基于学生创新能力培养的《机械设计基础》课程教学探讨※

桂 伟 陈 皓 陈晓航

（武汉商学院，湖北 武汉 430056）

基于学生创新能力培养的《机械设计基础》课程教学探讨※

桂 伟 陈 皓 陈晓航

（武汉商学院，湖北 武汉 430056）

本文针对《机械设计基础》课程教学的现状，基于培养学生的创新思想、创新素质、创新能力，提出构建四线式理论内容体系，将生产实际中的最新机构作为教学案例，增加创新型设计型实验项目，改革机械设计基础课程设计教学模式，将学生的课外机械创新训练有机融合在机械设计基础课程教学中的措施。

创新能力；四线式；教学模式

《机械设计基础》是机械类和近机械类专业的一门重要专业基础课程，是对学生进行机械综合设计能力、进行创新能力训练的主要课程，它涵盖了《机械制图》、《理论力学》、《材料力学》、《机械设计》、《机械原理》、《互换性与测量技术》等课程的主要内容，主要研究常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本设计理论和计算方法，具有较强的理论性、实践性和综合性的特点，因此在这门课程的教学中培养学生的创新能力是应用型本科院校人才培养的需要。作者结合自己多年进行《机械设计基础》课程的教学经验，针对课程教学的一些现状，在培养学生的创新思想、创新素质、创新能力等方面开展了一些探讨。

一、《机械设计基础》课程教学的现状

（一）理论教学

《机械设计基础》课程理论教学案例陈旧是课程教学普遍存在的突出问题。教材《绪论》里讲机械、机器、机构、构件以及零件的基本概念时，依旧采用“单缸内燃机”作为教学案例。在平面连杆机构讲到“死点”概念时，依旧采用七八十年代家里普遍使用的“脚踏缝纫机”作为教学案例。尽管单缸内燃机以及脚踏缝纫机都是机器、机构的典型代表，但是缺乏时代性、创新性，无法引领学生掌握当代最新技术，培养学生的创新能力。

从对学生的学习情况调查看，学生普遍感觉学习《机械设计基础》课程内容后，不知道所学习的内容会用在实际工作岗位的什么地方，认为所学知识用的用途不大，进而产生抵触情绪，而且学生普遍对《机械设计基础》课程内容缺乏系统性的认识[1]。

（二）实验教学

当前《机械设计基础》实验教学，以“演示型、验证型”实验为主，“设计型、创新型”的实验几乎没有。实验教学模式是在实验前，教师把实验的教学内容、操作方法与操作步骤、实验报告格式，甚至包括每一步将得到什么实验数据、结果等都写得清清楚楚。这种情况下，学生的实践仅仅只是按部就班地完成教学大纲的规定内容、掌握基本原理和方法，完全是在教师设定的范围内，都是机械地完成操作，学生缺少或者说根本不要主动积极的思考。然而一旦离开了教师，学生就会不知所措，其结果只能是学生的自主创造性被削弱，动手能力较差。这种实验教学模式忽视学生学习的主观能动性，不利于学生创新思维的培养。

（三）课程设计

传统《机械设计基础》课程设计教学模式，是由指导教师给全班布置设计任务，一般是以简单传动装置减速器为设计对象,并在设计任务中中给出明确的、经过实际验证的设计数据和设计方案。学生只需利用学过的机械设计基础的基本知识，完成减速器的结构设计、零部件强度计算和装配图零件图的绘制。由于学生对减速器缺乏认识，在设计过程中经常出现全班所有学生都在设计减速器，设计过程思路及方法都完全一样，这种课程设计只是一种模仿型设计训练，而不是一种创造型设计训练，只能检验学生的书本知识掌握的情况，不能较好地与工程实践相结合，因此很难起到培养学生创新能力的作用[2]。

根据烟气露点，分别取60℃、50℃、40℃三个不同的设计排烟温度，及安装冷凝式换热器之前的正常排烟温度180℃。查询在这些温度下的烟气的各成分的比热，并且按照上式计算烟气的定压比热容，计算结果如表6所示。

二、理论教学、课程实验、课程设计和课外机械创新训练四位一体的课程教学体系

构建基于学生创新能力培养的《机械设计基础》课程的理论教学、课程实验、课程设计和课外机械创新训练的四位一体的课程教学体系，是在《机械设计基础》课程教学中培养学生创新能力的重要措施。

（一）基本理论教学内容不变，适度增加创新教学内容

“知识量增加，学时量减少，能力培养要提高”是《机械设计基础》课程的教学现状，课程最大的特点是内容多而杂，课程重点不突出，概念、名词、公式、图表众多，大量的经验数据、公式、国家标准、国家规范等内容夹杂在一起，使学生感到内容零乱，学起来很吃力，抓不住重点。因此，应根据本门课程应用性和实践性较强的特点，适当减少理论教学的时数，增加应用和实践教学的时数。需要在课程的内容体系上，进行系统性的安排与教学，构建四线式课程内容体系，即原理分析线、结构设计线、强度校核线、精度选择线，《机械设计基础》课程包含机械原理、机械设计、工程力学以及公差配合等课程内容，机械原理部分主要是研究机构工作原理，即以分析机构原理为主线；机械设计部分主要是设计零件，即以结构设计为主线；工程力学部分，主要是利用理论力学、材料力学知识对机构进行强度校核，即以机构强度校核为主线；公差配合部分主要是利用互换性与测量技术课程中的知识对机构各零件之间的形状精度、位置精度以及配合精度进行合理规定与选择，即以精度选择为主线[3]。

学生创新能力的培养是建立在扎实深厚的专业理论知识和工程应用能力基础之上的，通过课程改革，构建四线式课程内容体系，采取从基本知识、基本理论和基本方法的理解与掌握入手，使得《机械设计基础》课程教学更有利于学生掌握基础知识、培养创造力，有利于专业课的学习，有利于提高从业能力，有利于人才的发展[1]。以教师、学生与企业共同参与的有关产品的机械设计科研项目为案例，结合《机械设计基础》课程内容，进行机械产品的原理设计、结构设计、强度校核以及精度选择。《机械设计基础》课程主线式教学内容体系要求学生了解机械产品整个设计过程各阶段的工作要求及内容，具备机构及系统运动方案分析、设计的能力，掌握机械常用传动装置及结构设计的一般方法。通过这条主线来组织教学活动，使零乱的内容知识变得有序，重点突出，学生知道为什么学习、知道学习什么内容。

培养应用型人才，需要做到结合实际，与时俱进，需要把企业发展、社会进步以及科学技术创新最需要的新知识传授给学生。最新的科学技术知识不可能及时地编写到课程教材相应的章节中，因此针对当前《机械设计基础》课程教材中的机构实际案例比较偏少，内容比较陈旧的实际情况,需要教师在进行课程教学时能够创新课程教学内容，及时把校企合作研究项目、企业实际生产项目等案例合理引入到课堂的教学当中，介绍和生活、生产相关的新型机构和现代机械设计方法，拓宽知识面，增加课堂信息量，调动学生学习的积极性，从而提高教学效果。例如将连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构、齿轮机构、带传动机构、链传动机构等典型机构在日常生活中的创新应用案例，以及在全国大学生机械创新设计大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛和中南地区港澳特区大学生机械设计制造创新大赛当中的优秀创新作品合理嵌入到相关章节课程教学中。

（二）基本实验项目原理不变，适度增加创新型、设计型实验教学项目

针对目前《机械设计基础》课程的课内实验主要以认知类，验证类实验为主如齿轮范成法加工实验、带传动效率实验等，不利于培养学生创新能力的实际情况，我校在实验教学环节中采取减少验证演示类实验，增加创新设计类实验。筹建了机械创新实验室，主要购置了轴系结构创新设计实验装置、机械系统传动方案创新组合设计分析实验装置以及机构运动创新设计方案拼装实验装置等创新设计类实验装置，在《机械设计基础》课程实验中积极开展轴系结构创新设计实验、机构系统传动方案创新组合设计分析实验以及机构运动创新设计方案拼装实验。创新实验目的是培养学生运用创新思维方法，遵循机械设计的基本法则，对机构运动系统方案进行设计与研究，使学生创新意识、综合设计能力得到加强，实验技能得到提高。

通过创新实验可训练学生们对这些常用机构的创新设计能力，并结合工程实训，将创新设计、实验和专业基础知识结合起来，从而提高了学生们在工程实践中解决问题的综合能力[4]。

传统教学以减速器作为《机械设计基础》课程设计课题，其主要目的是培养学生综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养分析和解决实际问题的能力；学会从机器功能的要求出发，合理选择传动机构类型，制定设计方案，正确计算零件的工作能力，确定它的尺寸、形状、结构及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力；学习运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养机械设计的基本技能。

《机械设计基础》课程设计的题目，应当是基于减速器，但不限于减速器；基于本课程，但不限于本课程[5]。基于减速器的《机械设计基础》课程设计可以培养学生掌握机械设计的一般规律及基本技能、遵循机械设计国家标准和规范，但无法培养学生的创新意识。

传统的《机械设计基础》课程设计是在理论课程上完后集中2到3周时间完成课程设计，导致学生在进行课程设计时，出现问题与难点的堆积，遗忘在理论课堂上学习的知识。因此采用课程设计与理论教学“同步进行”的教学模式。在开展《机械设计基础》课程学习之前下发课程设计任务书,创造让学生边学理论知识边做课程设计的平台,做到理论教学与课程设计同步。在平时的课程教学中,把课程设计中可能碰到的问题作为教学案例进行课堂讨论,将课程设计中出现的问题与难点分解到整个教学过程,有效避免课程设计中问题与难点的堆积[6]。将《机械设计基础》课程设计的计算内容,作为课后的作业,促使学生主动有目的学习，学生带着课程设计的任务、带着课程设计的问题在听,学习的目标明确了,兴趣提高了,主动去学、去思考,教学质量得到一定的提高[7]。

采用理论教学与课程设计专用周相结合即课程设计与理论教学“同步进行”的模式组织课程设计,实现了实践教学与理论教学的有效互补与融合,使理论课有了落脚点践课有了根基。

传统的《机械设计基础》课程设计只能使学生对先前所学知识进行巩固与复习，加深学生对基本知识的掌握，但不利于学生创新能力的培养。因此，为了激发学生的创新意识，培养学生的创新素质，在课程进行到期中的时候，给学生布置了一个任务，要求学生在剩下的半个学期中中，完成一个创意小发明（题目自拟），作为《机械设计基础》课程设计考核的一个环节，考虑到学生有些专业课还没开始学习，因此，只需要学生通过查阅资料，阐述小发明的创新点，并提出初步的设计思路与方案即可。

（四）将学生的课外机械创新训练有机融合在机械设计基础课程教学

目前，国内很多开设有机械专业的高校，每年都在积极组织学生参加全国大学生机械创新设计大赛等不同类型机械创新大赛，但是基本上都是以比赛作为最终目的，通过这些比赛受益的对象仅仅是参加比赛的少数学生，没有很好的将机械创新设计大赛等课外机械创新训练融合在《机械设计基础》的课程教学中，从而惠及更多的学生。因此我校为了培养大学生的创新能力，成立了首个以培养学生专业创新能力为核心的学生社团——机械创新社团。

（1）课外机械创新训练项目的层次

校级以开展机械创新科技文化节为主，省市国家级以机械创新大赛以及创新创业训练计划为为主。

（2）课外机械创新训练项目的活动开展形式

我校课外机械创新训练项目的活动开展形式是学生为主教师为辅。

（3）课外机械创新训练项目成果的合理应用

将创新训练的项目成果案例合理嵌入到机械设计基础理论课堂的教学当中，作为理论教学的教学案例。

（4）课外机械创新训练项目创新思想的课堂延续

机械创新社团的成员在机械设计基础课程中带领其他同学进行创新思考，从而使课外机械创新训练成果能够惠及更多的学生，促进学生学习机械设计基础课程目的。

三、结束语

在《机械设计基础》教学中培养学生的创新能力顺应现阶段高等教育人才培养的要求，构建构建原理分析线、结构设计线、强度校核线、精度选择线的理论教学内容体系，及时合理引入生产实际中的机构作为教学案例，增加创新型设计型实验项目，改革传统的《机械设计基础》课程设计教学模式，将学生的课外机械创新训练有机融合在机械设计基础课程教学中的措施，有利于在《机械设计基础》课程中培养学生的创新意识与工程应用能力。

[1]樊艺雯,刘卫.《机械设计基础》教学中创新能力培养的思考[J].科技风，2010,9:22.

[2]魏军英，李学艺，齐秀丽.《机械设计基础》课程的创新教学探讨[J].装备制造技术,2011,1:172-173.

[3]吕宏，马岩.浅谈机械设计基础教学中创新能力的培养[J].机电产品开发与创新,2010,23(5):162-164.

[4]帅玉妹.“机械设计基础”课程创新能力的培养与实践[J].中国电力教育，2011,29:90-91.

[5]韩芸芳.机械设计基础课程设计创新与实践[J].职教探索，2010，11:199.

[6]周凯红，李淑.关于机械设计基础课教学中学生创新能力培养的思考[J].桂林航天工业高等专科学校学报,2009,55(3):373-375.

[7]李丽云.高职《机械设计基础》课程创新教育初探[J].科技资讯，2010,26:210-211.

责任编校：饶 敏

Discussion of Course Teaching of Foundation of Machine Design Based on the Cultivation of Students'Innovative Ability

Gui Wei Chen Hao Chen Xiao-hang
(Wuhan Business University,Wuhan,Hubei,430056，China)

In view of the situation of course teaching of foundation of machine design,In this paper,measures based on cultivating students'innovative ideas,innovation quality,innovation ability is put forward.It is to establish four-wire system of theory content,use new machine in actual production as a teaching case,increase the innovative design experimental project,reform teaching model of course design of foundation of machine design,combine students'extracurricular mechanical innovation practice with course teaching of foundation of machine design.

innovation ability;four-wire system;teaching model.

TH122;G642

A 文章编号:2095-7955（2015）01-0093-03

武汉商学院2014年度教学研究项目《基于学生创新能力培养的课程教学研究—以机械设计基础课程为例》（项目编号：2014Y013）的阶段性研究成果。

2015-01-18

桂 伟（1980-），武汉商学院机电工程与汽车服务学院讲师。主要研究方向：机电一体化。