基于培养学生创新力的机械设计基础课程教学改革初探

刘艳华

【摘 要】《机械设计基础》是机械工程专业一门十分重要的专业基础课，为培养学生创新能力。结合这门课的特点，针对教学现状不足之处，提出了理论教学多样性、实践教学比重增加、改进课程设计、鼓励参加机械大赛等思路和改革措施，对后续教学设计具有指导意义。

【关键词】机械设计基础；创新能力；实践教学；理论教学

0 引言

在“中国制造2025”规划中，明确提出我国要从“制造大国”转变成“制造强国”。其基本方针是创新驱动，坚持把创新摆在制造业发展全局的核心位置。而这需要大量具有国际认可的高级工程技术人才和创新研发型高端人才。所以，对机械工程专业而言，要求培养学生不仅熟练掌握专业基础知识，还要工程实践能力和创新能力。这也是我系加入2014年高校“卓越工程师”认证的培养目标。

机械设计基础包括了机械原理和机械设计两门课，它综合了前期已所学的专业基础课知识如工程材料、互换性与测量技术、材料力学等等，把过去孤立的一门门课串联起来，用它去解决工程中实际问题。它是产品设计和现代技术装备创新的基础，是技术创新的核心。所以，对机械设计基础教学，如何采取更好方式方法，以培养学生创新能力是值得研究的课题。

1 机械设计基础课程教学现状和存在的问题

《机械设计基础》课程开设在第四学期，共有3大部分，分别为理论教学102学时，实验教学8学时及课程设计机械原理1周、机械设计2周。教师理论教学占去大部分课时，实践教学太少，重视理论而轻视实践。课堂讲解使学生对机械原理部分解仅限制于四杆、凸轮、齿轮等机构或它们的组合，见到的是课本机构简图，缺乏感性认识，只凭概念去理解知识点。不能将所学知识点与工程实际联系起来，更不会应用于实际生产中。再者，机械设计部分各章独立而少用综合性强的理论章节，学生感觉知识点散、多、空洞，理解特困难，学习一段时间就失去兴趣了。兴趣是创新的源动力，缺少动力何来创新激情。

课程设计题目单一，机设常年用“二级减速箱设计”为题目。由于该题目经多年发展已成熟，与其配套的指导书和相关资料较多，设计思路和模式已成标准。学生不用太多思考，翻翻书，就可照搬模仿设计。这就不能培养学生创新思维。加之，课程设计安排在期末考试前两周或一周，学生要准备考试，本来设计时间就不够，为了赶进度，学生往往应付了事，分析问题，解决问题能力得不到锻炼。

2 “机械设计基础”课程的改革与创新

针对在课程教授中存在的问题，为了培养学生工程能力和创新能力，提出了以下改革措施。

2.1 理论教学采用多种教学方法，联系工程实际，激发学生兴趣

课堂教学形式要生动，采用启发式、讨论式、开放式等教学方法，鼓励学生利用书本知识来分析现实世界。如在讲授四杆机构这一部分，注意引入机构在工程中的应用如“垃圾车钩臂装置，挖掘机的反铲装置，汽车雨刮器，公交车车门机构等”，讲述它们如何利用四杆机构实现其功能，并且对比讲解不同机构的工作特点，极位夹角、急回特性、压力角和死点位置对机构运动的影响，使大家感受机构运用到工程实际的奥妙，书本中原先一个个枯燥的参数变得生动灵活起来，不再只是个符号和数字，对后续的综合机械设计、机构选型打下坚实基础。

在教学中，可适当加入综合性讨论题目。例如在设计汽车变速箱机构中，可由学生自己设计传动方案，再组织小组讨论和现场发言，各抒己见，通过方案对比优劣，得出合理的最优方案。

同时，适当补充并引入创新设计、现代设计方法、基本方案构思、设计评价等科学前沿与工程应用紧密知识。因为单只讲传统机构和设计与现实有一定差距。可以在机械原理教学中，适当引入对机构运动和动力学仿真分析；在受力计算与校核中，引入有限元分析。把理论教学和实际机构运动发展结合起来，提高对这门课的理解。

2.2 实践教学比重增加，培养学生动手能力、工程能力和创新思维

实践教学基础是要有相应实验室，且实验室“开放式”管理，鼓励学生积极利用实验室，锻炼动手能力。实验环节要循序渐进，可分为3个层次——认识训练、分析训练和创新设计训练。

首先，认识训练。让学生通过参观机械实物（如机械陈列柜、二级减速箱）和动手拆装机器（如自行车）积极了解认识机械，配合理论教学进度，在教学课间时间，有针对性的给学生播放“我爱发明栏目”，让学生认识机械，激发创新热情。同时，开展验证性实验如四杆机构、凸轮机构、齿轮机构等，让学生直观明白机构运动特点、性质。

然后，分析训练。在认识机构基础上，根据所学知识，设计并制作机构模型，加深对课堂知识理解运用。开始，对机构组成方式特点不太熟悉，可先根据实验指导书实验项目，完成各种机构搭建。如针对四杆机构的汽车门、雨刮器，轴系搭建的齿轮传动、间歇传动、带传动、链传动，对慧鱼模型的搭建如挖掘机、坦克、起重机等。让学生熟悉机械结构、组成和运动转化，锻炼动手能力，分析问题能力。

最后，创新设计训练。创新设计目标是对所要求机械的功能改进，对现有机械设备的完善，或者根据预期功能创造发明新机械，并且要求机械产品有良好的经济效益。这需要设计者突破原有思维模式，重新组织已有知识、经验等，提出新的方案。“想到别人没有想到的观念”。可由教师提出要求，对指定的几种机构改进。要学生在分析基础上，设计新的机构简图，传动方式，进行结构设计，出图纸。例如，对机械手的分析和改进，学生们提出了16种方案，令人眼界大开。再利用实验室，把各自设计的方案带进实验室，通过实际搭建验证机构合理性和可行性。再进一步完善设计，形成一个良性反复过程。不仅学生动手能力得到锻炼，解决问题能力也得到锻炼，激发了学生创新热情。

2.3 丰富课程设计内容，加强设计中的过程控制，提高学生工程设计能力

为开拓学生思维，应增加课程设计题目的多样性和新颖性。不能仅是传统的“二级减速箱设计”，可拟定一些学生感兴趣、又能结合工程实际的题目。可借鉴各种“机械设计大赛”的题目，如无碳小车、休闲娱乐机械、家用机械等。这些题目更符合工程实际情况，又能调动学生的主动性，让学生了解和参与竞赛中，将理论知识用来解决实际问题。同时，在设计过程中，教师指导学生们定期交流讨论，负责解决遇到的问题，检查学生完成进度。设计结束时，采取答辩形式汇报其成果。老师通过学生设计说明书、图纸、现场回答问题，得出课程设计成绩。加强课程设计过程控制，从而提高设计质量和综合设计能力。

2.4 鼓励学生参加全国各种“机械设计大赛”

参加“机械设计大赛”。首先，要求学生根据大赛题目进行查阅大量相关资料，了解题目是否有人做过或存在的问题，培养学生快速而准确的获取信息能力。接着，进行总体方案设计，方案对比，讨论，选择最优方案。这阶段是大脑智慧的碰撞，创新思维的展现。最后，实物制作，学生自行财务预算，采购，机械加工及装配调试。锻炼工程能力和团队合作能力。

3 结论

机械设计基础是机械工程专业十分重要的课程，为了培养创新人才，对它的教学改革势在必行。既要理论教学多样性、生动，又要增加实践环节。在各种实训中，增强工程能力，建立创新思维。

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[责任编辑：邓丽丽]