外，還要考慮材料的價格、材料及材料加工對環(huán)境的影響，甚至考慮材料的資源儲量、回收利用等方面。這樣，才能從根本上全面地鍛煉和培養(yǎng)一個合格的、負責任的、符合社會發(fā)展的工程師。

2.2 教師再定位

在以往的課程設計教學環(huán)節(jié)中，教師通常提供全方位指導，學生的主觀能動性未得到充分調動，以行動導向教學為指導理念時，學生處于主導地位，課程組只是課程設計的組織者和協(xié)調人。

學生在剛接到機械式壓力表設計任務時，雖然對自己新的工程師身份既新鮮又興奮，但缺少設計經驗，故往往有短暫的茫然性。這時，課程組可以適當地提供一點建議或線索，學生再自行探索、發(fā)現。這段時期內，教師允許學生走彎路、犯錯誤。同時，課程組還保證供給基本的設計資料，如設計手冊、機械手冊等參考資料，提供機械式壓力表樣品，學生可以通過拆裝盡快了解壓力表的原理、結構和參數等技術信息。在此基礎上，學生能夠較快地進入設計者的角色，其潛在的主觀能動性也很容易地被激發(fā)出來。

整個設計過程中，教師并不處于課程設計的核心地位，而常常處于有意識的回避狀態(tài)，只有在學生難以為繼、出現危機時，才給予適當的指導和鼓勵。師生之間的關系得以重建，不再是主導－依從的關系，師生之間通過不斷協(xié)商來共同決定如何開展并完成設計工作。

2.3 全方位能力培養(yǎng)

行動導向理念下，在理論和實踐緊密結合的基礎上，注重全方位行動能力的培養(yǎng)，這實際上也是課程組多年來一直探索、追尋的目標。

2.3.1 專業(yè)能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)課程設計的主要任務就是鞏固和實踐課堂教學內容。機械式壓力表設計的任務以前亦是如此，如通過一個彈簧管壓力表機構設計的訓練，使學生能綜合運用所學機械學科方面的知識，進行結構設計和基本設計計算，進一步了解零件在儀器儀表中的作用，儀器儀表為完成本身功能對零件的具體要求，零件如何實現這些具體要求，儀表及零件的精度設計等，熟悉有關的參考資料、手冊、標準和規(guī)范，初步掌握機械儀表的設計方法，初步樹立正確的設計思想［6－7］?？梢钥闯觯饕獜娬{的是學生專業(yè)能力的培養(yǎng)。即便如此，由于學生(非機械類)接受的機械方面的課程和訓練少、興趣不高等原因，取得的效果也有限。

在學生重新定位后，課程設計過程中專業(yè)能力的學習活動發(fā)展為“建構－重構－解構”的循環(huán)過程，即建構性學習過程［8］。學生根據設計要求，自主決策所需新的知識和理論，建構并將其重新組合到已有的認知結構中，理解和使用所學習到和接觸到的任何一個新的內容。除建構外，更重要的是重構已有的社會知識。學生必須自行挑選重構哪些知識，重構時不能喪失其主觀性，只有通過行動自由和自我決斷，學生才能將結構中的知識統(tǒng)一為有機的知識體系［9］。最后，尚需對該認知機構進行解構。學生通過同學之間、師生之間的交流和討論，重新審視自我的認知結構，保證自我的認知一直處于動態(tài)地不斷更新和完善之中。

在設計過程中，在自我激勵下，學生的主動性被充分調動起來。學生自行組織和負責整個設計過程，一方面，重新整理課程知識，將力學、機械、材料以及精度設計的知識有機地融合在一起;另一方面，積極獲取新技術、新理論，建構性地發(fā)展出自己的設計思想、知識體系。例如，為了增加設計直觀感，學生采用Pro－E 軟件進行三維設計建模。在該過程中，學生可隨時觀察空間安排是否合理、校驗零部件是否產生干涉等。在產品設計過程中應用了先進的設計軟件，不僅拓展了學生的軟件應用技能，并在一定程度上彌補了非機械類學生機械感官及空間想象力較弱的缺點。

2.3.2 其他能力的培養(yǎng)

除專業(yè)能力外，方法能力、社會能力和個人能力也通過課程設計得到了極大的加強。實際上，這4 種能力的培養(yǎng)，本來就是你中有我、我中有你，互相影響、互相強化的(對于后3 種能力更是如此)。

(1)學生除通過專業(yè)學習以及教師幫助外，自覺地主動搜集技術資料、分析相關技術信息。如圖書館、網絡等各種方式的充分利用，還有對儀器儀表展的關注。在壓力表展臺前，學生就遇到的問題向廠商咨詢、同廠商討論，積極了解壓力表的新種類、新技術等，拓寬了自己的專業(yè)知識面。此外，還深入到機械加工車間，了解相關工藝方面的知識和經驗，完善結構設計等，積極搜集、分析，并和教師交流意見、討論相關問題，逐步領悟了設計的理念。諸如此類，都要求學生走出去，面向行業(yè)、面向社會，不僅明白自己的問題是什么，更通過上述類似的方法尋找答案。經過此過程，在不斷完善專業(yè)能力的基礎上，其方法能力、社會能力和個人能力都得到了很大提升。

(2)在課程設計過程中，對學生采用分組機制，2 ～3 名學生為一設計小組。為了順利完成設計任務，組內成員之間需要合理分工、互幫互助。在整個設計周期內，不可避免會出現意見相左，會有爭執(zhí)，如何維系組員之間的關系，保證設計結果的一致性和完整性，實際上是對學生提出了一個社會能力方面的要求。要保障工作過程的流暢和設計任務的如期完成，就需要組員之間相互理解、相互妥協(xié)，歷經各種討論、協(xié)商以解決各種問題。在此期間，學生的團隊精神得以培養(yǎng)，團隊工作能力得以鍛煉。

(3)課程設計過程中各設計組配發(fā)一塊機械式壓力表、一套拆裝工具和一個零件收納盒，學生隨時可以對壓力表進行拆裝和分析。拆裝前，學生可以通過多種手段咨詢和學習正確的拆裝步驟，如指導教師、實驗室工作人員、壓力表廠的技術人員、甚至網絡等，拆卸下的零件隨時歸類保存，防止損壞和丟失。同時還要求學生在課程設計結束后將壓力表重新裝配好。這樣不僅可以鍛煉學生的實際動手能力、培養(yǎng)良好的工藝習慣，也讓學生體會到了工作/個人的責任感。

(4)設計結果的提交方式除最后上交紙質文本、設計相關的電子文檔(如圖形文件)外，學生還需要采用報告會的形式，闡述自己的設計方案、簡要概述設計過程、回答聽眾(既可以是教師，也可以是其他設計小組的學生)提出的問題。學生為此所作的準備和所經歷的報告過程，分別鍛煉了學生的表達能力、溝通能力、組織安排能力和自信心等。并且，在回答提問和與臺下觀眾交流的過程中，也在不斷地完善、重構自己的認知結構。

從以上介紹可以看出，通過以行動導向教學為指導原則的設計過程，對學生全方位能力的培養(yǎng)滲透在每個階段、每個細節(jié)，沒有過分地強調某一方面，即于無形中完成了對學生各方面的鍛煉。

3 效果

與之前未采用行動導向教學法相比，取得了一定的成效，如表1 所示。

表1 采用“行動導向教學法”效果前后對比

4 結束語

簡言之，植入行動導向的理念后，課程設計的指導方針更高一層地定位為“鍛煉和提高學生全方位的行動能力”。機械式壓力表的設計任務只是一個載體，教師也只是整個設計過程中的咨詢者和協(xié)調人，借助這個具體任務執(zhí)行的全過程，以及多種方法和措施的應用，強調學生自己動手，通過行動來學習，不僅使學生學到精密機械的基本設計知識，更是在行動能力的各個方面得到充分鍛煉。

對課程組來說，引入“行動導向教學”只是初步的嘗試，這本身對課程組來說也是一項任務。課程組會根據實際情況隨時調整，繼續(xù)研學先進的工程教育方法和手段，完善課程設計過程，讓學生掌握作為一名工程師應該具有的知識、理念和全方位的能力，縮短理論和實踐之間的距離，縮短校園和社會之間的距離，讓學生取得更多的收獲。

［1］凌丹丹.CAD 技術在《機械設計》課程設計中的應用［J］. 實驗科學與技術，2005，3(S1):51－52.

［2］朱高峰. 關于中國工程教育的改革與發(fā)展問題［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. 當代德國職業(yè)教育主流教學思想研究［M］.北京:清華大學出版社，2006.

［5］陳文. 創(chuàng)新人才的培養(yǎng)與教育人本化［J］. 武漢教育學院學報，2001(20):32－33.

［6］陳應舒，孫伏. 對測控技術與儀器專業(yè)綜合課程設計的幾點思考［J］. 中國高教論叢，2004(2):88－90.

［7］張維平. 建設現代工程訓練中心，培養(yǎng)創(chuàng)新人才［J］.實驗技術與管理，2005，22(2):28－30.

［8］蔡安江，阮曉光. 工程綜合素質訓練的探索與實踐［J］. 西安建筑科技大學學報:社會科學版，2002(1):33－35.

［9］肖曉萍，余濤，廖青，等. 創(chuàng)新實踐課程體系的研究與探索［J］. 實驗科學與技術，2012，10(2):64－67.