《机械工程基础》创新设计教学改革的探讨

洪 霞 王小萍 李昭鸿

（武汉电力职业技术学院，湖北 武汉 430079）

在现有国内高职学校的机械专业中，很少有关于机械设计创新的课程，致使很多从该专业毕业的学生尽管具备相关的基础知识却难以从事创新的设计。在科学技术日新月异的今天，中国要想由“制造大国”转变为“创造强国”，职业教育应走在教育的前列。因此在《机械工程基础》课程教学中加强对学生创新意识、创新能力和实践能力的培养，是机械专业教学的一个重要环节。为了适应形势的发展，给学生创造良好的创新才能发挥环境，由教育部负责组织的全国大学生机械创新设计大赛，以大赛为载体，在引导学生课外科技活动，促进学生“教中学、学中做、做中学”方面起到了积极的推动作用。笔者结合教学与指导学生参加比赛经验，谈谈在《机械工程基础》教学中如何培养学生的创新思维。

一、以培养创新能力为主线设置课程内容

众所周知，一个产品的优劣关键在于设计，而设计的本质在于创新。但是，传统《机械工程基础》课程只注重向学生传授基础理论知识，而忽略了工程意识和创新能力的培养，致使许多学生学完了课程，仍然对机械没有一个完整的认识。因此教学课程的内容设置要保证学生创新能力的培养，必须把能力培养放在首位，以新的思维方式创造性地解决问题，提高未来职业变化的应变能力。为此，我们对《机械工程基础》课程进行改革，新增机械创新设计教学内容，建立以培养学生的工程意识和创新设计能力为主的新体系。

按照高职机械类大学生创新能力培养的目标以及历次创新大赛的比赛要求，我们把课程分为理论授课和实践操作两部分。理论部分的内容主要介绍机械学科发展的新方向、新内容，讲解创新设计的方法，培养学生创新设计能力，向学生提供创新思维方法，通过大量实际机械创新设计的示例分析，开阔学生的思路，拓宽学生的知识面和视野，激励学生的学习欲望，调动学生的积极性，提高学生的独立工作和解决实际问题的能力。为达到上述要求，新增机械创新课程的内容包括：①机械创新方法与大学生创新能力体系结构；②创新产品的市场调研与开发；③创新产品的方案设计；④CAD软件在创新设计中的应用；⑤机械产品机电一体化系统设计的实现；⑥创新产品的制造。学生通过《机械工程基础》创新设计课程的学习，不仅要掌握这些阶段所需的基本理论知识，还应掌握其现代设计的基本方法，创新设计的基本思路。因此需要明确课程在培养学生工程意识和综合创新设计能力方面的任务。如机械原理课程由传统的以机构分析为主转向以培养学生综合能力为主，突出机构设计的思想，加强机械运动方案设计的内容，强化机电一体化思路，介绍气、液、电驱动的机构和机电一体化的执行机构，以开阔学生的思路。

实践操作部分是让学生进行创新设计的初步训练，培养学生的创新设计能力、产品开发和制作能力。比如软件知识、电脑仿真技术、动画模拟、产品的市场调研和前景分析、制作产品的先进加工方法、与人沟通和演讲技巧、团结协作精神等。让学生有动手训练机会，学生以组为单位在教师指导下，亲自参与到产品的设计制作与过程中，使他们在实践中学习，在学习中再实践，将“教中学、学中做、做中学”落实到实处，有效弥补了学生在知识应用及动手能力上的不足，极大地调动了学生的学习积极性和主动性。

二、发挥教师主导与学生主体作用，营造培养创新能力的环境

教师应该激发和培养学生自主学习、自主创新的积极性，激发学生主动参与课堂教学，成为课堂的主人，变“要我学”为“我要学”，让学生积极主动地参与教学的全过程。教师对每堂课的教学过程，从头到尾要精心设计，别出心裁，努力尝试将问题教学法、情景教学法、范例教学法、探索教学法等多种教学方法引入课堂，向学生讲授创造性思维、创造原理、常用创新技法、机械创新设计方法及创新设计典型实例分析等内容；让学生了解机械领域发展的现状和趋势，找出有创意的机械产品进行分析，让学生感到新奇独特；激发学生对周围所熟悉的问题或物品进行分析、探索，使学生打破思维定势，提出改进的思路。比如，机械设计课程改革了过去仅罗列常用零部件的繁杂内容，建立以机械传动方案设计、机械零部件的工作性能设计、类比设计、改造设计和创新设计的授课内容，学生在老师的引导下，应用先进的计算机辅助设计软件，进行执行机构和传动机构的运动分析、动力分析的仿真与方案比较，以及零部件的三维造型设计，不仅可以大大节省分析计算和方案比较时间，而且直观、形象、准确，还可以提高学生的空间想象力，这样激发了学生创新设计的兴趣。在导学上下工夫，注重学习方法的指导，教会学生思维方法，对典型的有创意的产品进行拆装实验，分析其创新点，总结创新的思路和方法，完成小论文、研究报告、创新作品。学生对这些问题充满好奇和求知欲，因此会积极地去发现问题、提出问题、解决问题。学生在这种环境中充分发挥自己的想象力，激发创新设计的兴趣和欲望，提高了创新设计的能力。

三、课程教学特点

1.课程采取理论与实践相结合的方式，突出综合应用能力训练

学生既要学习理论知识，又要主动去动脑筋想方案，更要亲自动手，全方位锻炼自己的能力。如为培养学生机构创新设计的能力，我们开设了“机构系统综合实验”。学生可将自己创新设计的执行机构系统的方案，通过搭接组装，使创新设计的方案模型化、实体化，并可验证方案的可行性。再如，为提高学生对机械系统的总体认识，我们开设了“机械系统方案综合实验”。学生自行设计、自己动手完成包括原动机、传动装置和执行机构的简单机械系统的组装，形成一个完整的机械系统的概念。学院数控加工教学中心承担了机械创新设计大赛的大部分作品制作工作，制作中的简单零件，由学生在教学中心的钳工车间依靠有经验的师傅辅助完成，较复杂的零件，自己首先编写好数控加工程序，在具体操作师傅的监督下，在数控车床、数控铣床上完成加工。同时，加工师傅协助学生完成加工零件的工序设计、检测方法设计和装配的调整等工作。作品的制作锻炼了学生的动手能力和对工艺知识的理解。

2.改进作业内容与考核方式

针对过去侧重典型零部件分析的机械设计作业，我们改为以设计为主的简单机械设计训练。学生通过调查、查阅资料，设计出了多种具有实际价值的作品，如汽车用千斤顶、单一螺旋千斤顶、手动剥壳器、脚踏式拖把拧干器、灭火拖把等。通过各种方案的设计比较，学生不仅掌握了传动方案的设计方法，开阔了眼界，同时培养了创新设计的能力。课程结业时，最后提交的作业是小组集体创作的完整的方案设计书或作品，由教师进行评比和打分。评选方式与国家组织的机械创新大赛相同，要求有：书面的设计计划书，内容涵盖作品的创新点、设计计算说明书、产品市场定位、开发产品的市场前景等；电脑制作的产品仿真动画图、CAD制作装配图、三分钟视频讲解；小组答辩，接受教师和专家的提问等等。最后评出一、二、三等奖，再给出创新学分。不对学生进行传统的书面考试，而是采取让学生以组为单位交一份“作业”，内容是学生自主设计或制作一件作品，既让学生在轻松的气氛中学习，又启发和调动了学生主动学习的积极性，锻炼他们的动手能力，提高他们的创新意识和创新能力。

3.训练学生的团队合作精神

我们强调要团结协作，要求学生分组学习，组成4～5人的团队，小组成员不受班级的限制，男女搭配，但必须是相同的专业，分工协作。各团队在队长的领导下，开展与设计有关的各项工作，如设计方案讨论分析、方案的工艺计算、设计结构的讨论等等，这样可以让学生在设计中得到充分交流。因为每一名学生都不可能很完美，但也不可能是一无是处，只要运用好每个人的长处，精诚团结，饱含创新的热情，拥有那份自信，团员之间相互沟通协作，那么这个团队的工作效率就是最高的，完成项目过程的可操作性强的概率就大，同时学生能力在团队中得到尽情施展。团队合作的基础之一就是建立信任，要建设一个具有凝聚力并且高效的团队，第一个且最为重要的一个步骤，就是建立信任。团队的精神是平时一点一滴积累的，团队精神就是团结、协调。只有拥有团队精神，一个团队才能集思广益，凝聚一起，那么作任何事都会事半功倍。队长要懂得如何分工协调，他不仅要求自己进步，还要做到整个团队所有成员共同进步。为了这个目标，团队所有成员必须营造一个有利于学习讨论的和谐环境，在一次次讨论后同学们的思路越来越清晰，方案越来越完善，大家心往一处想，劲往一处使，相互鼓励，那么在这个团队面前就没有克服不了的困难。

培养学生创新思维的途径还有很多，教师在教学中要根据不同的课程、不同的知识点灵活运用、合理选择。当然，任何一种方法都不是万能的，但只要教师转变教育观念，用创新培养创新，用创新激发创新，及时捕捉和诱发学生学习中出现的灵感，一切从培养学生的创新思维出发，学生的创造能力就一定能得到提高。

［1］ 陈洁营，马慧勇.论大学生创新能力培养［J］.中国成人教育，2008，（4）.

［2］ 李志江.机械制造工艺基础教学方法探讨［J］.考试周刊，2008，（51）.

［3］ 王小萍.试析团队组织在高职模具课程教学中的运用［J］.装备制造技术，2009，（4）.

［4］ 胥宏.高职高专“机械设计基础”课程改革与实践［J］.成都电子机械高等专科学校学报，2003，（2）.