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摘要：目前我国工科院校机械设计的教学基本采用传统的LBL教学模式，不能满足对创新创业人才培养的要求。将PBL教学模式引入到机械设计教学中，并举例说明了PBL教学模式在机械设计教学中的应用，实践证明该教学法可以提高学生的学习兴趣，培养学生的主动学习能力，提高学生的综合素质。
关键词：PBL；机械设计；教学模式
本文引用格式：吴晖，等.PBL教学模式在机械设计教学中的应用[J].教育现代化,2019,6(18):182-183.
一 引言
PBL（problem-based learning）教学模式是以问题为导向的教学方法，是基于现实世界的以学生为中心的教育方式。PBL教学模式在国外并不是一种新的教学模式，在1969年，美国医学教育改革先驱Barrows教授真正把PBL教学模式引入到加拿大的麦克马斯特大学的日常教育中，经过不断地改进，目前在国外这种教学模式越来越多地被应用到商业教育、建筑教育、工程教育、法律教育、社会工作教育等其它教学领域，具有相当成功的经验。[1,3]20世纪80年代中期，我国一些西医院校开始试行PBL教学模式。最近几年，中国医科大学、广州大学、南京师范大学等高校，各专业不同程度地采用了PBL教学模式，收到了很好的效果，但PBL教学模式在我国工科专业的教学中仍处于探索阶段，运用较少。
《机械设计》是一门以一般通用零件的设计为核心的综合性专业主干课程，具有很强的理论性、技术性，既要求学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本方法，又要使学生具备设计机械传动装置和简单机械的能力，具备初步从事机械产品设计和开发的能力。而目前我国工科院校机械设计的教学基本沿用传统的LBL（lecture-based learning）教学模式，随着我国对创新创业人才培养的要求，如何培养学生的创新能力、问题意识、实践能力、知识综合和知识获取能力等变得十分重要，而传统的LBL教学法显然不能满足这一要求。我校机械设计课程组在机械设计课程的教学中对引入PBL教学模式进行了实践和探索。
二 PBL在机械设计教学中的应用
PBL运用于工程学习是一种“围绕实际问题或实际载体的问题设定型”的学习模式。由此，运用于工程基础学习的PBL是一种以实际问题为学习载体，在问题的提取、问题的解决、问题的思考方法、交流和沟通5个方面进行综合能力培养的学习模式，从PBL所体现的训练内容和要求来看，在教学过程中该模式强调的是以学生为中心，而不是以教师为中心。[2,3,5,6]
（一）机械设计理论教学中引入PBL
传统的LBL教学模式，虽不利于学生自主学习能力、辨别思维能力和创新创业能力的培养，但知识传授效率高，传授的知识点之间逻辑性较强，结构较为系统，可以较好地达成预定的教学目标。PBL教学模式下机械设计的教学过程中，所创设的问题一般综合性较强，问题的解决往往涉及多门学科，受教学内容，教学学时，相关学科课程设置以及教学条件等的限制，在教学中完全采用PBL教学法是不现实的，也是有难度的。[4]基于此，课程组在机械设计的教学中，对基本知识和基本理论仍采取LBL教学方法系统讲授，在每章的基本知识和基本理论讲授之前创设若干问题引入PBL教学法。以带传动这一章的讲授为例，在进行基本知识和基本理论的讲授之前，先给学生创设问题，要求根据给定参数对带传动进行三维设计，这一问题的解决要求学生首先完成带传动的设计计算，并对组成带传动各个零件进行结构设计，再利用三维软件对各零件进行三维建模，最后实现带传动的三维装配。在进行基本知识和基本理论讲授的同时，引导学生同步进行设计计算和结构设计，向学生推荐几种常用的三维软件，如Solidworks、Pro/E、UG、Catia等，学生通过自学掌握某种软件的基本操作，完成零件的三维建模和带传动的三维装配。学生往往对结构设计缺乏认识，通过三维建模和三维装配，可以加深学生对结构的具体认识，同时三维设计的结果又可以验证自己设计计算的正确和合理性。在整个过程中，学生表现出很高的兴趣，遇到困难的时候，通过向老师答疑，互相讨论、查阅资料主动寻求问题解决，当发现设计结果不合理的时候，他们会主动返回寻找原因，修改设计。这不仅使学生能更好地掌握带传动的基本知识和理论，加深对传统设计方法的认识，而且能够使学生初步接触到现代设计方法，有利于提高学生的设计能力。
（二）依托机械创新设计大赛实行机械设计PBL教学
全国大学生机械创新设计大赛是机械专业大学生展示自己综合素质的重要平台，也给每一位从事机械设计教学的教师提出了挑战。我校机械设计课程组主要负责我校机械专业学生参加这一赛事的组织和指导工作。课程组教师充分依托这一大赛，开展PBL教学，提高学生的综合设计能力。每一届机械创新设计大赛都会提出一个主题，围绕主题规定设计内容，解决现实生活中的实际问题。例如第七届主题为“服务社会——高效、便利、个性化”，内容为“1）钱币的分类、清点、整理机械装置；2）不同材质、形状和尺寸商品的包装机械装置；3）商品载运及助力机械装置的设计与制作”。第八届全国大学生机械创新设计大赛的主题为“关注民生、美好家园”，内容为“1）解决城市小区中家庭用车停车难问题的小型停车机械装置的设计与制作；2）辅助人工采摘包括苹果、柑桔、草莓等10种水果的小型机械装置或工具的设计与制作”。在机械设计的教学过程中，课程组教师及时向学生介绍本届机械创新设计大赛的主题和内容，并进行详细解读，要求学生4-5人自由组队，通过查阅资料，经过小组讨论对大赛内容中的某个具体问题提出解决思路，并形成机械装置的工作原理方案。在学生上交的众多原理方案中，课程组教师经过讨论筛选出具有创新性且合理可行的方案，组织学生进一步完善方案，进行具体的设计和制作。由于问题的复杂性，涉及到机械原理、机械设计、三维设计、机械工程测试、机电控制、机械制造、计算机编程等多个学科的知识，学生现有的知识远远不足以解决问题，这就使得主动学习成为必要，同时，也使得小组的分工和协作成为必要。在设计、制作和机械装置调试过程中，会遇到各种问题，学生会主动查阅资料，积极讨论，寻求解决问题的方法。每周指导教师定期约见学生，询问学生的思考情况，项目的进展情况，对学生遇到的问题给出指导意见和解决途径，同时监控项目的进展，使问题的解决有计划地进行。从方案的提出到机械装置的制作完成，学生对机械设计知识的认识和理解得到升华，项目周期长达两年，学生由最初的自由组队到两年后带着自己的作品去参赛，收获的不仅是成功的喜悦，重要的是培养了学生团结协作的精神，主动学习、获取知识的能力，创新设计的能力以及坚持不懈、不断探索的科学品质，综合素质得到了全面提升。2016年由课程组教师指导学生完成的作品“硬币分拣整理计数机”获第七届全国大学生机械创新设计大赛一等奖，并授权了发明专利。2018年由课题组教师指导学生完成的作品“仿鹈鹕喉囔的苹果辅助采摘机”获第八届全国机械创新设计大赛江西省赛区一等奖。对于那些最初淘汰下来的方案，课程组教师则指导学生参与学校的“三小”（小制作、小发明、小论文）科技活动，在这个过程中学生的各方面能力同样得到提高。
三 总结
实践表明，在机械设计的理论教学中引入PBL教学方法，避免了传统的LBL教学方式下的学生对知识的被动接受，提高了学生的学习兴趣，有利于学生对知识的理解和掌握。借助全国大学生机械创新设计大赛创设的问题，在机械设计教学过程中开展PBL教学，学生对机械设计知识的认识和理解得到升华，既提高了动手设计能力，又培养了综合能力。
参考文献
[1]李泽辉.PBL教学模式的探索与实践[J].学园，2015,36：41-42.
[2]张琦.PBL教学法在工科教学中的应用[J].西安素质教育，2016,2（11）：156.
[3]方策,王启明,高安礼.PBL教学模式在机械基础实验教学中应用的探索思考[J].实验室技术与管理，2009,26（2）：120-122.
[4]杨艳红，钟相强，刘明彬.PBL与LBL结合教学模式在产品开发设计课程中的应用[J].安徽工业大学学报(社会科学版)，2015,29（3）：148-149.
[5]符兆英，田红英，高峰.基于问题学习教学模式的要素与方法及利弊探讨[J].延安大学学报(医学科学版),2011,9(1):69-71.
[6]唐洪．论PBL教学模式中教师的地位和作用[J]．中国成人教育，2006(9)：118-119.
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