机械类专业项目驱动式实践教学模式的探索与实践

1、机械类专业项目驱动式实践教学模式的探索与实践机械学科是一门理论严谨、 实践性与应用性强的学科， 培养 理论基础扎实、实践能力强，具有组织能力、团队协作与协调能 力、决策判断与创新能力和工程意识的复合型人才， 既是经济社 会发展对人才素质的要求， 也是学生自我发展和增强就业竞争力 的现实需要。本文在广东海洋大学教育教学改革项目的资助下， 对机械类专业基于项目驱动的实践教学模式进行了探索和实践。 在分析团队组建方式、 项目负责人选择、 项目进展汇报模式三个 环节的基础上， 以“天然气压缩机智能监控与故障诊断系统”这 一项目为主线， 重点讨论了如何结合专业学位研究生培养， 以专 业学位研究生作为项目

2、实施小组负责人， 以三、 四年级本科生为 项目主要成员， 以导师为指导， 以项目为主线对学生进行多层次、 多元化的创新、实践能力培养。一、项目驱动式教学模式探索基于 CDIO（Conceive、Design、Implement 、Operate ，即 构思、设计、实现、运行）理念的项目驱动式教学是近年来活跃 在教育教学舞台上的当代教学模式。 它以项目为主线、 项目实现 为目标，实施以学生为主导的创新能力培养，促进学生对团队、 责任、工作任务的理解，同时以学生为中心，教师在整个项目实 施过程中起指导监督的作用， 提高学生创新能力和实际解决问题 的能力。 与传统的教学方法相比， 项目驱动教学法能更

3、大地激发 学生的学习兴趣和求知欲望， 充分调动学生的学习积极性和主动 性，从而培养学生自主学习、 分析问题、 解决问题的能力和协作、 创新、探索的精神。项目驱动式教学的特征是， 学生通过寻找完成工作任务的途 径与方法， 在真实的工作环境下带着任务学习， 围绕工作项目完 成调查研究、网络信息搜集、文献查阅、个人独立思考、学习方 案制订、讨论答辩、团队合作学习等各项相关的实践与创造活动。 因此，教师的引导与定期的进展汇报是项目实施的关键。（1）教师的引导项目驱动式教学的主体是学生， 教师主要发挥引导作用。 从 项目一开始，指导教师就要引导学生对项目内容进行目标分解， 对任务进行分工， 要求学生带着

4、项目或问题去学习， 以探索问题 来启发学生的学习兴趣和动机， 通过引导充分调动学生参与项目 与学习的积极性。 使学生在项目完成过程中获得学习能力和技术 应用能力。这种引导式教学要求指导教师必须对项目要解决的问题与 关键点有明确的了解， 能够预测学生在完成项目过程中易出现的 问题，并在实施过程中精心引导学生学会如何去发现问题、 思考 问题、寻找解决问题的办法。 在阶段任务完成之后需要及时总结 和指导，引导学生自己制订目标、分解任务，鼓励学生自己提出 问题，自己解决问题。（2）定期的项目进展汇报项目驱动式教学强调的是以工程项目的研发过程为引导， 采 用小组讨论与独立工作相结合的形式， 让学生独立进

5、行工程项目 的资料收集、方案调研、认证等实践工作，通过对项目的任务分 工和执行来培育学生的团队合作精神、 独立工作能力、交际能力 以及语言表达能力和自我管理能力。 各项目子团队或成员需要进 行定期的项目集中汇报，汇报内容应包括：项目建议，上一阶段 的任务完成情况，采用的主要手段与技术，存在的问题，拟解决 方案，进度安排等。其他成员从中可以了解不同的知识点与技术， 并了解项目的整体进度与各环节衔接状况，推动整个项目的顺利实施。交流讨论环节应重点培养学生的交流表达和分析问题能力。 为了激发所有团队成员的主动学习积极性，在各阶段都要求每个成员能利用多媒体进行口头报告并进行互评，让每个学生都能通过汇报

6、来展示其思考、质疑、研究、决定和呈现的能力。在讨论 时，教师鼓励学生集思广益、开拓思路、鼓励创新，讲解一些共 同的难点和重点，展开热门问题的讨论与方法交流， 并尽可能给 出多个与项目相关的应用案例， 鼓励学生查阅、了解各种同类与 近似项目的设计方案及设计理念，引导学生触类旁通，在思路上得到一些启发。由于团队学生成员的知识层次、 思维方式不同，在设计过程 中会出现不同的设计方案，教师应对错误明显的方案做适当地引 导、纠正，使方案尽量集中在较优秀的几个类别中，并引导学生 对几个相近方案进行比较、 遴选。考虑到团队成员的年级、 层次、 专业特长都有差异， 教师应根据每个学生个体差异来对其任务完 成情

7、况进行个性化的点评。 对高年级主力成员， 侧重于引导其在 查阅同类项目工作的基础上， 了解当前项目的最新技术进展， 综 合利用已学知识来解决遇到的问题； 对低年级学生， 则重点引导 其学习与具体任务相关的课程知识。二、项目驱动式教学的实践根据上述思路， 笔者以“天然气压缩机智能监控与故障诊断 系统”项目尝试进行项目驱动式教学。 该项目是教师的横向科研 项目，来源于企业研发需求，研发内容涉及压缩机的实时监控、 故障分析、 故障诊断系统研发三部分， 是一个综合性与复杂性较 大的实践工程项目。 在签订项目合同前， 指导教师对项目的前期 分析与需求、研发内容、主要技术路线、软件模块组成与功能的 要求都

8、非常明确。由于项目涉及的研发内容多、 工作量大， 企业给予的研发时 间周期短。 因此，指导教师不仅将此项目作为一名机械学科硕士 研究生的课题项目，借此项目完成一名全日制硕士研究生的培 养，并且根据项目研发内容，组建了液压传动、自动控制、程序 软件开发三个子方向的研发团队，每个子团队由23名本科生组成，以保证学生通过互相激励与协商完成各方向的研发内容。 研究生作为项目负责人负责整个系统的具体实现与各子部分的 衔接。项目开展后， 教师每周安排一次组内大讨论， 研究生每天负 责集中各子团队进行组间讨论， 分析当天的项目进展情况。 小问 题由组内讨论解决， 碰到大问题则通过研究生直接向指导教师请 示。

9、导师视情况，决定是否临时召开大组讨论，引导学生查阅资 料获取类似项目的技术路线、 解决方案与相关专业知识点， 用于 解决项目开发中遇到的问题。由于项目直接来源于企业真实需求， 与企业的实际生产、 工 作需求、企业现有设备资源、软硬件条件密切相关。因此，项目 的研发过程还必须与企业时刻保持联系，了解企业的软硬件资 源，以保证项目采用的技术路线与解决方案是企业可以接受的。 为此，课题指定研究生与企业方负责此项目的工程师对接， 详细 了解压缩机的工作环境、所需要的检测参数、相应的控制策略、 上下位机通讯所需端口与地址等信息， 并及时向各组成员反馈所 获取的企业方信息。 若有较大的技术方案变动， 则导

10、师再与企业 方技术负责人沟通并确定解决方案。例如在本项目的开发过程 中，遇到从下位机的数据读取速度难以满足压缩机的实时监控要 求，上位机采集到信息显示滞后于压缩机的实际运行状况。 对此， 项目团队一方面对原先以 Java 语言设计的软件进行完善来提高 读取速度；另一方面，根据企业方工程师建议，对当前普遍用于 实时监控的组态软件的性能与价格进行对比分析， 很多技术细节 则直接让研究生与组态软件公司的研发人员沟通， 以确认不同公 司的组态软件是否可以满足 500ms的数据读取速度。经过多次反 复，开发程序最终满足了企业的实时监控要求， 由此降低了压缩 机的制造成本（组态软件的成本约 2000 元/ 台）。更重要的是， 项目组成员也由此扩展了对相关行业技术的了解， 并对企业的生 产实践与实际工作有了更为直观的认识。经过一年半时间的项目研发， 验证了这种以企业实际工程项 目为载体开展自主和协作学习的方式能够充分激发学生的学习 兴趣。在教师的引导和帮助下， 所有参与项目研发的学生不仅掌 握了理论知识， 增强了实践能力， 而且掌握了自主学习和协作学 习的各种策略。 尤其是通过企业项目研发， 学生在校期间就获得 面