对中职生机械创新项目设计的建模思维培养

摘要：在中职院校当中，建模思维是机械专业学生所需要掌握的一种技能。要想推进当今时代机械专业的教学发展，也就需要对中职学生的建模思维加以培养。这样不仅可以帮助学生独妲思考，提高学生理论联系实际的能力，还可满足现代社会对人才的不同需求。因此，现阶段在中职院校当中，教师普遍存在的问题就是如何帮助机械专业学生营造培养其建模思维的良好氛围。基于此，主要围绕机械创新项目设计，对中职学生的建模思维培养策略展开了研究，帮助学生对各种机械零件进行了解，做到学以致用，在未来的工作当中发挥出白己的才干，满足社会对机械专业人才的需求。

关键词：中职学生;创新项目设计;建模思维;培养策略

中图分类号：G420收稿日期：2022-01-12

DOI： 10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.04.022

近年来，国家在对机械专业人才进行培养的过程当中，不仅仅局限于满足让学生懂得如何看懂机械零件图以及手工绘制图纸等一系列二维技术，还伴随着现代计算机技术的不断进步和发展，不管是对中职学校的机械专业课程，还是以专业技能对学生进行培养的机械专业课程，目标都是通过对学生的三维空间模型能力进行训练。通过对机械工程专业学生的模型思维进行训练，能够提高学生对机械工程学科基本概念的认识，增强学生对各种机械零件的理解，进而帮助学生运用所学的知识达到学以致用的效果，促进学生的综合能力发展。

1 机械专业教学的现状

在机械类的专业教学当中，教师通常都会利用实物模型、CAI以及挂图等开展教学。但是，由于机械设计以及机械原理等课程所涉及的知识面比较广且杂，且与工程紧密连接，因此老师在实际教育的过程当中，很难充分调动学生的学习积极性，导致学生们在实际教学的过程当中觉得此类课程枯燥乏味，再加上教师对课程的设计也比较统一固定，导致实际教学效果不容乐观。

现阶段，在机械专业的教学过程当中，所选用的教学用具基本为实物的模型，型号比较落后，而且体积也比较大，很难进行演示以及存放。且教师所选用的教学方式基本都是运用flash动画，虽然这一技术比较直观、形象，但教师基本会以功能的演示为主要教学方法，仅仅帮助学生对理论加以验证，无法使学生动手实践。因此，学生仅能够对实际的工作原理加以掌握，并不会动手操作，很难提高学习的效果[1]。

与此同时，在早期的教学模式之下，学生只会在教师的演示之下学习各种知识，这也导致有很多试验设备已经组装好，但学生没有掌握具体的架构原理，仅仅依据说明书上的实验步骤展开操作，进而得到数据。在这一过程中，学生并没有了解机械的结构，也就无法对学生的创新思维以及建模思维加以培养。因此，学生很难提高学习兴趣。

不仅如此，住实际教学的过程当中，很多教师占据着主导地位，学生仅仅依靠教师提前准备好的课件来学习，被动地接受知识。在课堂上，教师所传授的知识人多与实际工程应用的问题有关，这也就导致学生不能拥有自主创新的能力，很难使得学生依据实践来对工程问题展开研究，不能满足当今社会对于机械专业人才的需求。

2 机械专业学生进行建模教学的策略

2.1 由浅入深

在中职院校的教学当中，要想对学生进行建模教学，需要依据教学目标由浅入深地进行教育。在实践教育的过程中，必须帮助学生对单个零部件和重要器械的构造、造型及其功能加以了解。然后，根据机械的信息对各个零件的应用范围及其在整体机械工程当中的功能进行了解。最后，学生在对各个零部件的特性具有了一定的認识以后，就会把外部的机械形状运用图纸来表现。在这一教学过程中，基本都会通过二维机械的图纸设计软件或是手工绘图技术来进行绘制，基本实现对老师、学生的机械零件设计教育要求。

2.2 专业能力的培养

在机械专业的教学当中，学生对相关知识进行学习，主要就是对各个机械当中的零部件性能以及零部件构成加以了解，再结合实际的操作经验设计出满足各种需求的机械图纸。住对学生专业能力进行培养的过程当中，教师需要对学生进行机械零部件外观、形态以及用途等方面的教学，同时利用让学生白行装卸以及观察零件实体的做法，帮助学生对机械产品进行更全面的理解[2]。

3 建模思想的教学方式探索

3.1 结合建模的思想，验证课堂上的基本知识

课堂的教学包含齿轮机构、连杆机构等内容。因此，教师可以利用建模的思想将各种机构进行整合，引导学生对其进行自主的拆卸以及安装验证。通过这种方法，帮助学生对各种知识点掌握更加透彻，并不是更加单纯地对知识加以理解记忆帮助学生了解机构的工作原理。

3.2 将建模思想应用于翻转课堂的教学

学生住了解基本知识点以后，老师将运用机构模型的设计思路进行翻转课程的实际教学。从具体分析来看，老师在实际授课的过程当中，能够指导学生对一些具体的机构模型进行设计，同时要求学生住实际设计过程当中掌握一些基本运动方式。随后，学生通过老师的指导、学生的小组探讨以及分工搭建模型，对各种功能加以验证，进而组织教学的工作。教师经过集中的点评之后，学生将对知识点进行巩固，加强对模型的使用能力，从而提高学习的效果[3]。

3.3 搭建具有完整功能的创新模型

在实际教学的过程当中，教师可以为学生组织创新设计人赛，以作为综合测试题，引导学生对方案进行设计，在确定方向之后，鼓励学生人胆拓展思路，进而从多种方面考虑问题，最终通过模型实现。对这种教学模式来说，会具有着题材新颖和充满着挑战性的特点，颠覆了一般的机械设计方法，它用一种更加全新的方法来获得更加满意的教学效果，深受学生的喜爱。

3.4 通过模犁培养学生的兴趣以及创新意识

教师在对液压方面的知识进行教学的过程当中，需要将提前搭建好的气动机器人搬到讲台，将理论联系实际，这样不仅可以帮助学生消化知识，还可以调动学生的学习兴趣。与此同时，在课堂上学生也可以发挥出主观能动性，对于同一个问题提出更多的方案，然后进行讨论。在课后，学生也可以将自己的方案利用组合模型的形式来实现，这样学生不仅可以巩固所学的知识，还可以培养学生的创新意识以及创新能力。

4 机械创新项目设计思路

通常机械科技项目的设计流程中包含以下五火过程：a.项目必须选定新产品，进行市场调查，并对其所要研发的对象加以判断。在实际研究的过程当中，还必须研究已有产品的设计缺陷以及改变已有产品的功能和创新设计产品等：b.需要实现产品功能上的革新。在对产品功能加以革新的过程中使用先进科技以及先进工艺技术，还能够进行各种功能的结合;c.进行产品功能的实现，能够利用很多不同方式进行。通过运用组合机构的设计方式，对生产工艺、制作难度、生产成本等各种因素进行全方位的综合考量，就能够得到比较完善的总体设计方法以及制造方法：d.需要财务分析以及计量。通过对在机械工程专业班级中所学习到的齿轮机构、连杆机构等进行分析，依据机械设计等内容，对最终的方案进行具体的分析以及设计的计算，进而对机构的结构尺寸加以确定;e.需要进行仿真的验证。在这一环节当中，需要利用计算机的编程工具来对所设计出的项目进行运动的仿真，进而对所设计项目是否满足设计功能以及设计要求等进行验证[4]。

5 机械创新项目设计案例分析一节能划船健身器

学生在对连杆机构的基础知识进行掌握和优化设计以后，老师也可以指导学员根据市场的调研情况，对现有划船健身器做出更完善的产品设计。同时通过比对铰链四连杆机构的各种运动输出轨迹和实际的划船手臂动作轨迹后，也将会使用四杆机构作为原动机构。同样，曲柄摇杆机构也具备了急回的特点，可以真止满足划船的划水特点和回浆的运动特点。通过使用Matlab的软件系统对它进行优化设计，将会达到四杆机构的标准结构尺寸。

在动力的传递机构链当中，会利用机械原理的集中常见机构，比方说，多级齿轮机构来进行增速、棘轮实现问歇动作以及连续的单向运动输出等。

在输出轴方面，会增加飞轮，以利于平衡输出速度的波动。通过对节能环保的理念加以结合，也就会实现输出连接到电动机上，进而存储为电能，如图1所示。

在此次的机械创新项目设计当中，会引导学生利用建模的思想，了解机械的零部件性能以及构成，设计更加满足需求的机械图纸，进而实现建模制图。不仅如此，在创新项目设计当中，会包含很多机械原理的课程教学内容。对于学生来说，通过利用建模的思想来创新机械项目设计，也就可以巩固机械专业的课程，实现理论与实践的结合，对学生的建模思维加以培养，实现学生机械创新能力的提高。

6 结语

在中职院校机械专业的教学当中，建模思维的培养是教师需要注重的教学目标。通过对学生进行建模思维的培养，可以激发学生各方面的潜能，使得学生可以在机械设计方面拥有独立思考以及积极创新的能力，将相关的机械知识应用于机械创新项目设计当中，使学生可以学以致用，提高自己的综合能力。在本文中列举的机械创新项目设计为节能划船健身器，通过带领学生们对节能划船健身器进行创新的设计，可以幫助学生提高机械创新设计的能力，灵活运用建模的思维，不仅可以增强学生的动手能力，还可以对学生的团队合作能力加以培养，使得学生获得全方位的发展，在今后的工作当中，能够灵活运用建模的思想来解决问题。

参考文献：

[l]王玉娟，杨决宽，毕口J东.基于机械设计类课程培养学生的创新能力探讨[J]机械设计，2018（S2）：54-56.

[2]陈政伟创新创业教育在中职机械设计课程中的探索与实践[J].佳木斯职业学院学报，2018（11）：56.

[3]庾住海机械专业学生机械创新设计能力的培养途径[J]机械设计，2018（S2）：210-212.

[4]万园元.中职建筑专业学生建模思维培养的策略研究一以SKETCHUP建模课程为例[J].现代职业教育，2019（6）：186-187.

作者简介：

周丽萍，女，1978年生，讲师，研究方向为机械创新设计教育。