基于PBL的機械工程專業(yè)課程教學(xué)模式研究與實踐

滕琦瑋　胡亞輝　牛興華

摘 要 PBL（Problem-Based Learning）被譯為“基于問題的學(xué)習(xí)”，它是以學(xué)生為中心，將學(xué)生置于某一具體問題中，去主動地、開放式地學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法。本文介紹了PBL教學(xué)模式的內(nèi)涵，并將其應(yīng)用于機械工程專業(yè)傳統(tǒng)課程機械制造技術(shù)基礎(chǔ)的教學(xué)實踐中，通過對實踐過程及教學(xué)效果的分析與研討，并對比傳統(tǒng)教學(xué)模式，分析專業(yè)課教學(xué)在PBL模式下的優(yōu)勢和不足。

關(guān)鍵詞 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 基于問題的學(xué)習(xí) 教學(xué)效果

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.06.047

Practice and Research of Teaching Model Applied in Mechanical

Engineering Courses Based on PBL

TENG Qiwei， HU Yahui， NIU Xinghua

（School of Mechanical Engineering， Tianjin University of Technology， Tianjin 300384）

Abstract PBL （Problem -based Learning） is a kind of teaching method that focus on students as the center， put them into a specific Problem environment and let them study actively with open mind. This paper introduced the connotation of the PBL teaching model， and the application in the course "Fundamentals of Machine Manufacturing Technology"， through the analysis and discussion of the practice process and teaching effect， compared the traditional teaching ?model， the advantages and disadvantages in specialized course teaching under the mode of PBL were analyzed.

Key words Fundamentals of Machine Manufacturing Technology; PBL （Problem -based Learning）; teaching effect

0 引言

PBL（Problem-Based Learning）被譯為“基于問題的學(xué)習(xí)”，其作為近年來被廣泛重視的一種新型的教學(xué)模式，越來越多地應(yīng)用于專業(yè)課程的教學(xué)之中。PBL教學(xué)模式有別于以被動接受教師講授為主的傳統(tǒng)教學(xué)方法，它是以學(xué)生為中心，以問題為起點的教學(xué)方式，強調(diào)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)，教師在學(xué)習(xí)的過程中輔以導(dǎo)向和啟發(fā)，以培養(yǎng)學(xué)生的能力為教學(xué)目標(biāo)，將學(xué)生置于問題之中，通過學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和小組合作來解決問題，充分調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，從而提高自身知識水平和解決問題的能力。

機械制造技術(shù)基礎(chǔ)是高等院校機械類專業(yè)的一門傳統(tǒng)課程，是研究金屬切削基本理論、機械制造設(shè)備及工藝的專業(yè)基礎(chǔ)課。機械制造技術(shù)基礎(chǔ)的教學(xué)目的是：使學(xué)生掌握金屬切削基本理論、機械加工設(shè)備的性能、選用，工件的定位原理、機械加工工藝過程設(shè)計，以培養(yǎng)學(xué)生在機械制造過程中解決實際問題的能力及開發(fā)創(chuàng)新能力。

1 傳統(tǒng)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)的教學(xué)方法

1.1 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容及特點

機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程內(nèi)容涉及廣泛。機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程的先修課包含機械工程材料、機械原理、機械設(shè)計、理論力學(xué)、材料力學(xué)、互換性與技術(shù)測量等。本門課程應(yīng)與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，是一門涉及知識面廣、綜合性強、實踐性強，且需要理論和實踐相結(jié)合的課程。

1.2 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方法存在的問題

目前機械制造技術(shù)基礎(chǔ)在教學(xué)方法上一直延續(xù)以往的講授方式，即以教師為主導(dǎo)，向?qū)W習(xí)者灌輸教學(xué)內(nèi)容，在知識傳輸?shù)倪^程中講求面面俱到，缺乏針對性及師生間對問題的交流與探討。鑒于本課程結(jié)合實踐性強的特點，學(xué)生對教師所講授的內(nèi)容鮮有直觀的了解，對一些專業(yè)名稱、機加工設(shè)備等無法聯(lián)系實際并理解，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的盲目性，從而失去學(xué)習(xí)的興趣，也嚴(yán)重影響了教學(xué)的效果。

由此可見，傳統(tǒng)教授模式已經(jīng)無法體現(xiàn)現(xiàn)代的教學(xué)理念，更無法滿足機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程的教學(xué)要求，引入“基于問題的學(xué)習(xí)”模式，可以彌補傳統(tǒng)的教育教學(xué)中的不足，使學(xué)生帶著問題進行學(xué)習(xí)活動，更有利于增強學(xué)習(xí)的針對性和主動性，不斷豐富其專業(yè)知識的儲備，提高解決問題的能力和深入研究問題的興趣，更好地實現(xiàn)高等院校的教育目標(biāo)。

2 PBL教學(xué)模式在機械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的實踐與探索

2.1 PBL教學(xué)模式在機械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的實踐過程

我們以講解金屬切削過程中工件的定位問題為例，具體介紹PBL教學(xué)模式在機械制造技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中實踐活動。

工件的定位是使工件在夾具中占據(jù)正確的位置。物體在OXYZ坐標(biāo)系中，可以沿X、Y、Z軸平移，且可以沿X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)，這六個獨立的運動被稱為自由度。工件定位就是用適當(dāng)?shù)募s束來消除這六個自由度，即六點定位原理。應(yīng)用PBL模式，教師不是從每一個定義開始講授，而是根據(jù)PBL模式的實施過程，首先對學(xué)生以10人為一組進行分組，并且提出問題。教師給學(xué)生一個具體的工件，讓學(xué)生分析如何找正零件在加工時的位置。endprint

圖1為一個閥體類零件，需要設(shè)計通過一次定位裝夾同時加工閥體上8個孔的夾具，學(xué)生要考慮的問題是如何實現(xiàn)定位。每個學(xué)習(xí)組得到問題后，大部分學(xué)生都很積極，主動結(jié)合以前學(xué)習(xí)的有關(guān)知識分析零件設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)，提出疑問并在教師的指導(dǎo)下掌握了定位、夾緊的原理及內(nèi)涵，這樣，教學(xué)活動就轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，加深了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的參與程度，激發(fā)了學(xué)習(xí)的興趣，在教學(xué)中教師應(yīng)全程參與，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生在正確的方向上尋求答案，支持并鼓勵學(xué)生提出自己的設(shè)想，以及初步的鉆孔工序的定位方案。

圖1 閥體零件圖（要求設(shè)計其定位方案）

在后面的教學(xué)中，要求學(xué)生結(jié)合生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)，印證所學(xué)知識。通過零件從毛坯開始，經(jīng)若干道工序，最終完成切削的過程，了解軸類、箱體類等典型零件的工藝過程、每步工序的定位裝夾、不同機床的切削運動等機械制造方面的知識，理解零件加工工藝過程概念。

最后回到課堂，通過學(xué)習(xí)小組對方案進行分析和比較，教師給予必要的點評，從中總結(jié)出合理的方案。

圖2 閥體零件夾具裝配圖

參考箱體定位中常用的一面兩銷定位（如圖2），用定位平面約束兩個旋轉(zhuǎn)自由度和一個移動自由度，短圓柱銷1約束兩個移動自由度，小圓柱銷2約束一個旋轉(zhuǎn)自由度，實現(xiàn)了該閥體零件的“六點定位”，也完成了需要掌握的這部分教學(xué)內(nèi)容。教師會在總結(jié)時，按授課任務(wù)的要求引入一個新的問題研究，PBL式教學(xué)進入了下一個循環(huán)模式。

2.2 PBL應(yīng)用于機械工程專業(yè)教學(xué)的效果及問題

在機械工程專業(yè)的傳統(tǒng)課“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”中運用PBL模式，在每一教學(xué)章節(jié)中都先給學(xué)生者提出一個實際中的問題，以學(xué)生為主導(dǎo)，輔以教師正確的指導(dǎo)，來尋求解決問題的途徑。一個問題從引入到探究直至得到答案，學(xué)生從對問題的茫然，到引發(fā)興趣去研究，再到提出并比較方案，最后明確一個最優(yōu)的結(jié)論。在這一過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情明顯提高，表現(xiàn)為在課堂上認(rèn)真聽課、踴躍表達自己的觀點，針對問題自主學(xué)習(xí)，獨立思考，靈活運用前面所學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)知識;結(jié)合生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)，能在問題的引導(dǎo)下仔細(xì)觀察典型零件的生產(chǎn)過程，積極提出問題，尋找規(guī)律;而后在小組討論中，實現(xiàn)知識的共享并進行方案比較，從而也提高了協(xié)同合作的能力。

當(dāng)然，在教學(xué)實踐中也暴露出一些尚待改善的問題。

（1）在教學(xué)內(nèi)容的安排和問題的提出上有待進一步的規(guī)劃和協(xié)調(diào)。機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程實踐性強，課程的涵蓋廣泛，而且每一節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容并不是相互獨立的，教師在設(shè)計教學(xué)過程時，要充分考慮教學(xué)內(nèi)容與提出問題及實踐活動安排的合理性。

（2）教師自身專業(yè)知識的更新及對教學(xué)內(nèi)容應(yīng)有更深入、更廣泛的理解。PBL這種開放式的教學(xué)，必然會使教學(xué)、討論、實踐以及在知識的搜索過程中遇到許多新的觀點和問題，如何評價新的論點，解答學(xué)生的問題，從專業(yè)角度上，對教師提出了更高的要求。

（3）教師和學(xué)生學(xué)習(xí)觀念的轉(zhuǎn)變。長期以來，不論是教師還是學(xué)生都一直在傳統(tǒng)的灌輸模式下授課或?qū)W習(xí)，教師過多的注重向?qū)W生傳授知識，而忽略了學(xué)生個體的差異及對學(xué)習(xí)過程的反饋;而學(xué)生已習(xí)慣于被動地學(xué)習(xí)，分析與搜集、整理新知識的能力不足，小組內(nèi)部積極提出觀點、協(xié)作完成任務(wù)的精神也有待加強。

所以說，在PBL教學(xué)模式下進行教學(xué)，對教師和學(xué)生都是一個有益的嘗試與挑戰(zhàn)。

3 結(jié)語

在“基于問題的學(xué)習(xí)”中，體現(xiàn)了學(xué)生是教學(xué)活動的主體，教師的角色也從知識的擁有者、傳輸者，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的輔助者、學(xué)習(xí)活動的組織者和合作者。從總體上分析，在機械工程專業(yè)教學(xué)中運用PBL教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)了學(xué)生鉆研問題的精神，在搜集資料及討論中開拓了視野，對今后的學(xué)習(xí)以及將來的職業(yè)規(guī)劃起到一定的指導(dǎo)意義。同時，PBL教學(xué)模式在機械工程專業(yè)教學(xué)中的運用，也豐富了傳統(tǒng)專業(yè)課的教學(xué)方法，改善了教學(xué)效果，為機械制造技術(shù)基礎(chǔ)這類實踐性強、綜合性強的課程的教學(xué)模式改革，提供了新的思路。

本文獲天津市普通高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革研究計劃重點基金項目：“卓越計劃”背景下機械工程專業(yè)人才培養(yǎng)的模式與機制研究及實踐（B01-0802）的支持

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