基于任务驱动的项目教学法在实践课程中的应用探索

[摘 要] 为适应应用型人才的培养要求，调动学生的学习积极性，提高工程实践能力培养效果，针对实践课程综合性强、重理论和轻实践等问题，在实践课程教学中以项目案例教学为主线，实践任务驱动课堂教学的指导思想，对教学方案进行重新设计和规划，以任务训练教学目标，优化教学进程和评价方法，加强实践教学内容设计，从多方面启迪和引导学生，在实践中锻炼学生，挖掘学生的学习潜力。通过以“机械CAD软件开发技术”课程为实施案例，达到了提高教学质量的目的。

[關键词] 项目教学法;实践课程;任务驱动;教学改革

[基金项目] 2020年度北京工业大学教育教学研究课题“20内涵发展定额——课程建设”（YS20-1006752-060）

[作者简介] 张乃龙（1976—），男，山东郯城人，博士，北京工业大学材料与制造学部高级实验师，主要从事数字化设计研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）45-0117-04   [收稿日期] 2021-02-05

一、引言

工程教育专业认证要求学生具有解决复杂工程问题的能力，这就要求在教学中要加强对学生工程实践能力的培养[1，2]。实践能力的培养落实到教学上，就是要重视实践课程并提高其教学的有效性，注重培养学生的动手能力和创新能力[3-6]，通过任务驱动提升学生的学习积极性，通过项目教学或案例教学等教学改革提升教学效果[7-10 ]。我校“机械CAD软件开发技术”是一门综合性实践课程，该课程涉及机械设计、计算机软件与程序设计等多个学科的相关知识，对学生前期的知识积累和基本编程技能要求较高。针对课程早期教学中重理论、轻实践，学生学习效率低和缺乏应用能力等问题，对课程教学内容和教学方法进行了探讨，经过多年的探索实践，提出了基于任务驱动的项目教学模式。

二、教学现状和问题分析

“机械CAD软件开发技术”课程按照传统学科教学安排，该课程的教学以理论教学为主，实践课为辅，实践课时占整门课程学时的比例较小，并且实践以验证性实验为主。课程讲解内容包括软件开发基础、程序设计、工程图表的数据处理、数据插值处理、数据库操作和AutoCAD二次开发等。在教学过程中表现出的问题有：（1）课堂教学内容以理论教学为主，教学内容较多且难度较大，学生理解和掌握困难。（2）纯理论教学导致课堂内容枯燥，学生的学习积极性不高，课堂教学效果差。（3）没有具体示例训练，导致学生普遍存在不知道将所学知识点应用在何处、如何应用的困惑。（4）较少课时的实践无法达到实践要求，既达不到实践效果，又会使学生产生畏惧心理。

三、基于任务驱动的项目教学模式设计

为了有效提高学生的上课积极性和课堂氛围，使教学内容具有更强的针对性，通过对课程知识体系进行梳理，根据学生的上课情况、学生反馈和评价信息、听课专家提出的指导意见，对课程教学内容、教学安排和教学方法进行了探讨。以利于学生掌握为前提，并以课堂学习目标明确、学练结合、理论学习和技能锻炼相辅相成的思路重新规划了课程教学方法，提出了以项目案例教学为主线，实践教学为主导，任务驱动为动力，以练促讲、以练促学的教学思路，教学模式见图1。该教学模式已连续实施多年，对教学内容和方法逐步进行了完善，教学效果有了显著提高。

四、课程教学流程设计

针对“机械CAD软件开发技术”课程教学目标及课程知识点的学习要求，改变原有的按章节进行教学的传统教学方式，以任务驱动项目教学模式重修对教学安排进行规划。课程以带传动设计系统的开发为教学项目案例，教学课程内容围绕带传动设计系统各模块功能的实现展开，将教学知识点的讲解穿插其中。实践课时和课堂学时各占50%，实践教学和课堂讲解交替进行，实践课堂教学以学生操作为主。在进行课堂教学时通过项目模块的功能实现和所需技术引出课堂教学的内容，使学生明确近阶段的学习任务和学习要求，然后通过课堂教学重点讲解涉及的理论问题，使理论教学目标更加明确，有较强的针对性，上课内容不再枯燥。每个环节设计相应的实践内容和课堂作业，使学生增强主动学习的意识，自主完成相关内容训练，从而掌握所学的知识点。具体执行流程：（1）课程以实现带传动设计系统的开发为目标，系统的具体功能实现贯穿整个课程。（2）对于教学要求的内容不再按章节集中讲解，而是按照系统功能模块开发顺序，讲解模块实现所需的技术和理论知识，分阶段逐步覆盖全部课堂内容。（3）对软件的功能模块进行分割，每次实践训练完成一定的功能目标。（4）每个独立的功能模块作为一次考核作业，注重功能实现，轻编程技巧的使用，重点考查学生对所学知识点的应用。（5）讲授内容力求简洁，以实现开发目标为主，具体编程技术要求学生根据需要自学，教师根据问题进行具体指导。（6）课程结束时完成带传动设计系统的开发，实现要求的基本功能。具体课堂流程见图2。

五、教学方案的具体实施

（一）课前准备

在课程开始前，根据带传动设计过程及设计目标，结合教学要求，教师首先自己完成带传动设计系统的开发任务，掌握设计过程中涉及的技术细节及开发难点，以便合理安排教学计划，并把设计结果作为课堂教学案例进行讲解，以利于学生学习和理解。

（二）软件系统功能及实践教学任务分解

1.带传动设计初始参数输入模块开发。根据带传动设计已知条件，设计完成初始参数输入界面，用户根据已知条件输入传动功率，以及传动比、转速，选择工作条件，系统自动查找工况系数表，提取工况系数，计算设计功率值。课堂讲解基本的与界面编程相关的知识点，实践课堂演示实现过程，学生自主编程实现初始参数输入模块。计算设计功率所需的工况系数、表格数据处理和计算机存储在下节课进行教学讲解。

2.带型选择及速度校核设计。在完成参数输入模块的基础上，开发带型选择和速度校核模块，要求学生实现用户根据带轮转速和设计功率进行带型选择，并进行带速校核。当用户选择带型后，系统自动读取相应带轮基准值填充下拉列表框。开发过程中要求学生掌握带轮基准值表格的数据处理及数据库存储方法、数据库读取技术。

3.带长选择及带数计算。在完成前期模块的基础上，传递计算结果，确定中心距、选择带长和并计算带数。要求学生实现：（1）显示前期设计计算结果。（2）根據输入中心距计算带长并自动选择标准带长值。（3）根据选择数据自动查表计算所需带数。系统设计需自动查找带基准长度及长度系数表、基本额定功率表、额定功率增量表和包角系数表等。学生需掌握各类表格数据的计算机化及存储方式选择、读取及数据查找等技术。

4.图形自动绘制。根据系统自动计算的设计数据，查找和计算零件结构数据进行自动绘制带轮零件图，包括尺寸和公差标注。要求学生掌握基本的基于VBA的Autocad二次开发指令，练习基本绘图、尺寸标注和文字处理的方法。

（三）课堂教学内容分解

1.软件开发基础。软件开发技术是本课程要求的基础技能，但工科学生一般仅仅学过C语言，且学习的内容较少，还达不到自主编程的水平。而编程技术不是本课的重点，不可能花费太多时间系统地讲解编程技术，且单纯地讲解并不能有效提高学生的编程技能，因此采取边学边练，结合实验任务要求只讲用到的，简化讲解内容。针对本课程特点和课时较少的问题，选用Visual Basic语言进行软件系统开发。该语言简单易学、上手快，学生容易接受，不会产生编程恐惧心理。结合学习过的C语言基础，本课程主要讲述以下内容：基本界面编程、基本语法和逻辑结构，学生能够实现简单的界面编程和算法实现即可。

2.工程图表数据处理。在带传动设计过程中，需要查找手册上大量的图表，包括工作情况系数表、基本额定功率表、额定功率增量表、选型图、基准直径系列表、带基准长度及长度系数表、V带截面尺寸表和包角系数表等。自动设计系统需要把这些工程图表数据化并存储到计算机中，以便计算机自动调用和查找。针对不同的图表格类型及数据量的大小，具体讲解图表的处理方法及计算机存储和使用技术。

3.数据处理。有些数据在使用的时候，并不能从表中直接查找到需要的数据，需要对表中的数据进行插值处理才能使用，如包角系数表、基本额定功率及功率增量表等，根据数据使用要求，讲解基本数据插值方法和编程实现，要求学生至少掌握直线插值和抛物线插值两种方法，并编程实现自动查找及插值运算。

4.数据库技术。对于数据量较大的表格，如基本额定功率、额定功率增量表、V带基准长度表等，由于数据量较大，不适合直接存储到系统内，需要利用数据库进行数据存储，这就要求学生掌握基本的数据库操作技术，包括数据库的建立、调用、读写。针对具体需求，数据库选用Accesss，该数据库简单易学，且易于操作。教学内容包括利用Access建立数据库的方法及数据存储方法，利用Visual Basic进行数据库读取的基本操作步骤。提供标准数据读取模块，方便学生调用，由于数据库操作相对较难，要求学生能够按照步骤使用标准调用模块，实现数据的读取即可。

5.基于VBA的Autocad二次开发。完成所有计算过程后，根据取得带轮的基本结构参数，进行大小带轮二维图的自动绘制。讲解编程实现初始设置等基本设置指令函数及使用方法，具体绘图环节讲解基本的绘图指令函数，包括基本绘图、尺寸标注、粗糙度和形位公差的标注和镜像等函数，结合实例演示命令函数的使用。

六、课程考核要求

为了保证课堂教学和实验教学的效果，督促学生主动学习相关技术，严格要求课程考核，以促进学生自主学习和自主完成作业。同时，通过考核环节的相关要求，培养学生及时完成工作任务，独立自主地做好自己的事情，在工作中培养学生诚实守信的良好行为习惯和道德品质。（1）总成绩根据课堂考勤和作业评定，课堂占20%，作业和答辩占80%。（2）每个主要模块为一次小作业，最后完成的软件系统为课程大作业，写出系统设计说明书。每次作业按百分制单独打分，根据加权计算总成绩。（3）每次作业规定提交时间，逾期不交者该次作业成绩为0分。

通过这几个环节的学习和锻炼，学生通过学习和模仿能够很好地完成课程大作业，对于课程基本理论知识有较深的理解，并能把相关理论应用到编程实践，提高了学生的基本编程技能。

七、结语

以案例教学为主线、实验教学推动课堂的教学方法已实施了多年，在教学过程中收到了良好的教学效果，学生在课程结束后给予了较高的评价，也获得了校教学督导专家的认可。通过该课程的学习和软件系统的自主开发，使学生更好地掌握了课堂所教授的理论知识和基本的编程技术，为学生走上工作岗位、从事相关工作打下了良好的基础。

参考文献

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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