基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目教學(xué)法在實(shí)踐課程中的應(yīng)用探索

[摘 要] 為適應(yīng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高工程實(shí)踐能力培養(yǎng)效果，針對(duì)實(shí)踐課程綜合性強(qiáng)、重理論和輕實(shí)踐等問題，在實(shí)踐課程教學(xué)中以項(xiàng)目案例教學(xué)為主線，實(shí)踐任務(wù)驅(qū)動(dòng)課堂教學(xué)的指導(dǎo)思想，對(duì)教學(xué)方案進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和規(guī)劃，以任務(wù)訓(xùn)練教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)進(jìn)程和評(píng)價(jià)方法，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，從多方面啟迪和引導(dǎo)學(xué)生，在實(shí)踐中鍛煉學(xué)生，挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力。通過以“機(jī)械CAD軟件開發(fā)技術(shù)”課程為實(shí)施案例，達(dá)到了提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

[關(guān)鍵詞] 項(xiàng)目教學(xué)法;實(shí)踐課程;任務(wù)驅(qū)動(dòng);教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 2020年度北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究課題“20內(nèi)涵發(fā)展定額——課程建設(shè)”（YS20-1006752-060）

[作者簡(jiǎn)介] 張乃龍（1976—），男，山東郯城人，博士，北京工業(yè)大學(xué)材料與制造學(xué)部高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事數(shù)字化設(shè)計(jì)研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）45-0117-04? ?[收稿日期] 2021-02-05

一、引言

工程教育專業(yè)認(rèn)證要求學(xué)生具有解決復(fù)雜工程問題的能力，這就要求在教學(xué)中要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)[1，2]。實(shí)踐能力的培養(yǎng)落實(shí)到教學(xué)上，就是要重視實(shí)踐課程并提高其教學(xué)的有效性，注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力[3-6]，通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，通過項(xiàng)目教學(xué)或案例教學(xué)等教學(xué)改革提升教學(xué)效果[7-10 ]。我?！皺C(jī)械CAD軟件開發(fā)技術(shù)”是一門綜合性實(shí)踐課程，該課程涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)軟件與程序設(shè)計(jì)等多個(gè)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，對(duì)學(xué)生前期的知識(shí)積累和基本編程技能要求較高。針對(duì)課程早期教學(xué)中重理論、輕實(shí)踐，學(xué)生學(xué)習(xí)效率低和缺乏應(yīng)用能力等問題，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行了探討，經(jīng)過多年的探索實(shí)踐，提出了基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目教學(xué)模式。

二、教學(xué)現(xiàn)狀和問題分析

“機(jī)械CAD軟件開發(fā)技術(shù)”課程按照傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)安排，該課程的教學(xué)以理論教學(xué)為主，實(shí)踐課為輔，實(shí)踐課時(shí)占整門課程學(xué)時(shí)的比例較小，并且實(shí)踐以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。課程講解內(nèi)容包括軟件開發(fā)基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)、工程圖表的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)插值處理、數(shù)據(jù)庫(kù)操作和AutoCAD二次開發(fā)等。在教學(xué)過程中表現(xiàn)出的問題有：（1）課堂教學(xué)內(nèi)容以理論教學(xué)為主，教學(xué)內(nèi)容較多且難度較大，學(xué)生理解和掌握困難。（2）純理論教學(xué)導(dǎo)致課堂內(nèi)容枯燥，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，課堂教學(xué)效果差。（3）沒有具體示例訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生普遍存在不知道將所學(xué)知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用在何處、如何應(yīng)用的困惑。（4）較少課時(shí)的實(shí)踐無(wú)法達(dá)到實(shí)踐要求，既達(dá)不到實(shí)踐效果，又會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理。

三、基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目教學(xué)模式設(shè)計(jì)

為了有效提高學(xué)生的上課積極性和課堂氛圍，使教學(xué)內(nèi)容具有更強(qiáng)的針對(duì)性，通過對(duì)課程知識(shí)體系進(jìn)行梳理，根據(jù)學(xué)生的上課情況、學(xué)生反饋和評(píng)價(jià)信息、聽課專家提出的指導(dǎo)意見，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)安排和教學(xué)方法進(jìn)行了探討。以利于學(xué)生掌握為前提，并以課堂學(xué)習(xí)目標(biāo)明確、學(xué)練結(jié)合、理論學(xué)習(xí)和技能鍛煉相輔相成的思路重新規(guī)劃了課程教學(xué)方法，提出了以項(xiàng)目案例教學(xué)為主線，實(shí)踐教學(xué)為主導(dǎo)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)為動(dòng)力，以練促講、以練促學(xué)的教學(xué)思路，教學(xué)模式見圖1。該教學(xué)模式已連續(xù)實(shí)施多年，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和方法逐步進(jìn)行了完善，教學(xué)效果有了顯著提高。

四、課程教學(xué)流程設(shè)計(jì)

針對(duì)“機(jī)械CAD軟件開發(fā)技術(shù)”課程教學(xué)目標(biāo)及課程知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)要求，改變?cè)械陌凑鹿?jié)進(jìn)行教學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)方式，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目教學(xué)模式重修對(duì)教學(xué)安排進(jìn)行規(guī)劃。課程以帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)為教學(xué)項(xiàng)目案例，教學(xué)課程內(nèi)容圍繞帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)各模塊功能的實(shí)現(xiàn)展開，將教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的講解穿插其中。實(shí)踐課時(shí)和課堂學(xué)時(shí)各占50%，實(shí)踐教學(xué)和課堂講解交替進(jìn)行，實(shí)踐課堂教學(xué)以學(xué)生操作為主。在進(jìn)行課堂教學(xué)時(shí)通過項(xiàng)目模塊的功能實(shí)現(xiàn)和所需技術(shù)引出課堂教學(xué)的內(nèi)容，使學(xué)生明確近階段的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)要求，然后通過課堂教學(xué)重點(diǎn)講解涉及的理論問題，使理論教學(xué)目標(biāo)更加明確，有較強(qiáng)的針對(duì)性，上課內(nèi)容不再枯燥。每個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)踐內(nèi)容和課堂作業(yè)，使學(xué)生增強(qiáng)主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，自主完成相關(guān)內(nèi)容訓(xùn)練，從而掌握所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。具體執(zhí)行流程：（1）課程以實(shí)現(xiàn)帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)為目標(biāo)，系統(tǒng)的具體功能實(shí)現(xiàn)貫穿整個(gè)課程。（2）對(duì)于教學(xué)要求的內(nèi)容不再按章節(jié)集中講解，而是按照系統(tǒng)功能模塊開發(fā)順序，講解模塊實(shí)現(xiàn)所需的技術(shù)和理論知識(shí)，分階段逐步覆蓋全部課堂內(nèi)容。（3）對(duì)軟件的功能模塊進(jìn)行分割，每次實(shí)踐訓(xùn)練完成一定的功能目標(biāo)。（4）每個(gè)獨(dú)立的功能模塊作為一次考核作業(yè)，注重功能實(shí)現(xiàn)，輕編程技巧的使用，重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用。（5）講授內(nèi)容力求簡(jiǎn)潔，以實(shí)現(xiàn)開發(fā)目標(biāo)為主，具體編程技術(shù)要求學(xué)生根據(jù)需要自學(xué)，教師根據(jù)問題進(jìn)行具體指導(dǎo)。（6）課程結(jié)束時(shí)完成帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)要求的基本功能。具體課堂流程見圖2。

五、教學(xué)方案的具體實(shí)施

（一）課前準(zhǔn)備

在課程開始前，根據(jù)帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)過程及設(shè)計(jì)目標(biāo)，結(jié)合教學(xué)要求，教師首先自己完成帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)，掌握設(shè)計(jì)過程中涉及的技術(shù)細(xì)節(jié)及開發(fā)難點(diǎn)，以便合理安排教學(xué)計(jì)劃，并把設(shè)計(jì)結(jié)果作為課堂教學(xué)案例進(jìn)行講解，以利于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解。

（二）軟件系統(tǒng)功能及實(shí)踐教學(xué)任務(wù)分解

1.帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)初始參數(shù)輸入模塊開發(fā)。根據(jù)帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)已知條件，設(shè)計(jì)完成初始參數(shù)輸入界面，用戶根據(jù)已知條件輸入傳動(dòng)功率，以及傳動(dòng)比、轉(zhuǎn)速，選擇工作條件，系統(tǒng)自動(dòng)查找工況系數(shù)表，提取工況系數(shù)，計(jì)算設(shè)計(jì)功率值。課堂講解基本的與界面編程相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，實(shí)踐課堂演示實(shí)現(xiàn)過程，學(xué)生自主編程實(shí)現(xiàn)初始參數(shù)輸入模塊。計(jì)算設(shè)計(jì)功率所需的工況系數(shù)、表格數(shù)據(jù)處理和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)在下節(jié)課進(jìn)行教學(xué)講解。

2.帶型選擇及速度校核設(shè)計(jì)。在完成參數(shù)輸入模塊的基礎(chǔ)上，開發(fā)帶型選擇和速度校核模塊，要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)用戶根據(jù)帶輪轉(zhuǎn)速和設(shè)計(jì)功率進(jìn)行帶型選擇，并進(jìn)行帶速校核。當(dāng)用戶選擇帶型后，系統(tǒng)自動(dòng)讀取相應(yīng)帶輪基準(zhǔn)值填充下拉列表框。開發(fā)過程中要求學(xué)生掌握帶輪基準(zhǔn)值表格的數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)方法、數(shù)據(jù)庫(kù)讀取技術(shù)。

3.帶長(zhǎng)選擇及帶數(shù)計(jì)算。在完成前期模塊的基礎(chǔ)上，傳遞計(jì)算結(jié)果，確定中心距、選擇帶長(zhǎng)和并計(jì)算帶數(shù)。要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)：（1）顯示前期設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果。（2）根據(jù)輸入中心距計(jì)算帶長(zhǎng)并自動(dòng)選擇標(biāo)準(zhǔn)帶長(zhǎng)值。（3）根據(jù)選擇數(shù)據(jù)自動(dòng)查表計(jì)算所需帶數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需自動(dòng)查找?guī)Щ鶞?zhǔn)長(zhǎng)度及長(zhǎng)度系數(shù)表、基本額定功率表、額定功率增量表和包角系數(shù)表等。學(xué)生需掌握各類表格數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)化及存儲(chǔ)方式選擇、讀取及數(shù)據(jù)查找等技術(shù)。

4.圖形自動(dòng)繪制。根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，查找和計(jì)算零件結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)繪制帶輪零件圖，包括尺寸和公差標(biāo)注。要求學(xué)生掌握基本的基于VBA的Autocad二次開發(fā)指令，練習(xí)基本繪圖、尺寸標(biāo)注和文字處理的方法。

（三）課堂教學(xué)內(nèi)容分解

1.軟件開發(fā)基礎(chǔ)。軟件開發(fā)技術(shù)是本課程要求的基礎(chǔ)技能，但工科學(xué)生一般僅僅學(xué)過C語(yǔ)言，且學(xué)習(xí)的內(nèi)容較少，還達(dá)不到自主編程的水平。而編程技術(shù)不是本課的重點(diǎn)，不可能花費(fèi)太多時(shí)間系統(tǒng)地講解編程技術(shù)，且單純地講解并不能有效提高學(xué)生的編程技能，因此采取邊學(xué)邊練，結(jié)合實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求只講用到的，簡(jiǎn)化講解內(nèi)容。針對(duì)本課程特點(diǎn)和課時(shí)較少的問題，選用Visual Basic語(yǔ)言進(jìn)行軟件系統(tǒng)開發(fā)。該語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)、上手快，學(xué)生容易接受，不會(huì)產(chǎn)生編程恐懼心理。結(jié)合學(xué)習(xí)過的C語(yǔ)言基礎(chǔ)，本課程主要講述以下內(nèi)容：基本界面編程、基本語(yǔ)法和邏輯結(jié)構(gòu)，學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的界面編程和算法實(shí)現(xiàn)即可。

2.工程圖表數(shù)據(jù)處理。在帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)過程中，需要查找手冊(cè)上大量的圖表，包括工作情況系數(shù)表、基本額定功率表、額定功率增量表、選型圖、基準(zhǔn)直徑系列表、帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度及長(zhǎng)度系數(shù)表、V帶截面尺寸表和包角系數(shù)表等。自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要把這些工程圖表數(shù)據(jù)化并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，以便計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)用和查找。針對(duì)不同的圖表格類型及數(shù)據(jù)量的大小，具體講解圖表的處理方法及計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和使用技術(shù)。

3.數(shù)據(jù)處理。有些數(shù)據(jù)在使用的時(shí)候，并不能從表中直接查找到需要的數(shù)據(jù)，需要對(duì)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理才能使用，如包角系數(shù)表、基本額定功率及功率增量表等，根據(jù)數(shù)據(jù)使用要求，講解基本數(shù)據(jù)插值方法和編程實(shí)現(xiàn)，要求學(xué)生至少掌握直線插值和拋物線插值兩種方法，并編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)查找及插值運(yùn)算。

4.數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。對(duì)于數(shù)據(jù)量較大的表格，如基本額定功率、額定功率增量表、V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度表等，由于數(shù)據(jù)量較大，不適合直接存儲(chǔ)到系統(tǒng)內(nèi)，需要利用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，這就要求學(xué)生掌握基本的數(shù)據(jù)庫(kù)操作技術(shù)，包括數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、調(diào)用、讀寫。針對(duì)具體需求，數(shù)據(jù)庫(kù)選用Accesss，該數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)單易學(xué)，且易于操作。教學(xué)內(nèi)容包括利用Access建立數(shù)據(jù)庫(kù)的方法及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法，利用Visual Basic進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)讀取的基本操作步驟。提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)讀取模塊，方便學(xué)生調(diào)用，由于數(shù)據(jù)庫(kù)操作相對(duì)較難，要求學(xué)生能夠按照步驟使用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取即可。

5.基于VBA的Autocad二次開發(fā)。完成所有計(jì)算過程后，根據(jù)取得帶輪的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行大小帶輪二維圖的自動(dòng)繪制。講解編程實(shí)現(xiàn)初始設(shè)置等基本設(shè)置指令函數(shù)及使用方法，具體繪圖環(huán)節(jié)講解基本的繪圖指令函數(shù)，包括基本繪圖、尺寸標(biāo)注、粗糙度和形位公差的標(biāo)注和鏡像等函數(shù)，結(jié)合實(shí)例演示命令函數(shù)的使用。

六、課程考核要求

為了保證課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，督促學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)，嚴(yán)格要求課程考核，以促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自主完成作業(yè)。同時(shí)，通過考核環(huán)節(jié)的相關(guān)要求，培養(yǎng)學(xué)生及時(shí)完成工作任務(wù)，獨(dú)立自主地做好自己的事情，在工作中培養(yǎng)學(xué)生誠(chéng)實(shí)守信的良好行為習(xí)慣和道德品質(zhì)。（1）總成績(jī)根據(jù)課堂考勤和作業(yè)評(píng)定，課堂占20%，作業(yè)和答辯占80%。（2）每個(gè)主要模塊為一次小作業(yè)，最后完成的軟件系統(tǒng)為課程大作業(yè)，寫出系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。每次作業(yè)按百分制單獨(dú)打分，根據(jù)加權(quán)計(jì)算總成績(jī)。（3）每次作業(yè)規(guī)定提交時(shí)間，逾期不交者該次作業(yè)成績(jī)?yōu)?分。

通過這幾個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)和鍛煉，學(xué)生通過學(xué)習(xí)和模仿能夠很好地完成課程大作業(yè)，對(duì)于課程基本理論知識(shí)有較深的理解，并能把相關(guān)理論應(yīng)用到編程實(shí)踐，提高了學(xué)生的基本編程技能。

七、結(jié)語(yǔ)

以案例教學(xué)為主線、實(shí)驗(yàn)教學(xué)推動(dòng)課堂的教學(xué)方法已實(shí)施了多年，在教學(xué)過程中收到了良好的教學(xué)效果，學(xué)生在課程結(jié)束后給予了較高的評(píng)價(jià)，也獲得了校教學(xué)督導(dǎo)專家的認(rèn)可。通過該課程的學(xué)習(xí)和軟件系統(tǒng)的自主開發(fā)，使學(xué)生更好地掌握了課堂所教授的理論知識(shí)和基本的編程技術(shù)，為學(xué)生走上工作崗位、從事相關(guān)工作打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]謝貴重，鐘玉東，何文斌，等.新工科地方本科高校機(jī)械專業(yè)應(yīng)用能力培養(yǎng)機(jī)制研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（1）：295-296.

[2]陳志榮，荊廣珠.新工科背景下數(shù)據(jù)工程能力培養(yǎng)的探索與實(shí)踐[J].高等工程教育研究，2019（1）：71-75.

[3]陳友媛，辛佳，楊世迎，等.混合式實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力的探討[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2019，38（4）：205-208.

[4]曾禮平，朱文玉.基于調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性的《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)改革實(shí)踐[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2019（22）：179-180.

[5]張乃龍，趙京.構(gòu)建綜合工程實(shí)踐能力培養(yǎng)體系的探討[J].中國(guó)電力教育，2014（8）：23-24.

[6]蔣占四，王衍學(xué)，鄭偉光.面向工程能力培養(yǎng)的《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].輕工科技，2015，31（2）：154-155.

[7]陸峰，魏春雨，高龍飛，等.基于項(xiàng)目意識(shí)的學(xué)生綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)——以“機(jī)械制造專業(yè)實(shí)踐”課程改革為例[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2019，21（3）：315-319.

[8]陳鑫.基于項(xiàng)目——任務(wù)驅(qū)動(dòng)混合教學(xué)模式下大學(xué)生工程能力培養(yǎng)的研究與實(shí)踐[D].成都：四川師范大學(xué)，2018.

[9]宋艷.基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的模擬電子技術(shù)教學(xué)模式研究

[J].中國(guó)科技信息，2013（9）：204.

[10]朱英霞.《機(jī)械制造工藝學(xué)》實(shí)踐案例整體貫穿式教學(xué)模式探索[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（92）：50-53.

Application Research on Task-driven Project Teaching Method Based on Practical Courses

ZHANG Nai-long

（Faculty of Materials and Manufacturing， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China）

Abstract： In order to meet the training requirements of applied talents， mobilize students learning enthusiasm and improve the training effect of engineering practical ability， in view of the problems of strong comprehensiveness of practical courses， emphasizing theory and neglecting practice， the teaching scheme is redesigned and planned with project case teaching as the main line and practical task-driven classroom teaching as the guiding ideology. With task training as the teaching objective， teaching process and evaluation methods are optimized and the design of practical teaching content is enhanced to enlighten and guide students from many aspects， exercise students in practice and tap students learning potential. The goal of improving teaching quality has been achieved by taking the course of Software Development Technology for Mechanical CAD as the implementation case.

Key words： project teaching; practical courses; task-driven; teaching reform