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以产品研发设计项目作为教学载体的研究与实践
作者：刘江南 吴长德 杨 华 韩 旭 周长江
关键词：产品研发；设计项目；载体；课程教学
机械设计类课程是指跟机械运动方案设计、机械结构设计、强度设计等内容紧密联系、相互关联的课程群，包括机械原理、机械设计、几何精度设计、机械设计基础、机械优化设计等，是机械类和与机械类相近专业类学生的必修课程。以产品研发设计项目为载体对该类课程的教学进行研究和实践，是一种新的尝试。
一、产品研发设计项目作为教学载体的可行性
1、教学环节条件 我校从2006级学生开始，全面推进弹性学制下的学分制改革，实施“通识教育”和“专业教育”两个阶段人才培养模式。机械设计类课程正好跨越两个教学平台，处于两个教育阶段相衔接的重要位置。在新的培养方案中，为确保在课程教学的全过程中实践教学有明确的主线、且始终不断线，相对减少了专业教育阶段的课内学分，加大了实验、实践环节的学分及课外时间的比重，由此，设计类课程教学也具备了比以往更多的弹性空间。
2、师资条件 机械设计类课程的教学必须适应工程的实际需要，要成为这类课程合格的主讲教师，必须具备一定的工程背景。我校这类课程的教学团队中，1／3以上的教师具有在工厂和设计院等工程一线工作的经历，而大部分教师通过参加科研项目不断提高自身的工程素质。2008年1月，学校推出了支持工科教师进一步增强工程实际背景的有关政策，将为本项改革提供更好的人力资源保障。
3、学生条件 教师只是教学的主导，学生才是教学的主体。任何教学活动只有通过学生的积极参与才可能取得成效。我校作为国家“211工程”、“985工程”学校，生源充足且质量较高。从近年来学校参加大学生创新训练项目的人数逐年增长和历年来机械设计课程教学的情况可以看出，学生积极配合学校教改活动、创新热情高涨，只要正确引导，他们都有出色的表现。
二、产品研发设计项目作为教学载体的探索
1、产品选择 研发产品的选择是本项改革的难点所在。选择的产品作为学生学习的载体，从课堂学习到习题作业、从基础和综合实验到提高性的创新实验、从课程大作业到课程设计等环节都要有足够的内容和空间来承载学生的训练。研发项目的设计既要注重在内容上基本涵盖理论课程各章节的知识面，又要把握项目的难易程度和可操作性，还要激发学生对课题的兴趣，在给学生提供全面基础训练的同时，有利于激发学生的动手欲望，让他们感受成功的喜悦而最大限度地挖掘创新的潜能。
我们选择的产品一般具有3个以上的子功能，其运动形式和规律各有不同，适合安排3～4人一组方便地合作与分工，如机械手、理糖机等都是比较成功的选择。但有些产品在课程知识面的涵盖方面还需进一步探索与协调。如某些玩具产品只适合在机械原理课程期间训练，因为轴系结构过于简单而不适于在机械设计课程期间设计：又如鱼雷发动机项目比较适合机械设计课程期间训练而不便在机械原理课程期间进行。选择一个合适的产品往往要经过不断的调整和修改才能满足各门课程教学的需要。
2、组织实施 基于研发设计的教学改革，对教师的教学投入是一大挑战，因为项目实施是一个日常而又漫长的过程。组织实施中，我们着重抓住课程讲授、课堂讨论、作业训练、实践训练、辅导材料以及教学考核等六个主要环节，将这些环节导向研发项目。
课堂讲授内容贯彻少而精，与教材体系适当分开，突出重点，避免“照本宣科”、“满堂灌”。例如对于挠性传动部分，因为链传动比较常见、教材改版后其内容短小精悍而且不太难，所以在课内讲授完带传动就布置学生自学链传动，然后针对研发产品某个子功能的执行机构进行设计，习题课时老师再给予一定的指导。通过减少课内讲授学时、增加讨论课时、扩大课外学时，实现双向交流式课堂教学。
讨论课的组织是一项非常精细的工作，需要设计和引导好每一个环节。不仅需要备课充分，而且要预见到可能发生的许多状况，设计好对策。讨论时，我们通常将学生分成小组分别讨论，老师轮流参与其中，最后由老师集中总结、指导。这种方式的缺点是老师不能出席每个组的全部过程，只是蜻蜓点水地巡视一番，备课时要有足够的预计才能在巡视时有的放矢、最后总结中说到要点。有时我们也采取另一种形式，由各组派代表在全班作报告，但这样所花的时间比较长。讨论课的组织还与学生人数密切相关，这也是课前需要预见的。
作业训练一改过去孤立地就事论事的练习方式，第一周就组织学生对研发产品进行调研，写出调研报告，后期每完成一类机构、传动或零部件的课堂学习，就要求学生相应完成研发产品中某个子功能的执行系统或传动系统的方案或结构设计，课外做好横向(与同组同学)和纵向(与自己以前用其他类型的机构、传动或零部件结构解决的)对比，写出分析报告，习题课上进行讨论。
实践训练环节，一方面我们继承十余年来将机械原理和机械设计两门课程设计打通进行创新设计的做法，在引入研发产品这一载体后让学生侧重于对作业训练结果进行改进与优化以及对研发产品机械系统的整合优化；另一方面，充分利用新教学计划增设独立实验课程、加大综合性和设计性实验比例的有利条件，促使学生更多地参与探索性与创造性实验，满足不同类型、不同阶段、不同兴趣爱好学生的需求。
参考资料方面，除了常规的教材、课程设计指导书、实验指导书、习题及解答等，与研发产品的相关的材料则需要老师自己收集整理并转发给学生，更需要教师引导学生利用图书馆、网络、生产企业和产品市场去调研收集相关资料。
3、考核评价 基于产品研发设计的课程教学是一个全新的注重过程和实践的教学活动，对其“教”与“学”的考核评价需要新的体系。为此，我们进行了如下尝试：
对“教”的评价，一方面按照学校的组织安排由督导团随堂听课进行评教、学生期终通过教务系统进行评教，另一方面，我们积极探索学生评教的新模式，采取问卷调查、找学生代表座谈、课堂征求意见等方式，及时掌握学生的感受与评价，调整和改进教学计划与方法。
对“学”的评价，利用课程考核这一重要导向因素，大胆地改革以往期末考试成绩占80％的做法，将教学过程和实践考查的成绩比例由20％提高到40％，激励学生在整个学习过程中付出努力。教学过程和实践考查的内容包括开题报告、课后练习、设计分析报告、实验成绩、讨论课随堂答辩、期中半开卷考试等。
通过这些尝试，更真实地反映了教学效果和学风状况，形成了鼓励研究性学习、激励追求卓越、同时又容忍过错的良好氛围。
三、产品研发设计项目作为载体教学的效果
该项改革我们在部分班级探索了一年多。其教学效果主要体现在四个方面：
(1)学生设计能力得到全面锻炼。如过去只在课程设计时采用凸轮机构设计的某执行机构，现在结合课程学习对同一载体进行了杆机构、齿轮机构、间歇运动机构等多种方案设计，并进行了横向和纵向的比较分析，课程设计时再进行优化设计。
(2)学生自学能力得到提高。教学中要求学生自学教材某些章节并上交作业，刚开始有学生反映有的内容看不懂，甚至有些图表都不会用。经过引导，后来不仅学会了通过图书馆、网络等渠道查阅大量的相关资料，而且熟悉了如何使用这些资料完成自己的作业和报告。
(3)学生的表达能力大大加强。第一次讨论课展示了个别错误百出而又具有代表性的调查报告，多次引起哄堂大笑。从此，绝大多数同学不仅认真学习了Word、Powerpoint等基本工具，减少了报告、作业等材料中的错误，还能够大胆上台讲解自己的设计，图纸质量也一次比一次提高。后来的讨论课很难找到“错误典型”了。
(4)学生的创新能力得到提高。研发产品对于学生来说是一个全新的东西，没有样机和样图，全靠自己一步一步去设计、创造。从开始的一脸茫然，到最后任意修改一个方案都能很快上手，过程的锻炼使他们不仅信心大增，而且思维开阔、方法多样。
以产品研发设计项目作为机械设计类课程教学的载体，不仅必要而且可行。通过我们一年多在课堂教学、习题作业、课程大作业、课程设计以及实验等教学环节的探索与实践，证明该项改革是有效的。
[责任编辑 文和平]