基于研究性学习的机械原理课程教学.doc

基于研究性学习的机械原理课程教学江帆，孙骅，王春，王一军，区嘉洁广州大学机械与电气工程学院机电系，广东广州，510006摘要：研究性教学顺应大学教育改革，体现了教学与科研的内在联系及时代对人才的要求，在激发学生的学习兴趣、培养学生创新能力等方面具有积极作用，正在进一步在高校中推广应用。本文将研究性教学思路引入到机械原理课程教学中，以掌握机构运动原理、机构设计方法为教学目标，将课程按功能划分成课题，让学生自主教学与学习，充分发挥学生的自主能动性和积极性，实现机械原理知识的传授效果的改善。关键词：机械原理，研究性教学，课题化，探究学习一、 研究性教学基本理论1.研究性教学的内涵研究性教学是学生在教师的指导下，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的教学活动。同时是学生通过亲身实践活动获得直接经验，有时也在一定程度上参与知识的创造，并在获得直接经验或参与知识的创造的过程中养成科学精神和科学态度，掌握一定的科学方法，提高综合运用所学知识发现问题、提出问题，判断问题和解决问题的能力，增强社会交往能力和团队精神的一种教学活动1。2.工科课程研究性教学的实施目前，研究性教学在基础教育方面进行了较广泛地推广，在高等教育方面才刚刚展开，由于高等教育面向大学生，大学生相对中小学学生有其特殊性、以及机械类课程教学的特殊性，其研究性教学需要从分类、方法、模式、阶段、评价五个方面进行具体改革。（1）研究性教学的分类收稿日期：基金项目：广州市教育科学规划课题（07C029），广州大学教育教学研究项目（2008023）作者简介：江帆（1974.1），男，土家族，湖南慈利人，广州大学机械与电气学院机电系副教授，从事流场模拟，机械CAE/CFD，汽车服务工程方面的研究机械类课程研究性教学分为两类：认知理解类教学和实践应用类教学。前者以认识和了解某一研究对象为主要目的，即通过对研究对象的描述、判断与解释，有关条件的确定，有关规律、结构、原理的探究，相关因素和因果关系的认识等研究活动实施教学，具体包括调查研究、实践研究、文献研究等类型。后者以解决一个比较复杂的操作问题为主要目的，即通过对某一机器、机构的研制方案的制定，研究条件的创设与实现,机构的设计、制作与改进，方法和手段的应用选择等研究活动实施教学，具体包括研究性实验教学（综合性、设计性实验）、毕业论文(设计)、课外科技创新活动等类型。（2）)研究性教学的方法机械类课程研究性教学方法可归纳为三种: (A)问题教学法。主要是教师根据课程标准，设置情景，提供资料（素材）让学生发现问题，提出问题，或教师提出问题，或师生共同提出问题，在此基础上，通过分析、文献证明理论验证，提出解决问题的方案，让学生在问题的提出与解决中获取、应用知识，培养创新精神和实践能力。(B)实验探究法。主要是教师和学生共同设置实验目的，讨论实验要求，分析实验对象、条件，预测实验结果的基础上，让学生手、眼、脑并用，广泛参与实验操作，并动手实验，观察实验现象，记录实验数据，分析实验结果等。(C)实例分析法。就是运用真实的机械实例进行教学的方法。具体来说，就是由教师或学生提供实例作为教学剖析的对象和学生一起通过对实例的分析、讨论、评价、寻找对象,体验和感悟实例情境,学习、借鉴实例反映的原理,吸收实例讨论中有价值的思想、观点、方法，并内化为自己所学知识,增强运用所学知识解决问题的能力。（3）研究性教学的模式(A)问题解决模式，即教师创设问题情境学生提出问题搜集科学事实探求解题方法得出科学结论运用新知识。这一模式是结合大学生的身心特点和知识发展水平，借鉴前苏联的马赫穆托夫提出的理论总结出来的。这一模式首先要求教师根据教学的具体情况创设问题情境，促进学生思考，使他们产生问题，并激发他们探索的动机，要指导学生正确搜集和选择科学事实或探索事实的条件。如提供可观察的材料、实验的设施；提供有关文献资源，以供学生检索研究。然后，要引导学生通过对问题的分析、探索，进行假说、讨论或归纳等一系列再发现的认知操作过程，寻找问题的解决方式，促使问题得到解决，乃至创新性的解决。教师要引导学生总结整个研究过程，得出科学性结论，形成更加完善的认知结构。最后，运用所获得的新知解决新情境下的问题，以实现知识的迁移，深化对知识的理解。(B)自主研究模式，即学生发现问题确定题目搜集资料并制定研究计划分析资料并实施研究计划撰写研究报告。自主研究就是学生独立从事和完成某项课题的整个研究过程，包括提出问题，确定研究课题，开展研究，最后提交研究成果(论文或生产成品)。在这一模式中，问题涉及的范围较广，可以是学生在学习理论时发现的新问题，也可以是他们在社会实践中发现的新问题；问题可以来源于自然界、参考资料，也可以来源于工厂实际。总之，由于学生提出问题的自由性很大，所以，他们具有个性特点的才智可以得到最大限度的施展。从始至终，指导教师似乎都象一个“局外人”在欣赏着自己学生的成长，他们不会直接参与其中，更不会把自己的观点强加给学生，只是在必要时给予一定的技术指导而已。因此，这一模式的实施空间最大、运用范围最广。(C)课题参与模式，即学生参与教师的课题研究，从中进行科学学习、科学探索和科学实践的一种活动。因为大部分高校教师，尤其是那些学术大师都有自己的科研项目，大到国家级重点课题，小到校级专项课题。这些研究不仅紧跟学术发展的前沿，而且其成果对社会生产有着很强的指导意义。这一模式，让大学生参与到教师的课题研究中来，不仅可以为课题组增添新生力量，而且可以让学生在参与协助科研项目的过程中接触学术发展的尖端知识，增加他们的求知欲和探索欲。在实践的大课堂里，在教师成熟的科研思想的熏陶下，在严肃缜密的科研氛围中，在苦尽甘来、收获成果、为社会做出实际贡献的喜悦中，使学生获得在传统式教学中永远获取不到的宝贵经验和成长体验。（4）)研究性教学的阶段研究性教学大体可分为三个阶段，即确立问题阶段、实践体验阶段和成果交流阶段。这三个阶段并不截然分开，而是相互交叉推进的。实施流程通常为：“引出问题，建立假设”“研讨探究，验证假设”“得出结论，切磋交流”“归纳总结，形成评价”。(A)确立问题阶段。要求教师与学生共同创设一定的问题情境，明确研究任务，做好背景知识的铺垫，激活学生原有知识和经验的储备，诱发其探求动机。鼓励学生主动学习，进入探究状态，并在自我学习或小组学习的基础上，归纳出研究的具体课题、目标和范围。(B)实践体验阶段。学生通过实践体验，形成一定的观念、态度，掌握一定的科学方法与技能。此阶段的内容包括：一是搜集选择和分析加工信息资料，二是调查研究与探索攻关，三是阶段性实践体验与初步研究结果的交流。(C)成果交流阶段。学生要将取得的收获进行归纳整理、总结提炼，形成书面报告材料，做好实物成果展示的准备。成果交流的形式要提倡多样化，除了按一定要求撰写调查报告、实验报告外,对学术性、技术性较强的内容可写成学术论文，还可以采取报告会、研讨会、答辩会等方式，相互交流，共享成果。（5）)研究性教学的评价(A)学生学业评价。要改变学生学业评价中“一考定全局”的传统终结性评价模式，实行形成性评价和终结性评价相结合、课内教学与课外自主学习相结合的全程评价，采用习题作业、问题讨论、项目训练(小论文、小设计等)、随堂测验、期中考试等方式，加强教学过程中平时学习情况的考查，提倡开卷、半开卷、口试、论文答辩等多样化的考核方式，推进考核方式、方法多样化。要特别重视评价学生的研究与创新能力及其成果。(B)教师教学绩效评价。研究和制订能客观反映研究性教学的评价指标，包括授课形式、课程组织、知识信息、师生互动、课堂气氛、激发兴趣、课堂效果等指标和能体现教师教学个性风格、教学改革创新成分的指标。为了激发广大教师对教学工作的高度责任感和创造性，应加大学生对教师教学绩效评价的力度。同时应当发动教师主动参与研究性教学评价。鼓励和要求教师建立电子教学档案，在利用局域网教学的基础上，逐步在校园网上实施优质教学资源的共享，以充分展示教师的教学理念、教学设计、教学经验和教学成果，并作为教师研究性教学评价的项目内容，以促进教师相互学习、交流和提高1-5。3.广州大学学生与研究性学习广州大学处于改革开放的前沿城市，受区域经济特点的影响，广州大学学生在学习方面具有研究性学习的趋势，主要表现在：（1）学生乐于实践，广州大学学生对实践往往表现浓厚的兴趣，在实践过程中会提出一些问题；（2）有较强的合作精神，广州大学学生受经济领域中共赢观念的影响，意识到成就一件事需要多人的共同努力；（3）思想开放，广州大学学生处在对外开放的前线，思想比较活跃开放，接收知识渠道比较多。二、 目前机械原理教学中存在的问题机械原理主要传授机械原理相关的知识，主要包括机构的结构分析、机构的运动分析、机构的力分析、机构的力分析、平面机构的设计、凸轮机构、齿轮机构、轮系、机械效率、机械平衡、机械调节、其它常用机构（万向联轴节、螺旋机构、棘轮机构、槽轮机构等）、机器人等内容，通常情况下是分章节进行知识的传授，以课堂教学为主、辅以课程设计和实验，但存在以下问题。1.无法发挥学生的主观能动性在整个教学过程中，学生是被动的接受知识，忽视了学生的主体作用。课程教学的目的就是让学生掌握知识，采取传统的满堂灌的教学思路，表面上是多灌输知识点给学生，但学生在此被动的接受的过程中很难思考与理解，对知识的掌握力度较差，离开课堂很快就会忘记，而且会让学生产生疲劳和厌烦，影响教学效果的巩固。机械原理课程涉及许多概念，而且一些机构的分析（特别是机构的运动和设计的解析方法求解）比较复杂，依靠简单的灌输，是无法发挥学生的能动性，因而也无法让学生掌握这些知识。2.无法提高学生的实践能力虽然机械原理课程有课程设计和课内实验，但学生的模具知识水平还是没有得到本质的提高，究其原因就是实践能力锻炼的不够。现有的实验课时比较少，学生无法通过实验理解课堂传授的理论知识。另外，课程设计没有结合实际课题，比较难引发学生的兴趣，导致学生设计时有应付的思想，从而影响学生实践能力的培养。3.无法发挥学生的创造性虽然现在课堂教学融入了多媒体技术，能全面调动学生的观感，提高教学效果，但满堂灌的教学思路，依然无法发挥学生的创造性。机构设计是一个创造性的劳动，如果没有创造性的设计人员，设计出来的机构将在性价比方面出现不足，因此，在教学过程中需要大量培养学生的创造性。为了培养具有创新精神的机械技术人员，需要克服上述存在的问题。研究性教学以学生为主体，充分发挥学生在学习过程的主导作用、全程参与，将有助于传统教学模式的不足的克服。本文将研究性教学引入到机械原理课程教学中，为课程教学改革提供参考模式。三、基于研究性教学的机械原理课程教学思路根据研究性教学的内涵、高校研究性教学的实施要点及广州大学学生研究性学习的趋势，结合机械原理课程教学的实际情况，通过教学实践的探索，形成以下基于研究性教学的机械原理课程教学思路，为专业课程研究性教学改革提供参考（本文仅对课程理论教学进行分析）。1.确立机械原理课程分模块及问题机械原理课程研究性教学的第一步是确定总体教学目标、并将整个教学内容划分成模块，每一个模块作为一个课题，由一组学生承担研究工作。根据应用型本科教学的实际情况，机械原理课程教学目标定位于设计一个中等复杂程度的综合机构，并此机构具体化。广州大学教学中，将设计一个洗瓶机作为教学目标，学生通过此课程的学习能够自行设计洗瓶机的机构。根据现有的教学内容和教学目标，将机械原理课程内容分为：平面机构的结构分析模块、平面机构的运动分析模块、平面连杆机构及设计模块、凸轮机构及设计模块、齿轮机构及设计模块（含齿轮基本理论子模块、变位及斜齿轮子模块、蜗杆机构子模块、其它齿轮机构子模块）、轮系及设计模块、其它常用机构模块、平面机构的力分析模块、平面机构的平衡模块、机械效率模块、机械运转及速度调节模块、机械运动方案拟定和机器人模块。教学中要将这些模块与教学目标洗瓶机的设计紧密联系起来，并准备相关的情境问题，诸如该机构的自由度是多少？是否具有确定的运动？各杆件的速度和加速度？各杆件的受力如何？如何预防该机构的速度波动？等等。2.学生自主准备课件讲解研究性教学是以学生为主体，在课堂教学组织中要充分发挥学生的主观能动性。针对上述教学目标和教学模块，将学生分组，每8个人左右为一个小组，每个小组负责一个模块或子模块，要求学生进行研究性学习。每一个教学模块作为一个课题，授课前拟定研究目标和研究内容，这样帮助学生了解模块的教学规划。这些课题的分配在第一次课进行，并给出课题的研究目标和研究内容，要求学生根据这些资料准备课件，并以课题组为单位进行课堂讲授，讲授结束后要求其它各组提出疑问，并由该课题组进行进行解答；最后进行针对一个课题进行综合讲解以强化学生对知识的理解。负责课题的学生组员间相互协作，对于课件中的动画需要采用三维建模软件进行建模仿真，综合锻炼学生的绘图能力和计算机操作能力。课堂组织是研究性教学的一个重点，直接影响研究性教学的效果。广州大学机械原理研究性教学是这样安排：首先是课题小组进行模块内容进行讲解，其他学生进行提问，教师提问，最后教师总结讲解。从实行的效果来看，研究性教学的课堂比较活跃。3.综合的考核方式研究性教学应形成积极、客观、公正的评价机制。机械原理课程是一门专业基础课，在机械类专业中占有重要位置，在教学计划中是考试课程，因此在课程结束后还是需要组织考试。为了便于综合全面评价学生的掌握机械原理知识状况，和接轨研究性教学评价的需要，机械原理教学评价采用学生评价和教师评价相结合的模式。学生评价是当每个课题组完成教学任务后，其他学生对该组学生的研究情况进行评