基于创新能力培养的机械设计课程设计改革探索

石云霞++王新华++陈彩凤

摘要：以培养学生的创新思维能力为导向，针对机械设计课程特点对课程设计进行改革。在“机械设计”课程设计中，改革设计内容与形式，并结合现代设计方法和技术，提高设计的新颖性和可视性，探索学生创新能力培养与“机械设计”课程设计实践教学之间的关系。

关键词：机械设计；课程设计；三维参数化设计；创新能力

中图分类号： G642.0 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（c）-0000-00

机械设计是高等工科院校机械类专业必修的技术基础课程，而机械设计课程设计是其重要的实践教学环节，它是学生首次综合运用所学的工程制图、工程力学、机械设计、公差与测量技术等课程的理论知识来解决工程实际问题的实践训练[3]，也是对学生的设计能力锻炼和培养的重要途径。为了适应现代社会对创新型人才的需求，并结合现代计算机辅助设计技术的发展，我们对机械设计课程设计教学进行了改革和探索，以强化提高学生的创新意识和创新能力。

1 机械设计课程设计的现状及问题

1.1 课程设计题目单一

传统的机械设计课程设计，通常是设计固定的一种或几种机械传动装置，传动系统的方案和设计参数均由指导教师给定，学生按照设计指导书或老师的要求，按部就班地进行设计。由于是固定的题目，学生缺乏新鲜感，也很容易形成思维定式，不利于创新思维的培养。相同的设计题目也给了部分同学抄袭别的同学设计结果的可能。

1.2 时间紧任务重

通常课程设计安排在理论教学结束之后，集中在2～3周的时间内完成设计。由于时间短，任务重，为了保证设计结果的可靠与完整性，设计题目及设计过程不太可能变化，必须按部就班地完成。所以设计题目往往相对固定，设计形式相对单一，这严重制约了学生创新思维和创造能力的培养。

1.3 缺乏团队合作的训练

由于设计题目的固化，学生往往是参考设计指导书上的设计实例，按照固定套路各自埋头苦干，相互之间缺乏交流、沟通与合作。这样的教学模式，既不利于学生创新能力的培养，也缺乏团队合作训练。

1.4 缺乏现代设计方法和技术的应用

传统的机械设计课程设计，由指导老师给定设计题目、机械系统方案和设计参数，学生按照固定套路进行传动、联接等零部件的设计计算，再手工或采用二维CAD软件画出装配图和零件图。设计过程枯燥乏味，缺乏直观立体的感觉，学生兴趣不高，效果也不理想。而且这种设计模式没有传统的设计方法与现代计算机辅助设计有效地结合起来，也不利于学生将来很好地适应企业对现代产品设计制造的技术需求。

2 基于创新能力培养的教学改革实践

2.1 创新的设计选题

为了改变以往课程设计中由于固定的设计题目导致的设计缺乏创新性，学生没有兴趣的现象，我们在课程设计中大胆地把选题权交给学生，让学生通过调研，自己拟定设计题目和设计对象，指导老师通过学生提交的开题报告来审核其题目的合理性和可行性，進行把关。这种选题方式从根本上杜绝了以往的课程设计普遍存在的抄袭现象。现在改变设计课程选题形式之后，学生因为大多是自己构思的新题目和设计方案，不会也不太可能去抄袭别人的设计了。这既是对学生创新设计能力的一次挑战和锻炼，也极大的鼓舞激发了他们的创新精神和创造力。

2.2 分散的时间布置

现在的设计选题变革后，面对全新的设计对象，设计进度往往难以把控，短时间内很难确保顺利完成。基于此，我们把设计分散到一个学期中，采用每周两节课集中指导，学生在一个学期内完成的形式，这样学生的设计时间就比较宽裕了，他们可以对设计方案进行调整，对设计中出现的问题进行修正，同时也便于学生学习新的知识技能来完成自己的设计课题。

2.3 分组的设计模式

在课程设计过程中，学生可以根据课题的复杂程度，各自的兴趣特长自由分组进行设计。小组一般2到4人，在开题报告中明确各人分工，由每组组长来统筹课题进度安排。这种分组设计的模式，避免了学生以往单兵作战的状态，培养锻炼了他们的团队合作能力。学生可以选择自己喜欢的课题，做着自己擅长的事情，同时集合团队的力量，这样的方式肯定能设计出更高质量的设计作品。

2.4 现代设计方法和技术的应用

随着计算机技术的迅速发展，各种计算机辅助设计技术在工程实际中的应用日益广泛，已成为现代产品设计与制造的主流技术手段[4]。基于此，使学生掌握一定的现代设计方法与技术十分必要 ，因此在课程设计过程中，我们摒弃了传统的手工作图或用CAD软件进行二维绘图的做法，要求学生应用常用的计算机辅助设计、分析软件如 Solidworks、Pro-E、CATIA等进行机械系统的设计、建模及仿真分析。这些软件界面友好、功能强大、操作灵活、易学易用，基于学生对新事物的兴趣，他们很快就能掌握相关软件的操作。而三维参数化的设计直观易操作，又便于修改设计，大大提高了设计的水平和效率，同时也符合现代产品设计趋势。借助三维参数化的计算机辅助设计软件，把枯燥的设计理论转换为直观形象的设计结果，学生的学习兴趣被极大地激发出来，设计水平和能力也得到极大地锻炼和提高。而且计算机辅助设计技术的掌握，在他们参加创新活动、后续专业课程的学习以及毕业设计中都发挥了极大的作用。

下面是学生的一些课程设计作品，都闪耀着创新的火花。

设计作品一：螺旋式硬币包装机

设计作品二：辅助画线装置

学生在设计过程中，首先要进行调研，确定设计的题目，再根据要设计机器的功能原理，进行机械系统方案的设计，方案拟定的阶段也是设计中最能发挥学生创新性思维的阶段，在对拟定的若干方案进行优选之后再进行三维建模、仿真分析，检验其是否能实现机器预期的功能。

几年下来，《机械设计》课程设计教学改革实践取得了较好的效果，学生的学习积极性、创造性被激发出来，新创意、新作品层出不穷，彻底改变了过往机械课程设计题目老旧雷同、设计结果基本相同的的局面。教师和学生都对全新的设计对象充满兴趣，设计过程非常投入。

2.5 成绩的评定方法

课程设计考察的是学生对机械设计的基本方法和步骤的掌握程度、分析解决工程实际问题的能力及语言表达和论述能力。因此，学生的成绩是依据学生的学习态度、对基本知识的掌握以及能力水平给出。

学生的学习态度根据其出勤情况，设计过程中与老师的沟通交流来评定。对基本知识的掌握可以从其开题报告、设计报告、设计的作品等情况判定。能力水平则反映在其创新思维能力、主动学习新知识的能力、文献资料的查阅能力、语言表达能力等方面。

设计结束时各小组要进行15分钟左右的答辩，小组组长介绍设计课题的总体情况，小组成员分别对各自负责部分的工作进行答辩，指导教师根据题目的复杂程度、创新性、任务完成情况和语言组织表达能力分别进行评分。这样每个同学都得到了锻炼，也有效避免了个别学生偷懒，自己不做完全依賴别人的现象，同时锻炼了他们的团队合作能力。而设计题目的各不相同也限制了学生互相抄袭的可能，所以指导老师给分就有了公平的基础。这样的成绩评分方法还是相对公平和客观的，也得了到学生的认可。

3 结语

针对高等工科院校《机械设计》课程设计普遍存在的问题，我们对课程设计的选题、教学方式、方法、设计手段以及考核方式等进行了大胆地变革和探索，目的是改变课程设计的陈旧面貌，激发学生的学习积极性，增强其创新思维意识和创新能力。课程设计的实践结果也表明，学生的学习积极主动性、创新思维能力、团队协作能力、语言表达能力都得到了很好的锻炼和显著地提高，学生的工程创新能力和设计能力得到了明显的提升，这在他们后续课程的学习、一系列的创新大赛活动中以及毕业设计都有显著体现，并将对他们未来的工作学习带来深刻的影响。

参考文献

[1] 王新华，沈景凤，石云霞. 机械设计基础.北京：化学工业出版社，2011.1

[2] 王新华，沈景凤，石云霞. 高等机械设计.北京：化学工业出版社，2013.3

[3] 李学艺，丁淑辉，魏军英. 机械设计课程设计教学研究[J].教育教学论坛，2014（41）：178-180.

[4] 任云，李伟. SolidWorks在机械设计课程设计教学中的应用 .制造业信息化，2015 （7）：20-21.

[5] 李晓刚. “包装机械设计”课程设计教学的改革探讨. 中国林业教育，2013（3）：73-76.

[6] 刘敬春，刘利国. 基于协同创新能力培养的《机械设计》课程设计改革初探. 机电产品开发与创新，2015（7）：142-143.