基于协同创新能力培养的《机械设计》课程设计改革初探

刘敬春，刘利国

（江南大学 机械工程学院，江苏 无锡 214122）

0 引言

机械设计是高等工科院校机械类专业及近机类专业必修的技术基础课，具有基础性、设计性、实践性和综合性等特点，是培养学生综合应用所学知识分析和解决工程实际问题能力、训练工程师的基本技能、培养学生创新性思维和设计能力的重要课程。其课程设计环节对于学生工程实践能力和创新能力的培养具有十分重要的作用。一方面，为了适应新世纪科技发展和社会竞争对人才培养的要求，高等教育中必须加强对学生协同创新能力的培养。以学生为主体，注重教学法研究，激发学生协同创新意识，不断丰富教学改革成果，提高学生解决实际问题的能力。另一方面，提升创新能力的时代内涵和重要意义早已超出单一主体、单一领域、单一行业的范畴，迫切需要突破自主创新的体制机制性障碍，推动社会各类创新力量的协同共进，从而实现国家创新能力和竞争实力的根本提升[1]。高校与科研机构、企业开展协同创新，离不开协同创新人才的培养。培养大学生协同创新能力对于实现产学研协同创新战略、建设创新型国家具有重要意义。

1 机械设计课程设计的现状及存在的问题

针对机械工程专业学生接受能力的实际和解决工程问题的能力，设计题目确定为带式输送机传动装置中的二级圆柱齿轮减速器设计，传动系统的方案和设计参数，均由指导教师给予设定，学生按照课程设计指导书上的步骤，进行相应的计算和减速器的结构设计，最后绘制减速器的装配图、零件图和编写设计计算说明书；完成减速器装配图1 张，减速器零件图2 张；时间安排在机械设计课程教学的下学期，集中2～4 周进行[2]。课程设计对于第一次搞综合设计的学生有很大帮助，对学生提高自身的系统学习能力，是一次很好的实践机会。但机械设计课程设计对先修课程的综合知识的运用能力要求高，要求学生要能够灵活运用以前学过的基础知识。该课程在教学过程中存在以下几方面问题：

1.1 学生对课程设计的重要性认识不足

机械设计课程设计在机械类专业学生的学习过程中占有重要的位置。这一环节的学习好坏对后续课程的学习和培养机械工程师的基本设计素质具有重要的影响。但在教学实施过程中，总有部分学生对这一环节的重要性认识不足。不能以负责的态度对待课程设计。加上时间比较紧，他们对课程设计始终存在着应付差事，走走过场的想法。对设计中出现的一些问题不是认真思考，查找资料并加以妥善解决，而是掩盖问题，敷衍了事，盲目模仿，甚至照搬照抄。这部分学生即使通过了课程设计，也只能收效甚微，达不到预期的教学要求和课程设计目的。

1.2 学生普遍缺乏工程实际知识

学生普遍缺乏工程实际知识，对零部件的结构、尺寸和装配工艺认识不足，尤其在机械传动装置方面的感性知识更少。在确定减速器整体及零件的结构尺寸、工艺过程和精度要求等方面，只能比照书本与资料进行模仿设计，很少或不能结合工程实际综合考虑来进行设计[3]。因此大多数学生的设计方案可以说纯属“理论型”，而无工程实际意义。在确定减速器及零件的主要尺寸时，注重理论计算结果，不能综合考虑多方面的要求来最终确定。由于学生们对减速器的制造、安装、调整、维护等工艺过程缺乏实际的感性知识，致使对大量的工艺问题缺乏认真的考虑，不能把零件必须具备的良好工艺性要求贯穿于设计过程中。另外，还由于学生们对工厂现有的设备情况、加工手段及加工能力缺乏必要的感性知识，因此在设计中对零件的加工精度，装配精度和技术条件等重要内容提不出合理的要求。由此可见，工程实践知识的缺乏，是制约机械设计课程设计量提高的重要原因。

1.3 学生对先修课程的综合应用能力较差

学生对课程设计的先修课程（工程制图、互换性与技术测量、工程力学等）掌握不好，综合应用能力比较差，尤其是工程制图[4]。主要表现为：不能很好地应用工程力学知识，对在复合外载荷作用下的轴及轴承进行强度校核；不能正确应用工程制图基本知识绘制装配图和零件图（装配图中的尺寸不会标注、零件图中尺寸公差和位置公差不知道怎样确定，甚至基本的零件图不会画，不认识粗糙度符号，标题栏的位置及尺寸不知道，标准件简化图不会画等）。

1.4 学生熟练运用设计资料（手册、标准、图册）的能力比较差

学生对课程设计过程中的参考资料（手册、标准、图册）利用不够，综合运用能力比较差。主要表现为：不能很好地根据手册标准，选择标准件；不能够很好地根据手册标准，进行公差配合的选择；不能够将所学知识和手册、标准中的知识协同利用起来，为课程设计服务。

1.5 学生之间协同合作的能力较差

课程设计由于时间紧张，工作量大，学生之间各自为战，很少或没有经验交流，缺乏协同合作意识[5]。因此，学生的创新才能很难真正地发挥出来。

2《机械设计》课程设计协同创新能力培养的改革措施

21 世纪的人才培养模式是：“低重心、宽口径、重实践、强能力”。为此我们必须更新教育思想和观念，加强机械设计课程设计的改革和建设，着重培养学生的协同创新能力。加强课程建设，主要从下面几个方面着手：

2.1 课程设计与理论教学协同进行

机械设计课程设计是在机械设计课程理论和实验教学完成后进行的一个实践性教学环节，其设计题目所要求的设计内容涵盖了机械设计课程中大部分内容，因此在机械设计课程理论教学中，教师应该把理论教学与课程设计紧密结合起来。

教师可根据以往指导机械设计课程设计的教学经验，把课程设计中容易出现的问题作为实际例子，比如理论计算、结构设计、润滑摩擦等问题，在理论教学中涉及到这些问题时，具有针对性地进行讲解和剖析，指出往届学生在机械设计课程设计中常犯的错误，当遇到的是结构性问题时，可实时让学生在课堂中做相关内容的结构设计作业题，培养学生动手能力。在机械设计课理论教学中，根据课程内容的进展情况和需要，把机械设计课程设计的题目和主要任务不同程度地介绍给学生。这样既理论联系了实际，获得了较好的教学效果，又抓住时机培养了学生的创新能力，使学生对课程设计有一些初步认识和兴趣，为高质量完成课程设计教学工作奠定理论基础。

2.2 工程实践与理论学习的协同强化训练

针对现在学生工程实践知识普遍贫乏的问题，借助于校工程实践中心、校办工厂等实习工厂，本课程设计过程中增加机器拆装和虚拟样机实体造型及装配等环节。拆装分析重点放在对机械系统的认识和系统表述，先修课程中典型的零部件、机械系统中各零件的尺寸、公差与装配关系的理解和再设计上。虚拟样机实体造型可由各小组通过分工和协调合作，完成三维设计、加工工艺编制、数控加工编程、数控机床操作和零件装配等工作。这一理论联系实际的锻炼不仅强化了他们的整机观念，提高了综合设计能力和动手能力，还培养了他们协同工作的能力和综合素质。

2.3 分组设计、分组考核，增强团队协作意识

鉴于学生之间各自为战，很少或没有经验交流，缺乏协同合作意识，机械设计课程设计的题目不宜过多，学生在进行课程设计时，根据学生的兴趣点和学生的专业特长，把学生分成若干个设计小组，鼓励学生更加灵活、多样的个性化设计方案，提倡运用计算机技术和软件技术的优势，以及现代优化设计方法与理论。不但使学生在课程设计中就接受了全面的训练，而且培养学生的团队精神和协作创新精神。

2.4 课程设计与大学生机械创新设计大赛相结合

机械设计课程设计与大学生机械创新设计大赛相结合，作为提高大学生协同创新能力的一个新平台，注重学生的后续培养[6]。机械设计课程设计的目标之一即为培养学生的创新能力，但课程设计的时间毕竟有限，而学生创新能力的培养是一个持续、漫长的过程。课程设计之后，继续引导有较强创新思维的学生进行创新活动，将是一个更加重要的过程。

为提高学生对课程设计兴趣，把大学生机械创新设计大赛作为一个标杆，引导学生创新潜能的开发。本着以学生为本，知识传授、能力培养、素质提高、协调发展的教育理念和能力培养为核心的后续教育，有利于多样化创新人才的培养，满足国家对社会紧缺的复合型拔尖创新人才和应用人才的需要。

3 结束语

针对工科院校机械设计课程设计存在的普遍问题，本文直面现实，勇于改革与探索，提出了基于协同创新能力培养的机械设计课程设计的目标，进行了《机械设计》课程设计的教学改革与实践。这一探索体现了一切从学生角度考虑，“以学生为本”的思想，使得机械设计课程设计的教学质量稳步提高。只有进行符合学科发展规律的实践探索，才能不断提高人才培养质量，更好地培养具有协同创新能力的机械设计人才。

[1]王海建.基于协同创新思想的大学生协同创新能力培养[J].中国石油大学学报，2012，3.

[2]唐锐，等.机械设计课程设计的教改探索[J].攀枝花学院学报，2004，6.

[3]朱永梅，撒红，王明强.以工程能力培养为导向的机械设计课程改革研究[J]. 潍坊学院学报，2012，6.

[4]吴鸣, 熊光晶.以工程能力培养为导向的工程教育改革研究[J].理工高教研究，2010，3.

[5]王砚军，李长春，王玉增.“机械原理与机械设计课程设计”的改革探索——基于CDIO 教育理念[J].中国电力教育，2011，23.

[6]郝秀红，邱雪松，王琼，等. 机械设计课程设计教学改革初探[J].教学研究，2011，3.