機械類本科生創新能力培養的研究

汪選要　李文榮　葉友東

【摘 要】根據機械專業的特點,分別從教學體系建設、教學實踐上提出了一些提高本科生創新能力的途徑和方法。在教學體系的設置上,應根據培養目標進行優化和重組;在教學實踐上,應根據專業特點,改進培養方法,使得培養的本科生能快速適應工程實際的需求。

【關鍵詞】教學體系 實踐教學 創新能力

培養和提高學生的創新思維能力,是高等教育改革的一項重要內容。在當今社會,產品的功能不斷增強、原理不斷創新、技術更新速度日益加快。一個以知識經濟占主導地位的新世紀已經到來,而知識經濟的生命和源泉就在于創新。培養學生的創新能力,是時代的要求,也是新時期高等教育的特點所決定的。因此,培養具有較強的機械創新設計能力的人才已成為各高等院校優先考慮的發展目標之一。本文根據教學實踐,結合機械工程專業課教學的特點,以培養學生綜合運用所學知識,來分析和解決工程實際問題的能力, 如查閱科技資料、運用計算機軟件、機械制圖以及機械設計能力,是學生獲得工程技術訓練的必不可少的實踐性教學環節。如何在教學過程中培養創新能力, 筆者在教學過程中進行了一些初步探索。

一、培養創新能力的教學體系建設

機械類專業基礎課程,過去只注重向學生傳授基礎理論知識,而忽略了工程意識的培養,更談不上創新能力的培養,這樣導致學生理解程度有限,教學效果較差。機電產品的設計,一般要經過產品的規劃、方案設計、技術設計、施工設計等主要階段,學生通過機械類基礎課程的學習,不僅要掌握這些環節所需的基本理論知識,還應掌握其現代設計的基本方法,即創新設計的基本思路。我們通過教學體系的改革,建立了以培養學生的工程意識和創新設計能力為主的新體系。《機械原理》課程主要培養學生對機械原理和設計方案的創新設計能力;《機械設計》課程著重于機械零部件的工作性能和結構設計能力。根據各門課程在課程系列中的地位和作用,從培養創新能力出發,我們對教學內容進行優化和重組。

二、提高創新能力的方案與實踐

1.實驗體系的完善

由于學生的知識面和工程經驗有限,必須通過實驗來增加他們對機械的感性認識。在開設基礎性、開放性實驗的基礎上,著力構建綜合性、設計性、創新性實驗平臺。目前,我院建成了典型機構參觀、機構測繪及機構創意組合拼裝實驗臺,機構參觀平臺主要包括常用機構及機械系統的結構展示;機構及機械系統的簡圖測繪及結構分析;機構創意組合拼裝試驗是學生對自己設計的機構驗證平臺,依托該平臺學生能更深刻地理解機構設計的理論,實現基礎理論與典型機械的有機銜接和滲透,從而提高學生的工程實踐能力。

依托實驗中心資源,我們組建了機械創新設計制作實驗室,機械創新訓練平臺包括參觀機械創新設計案例的展示與歷屆機械創新大賽作品等。本平臺幫助學生親身感受和理解機構及機械系統產生的過程,激發學生的創造性思維、培養實際動手能力。

2.利用計算機輔助分析,提高教學質量

對于牛頭刨床主傳動的機構設計,學生應根據教師提供的尺寸參數進行運動分析、力分析等。利用計算機輔助分析,不僅可得到精確的計算結果,而且可以調整參數,快捷地檢驗尺寸參數對機構運動性能和動力性能的影響,提高設計質量。2008年,基于AutoCAD繪圖軟件我們采用了計算機輔助圖解法,取得了較好的效果。通過訓練,增強了學生的學習主動性,從而拓寬了學生的知識面,并將最優設計的思想介紹給學生。

引入數值計算軟件Matlab,它是一種面向科學與工程計算的高級語言,具有極高的編程效率,在機構綜合的計算中,把同學們從繁雜的編程中解放出來,在Matlab中只需要簡單的程序語句,就能實現復雜的功能。而Pro/E是美國PTC公司研制的一套由設計至制造的一體化三維設計軟件,學生利用它可以在課程設計中進行產品設計與機構動力學分析。將軟件ADMS也引入到我們的課程設計中來,它是采用計算機仿真與虛擬技術,在計算機上把產品的資料集成到一個可視化的環境中,實現產品的仿真、分析,是優秀的機械系統動態仿真軟件,可以方便地對虛擬樣機進行靜力學、運動學和動力學分析,虛擬樣機技術使得開展虛擬現實實驗教學的工作成為可能,提高學生對機械產品的認知能力和對典型機械部件設計效果進行檢驗,并為理論教學、設計實踐、課外科技活動及創新設計等提供模擬仿真及圖形繪制等方面的軟硬件環境與條件。

3.加強機械創新設計實踐

在課程教學的同時,引入構型設計大賽、機械創新設計競賽等課外實踐活動,伴隨機械原理課程教學,要求上課的每名學生積極參加由學院主辦的課外實踐活動。學生根據個人興趣愛好,結合課程學習,從日常生活和工程實踐需要出發,自主命題、自主構思、自主設計,以小組或個人的形式完成一件機械創新設計作品。特別是鼓勵學生深入工廠、企業調研,收集工程技術中急需解決的重點和難點問題進行構思,提高選題的實用性和針對性。作品提交形式以計算機建模為主,實物模型為輔, 同時提交設計說明書一份。通過以上課外實踐環節,著力于培養學生的創新設計能力、綜合設計能力和工程實踐能力,培養學生的創新精神、合作意識,推動我院學生的課外科技活動向更高更廣的層次發展。在此思想指導下,我院學生機械創新設計的意識和能力明顯增強,機械創新設計的水平有了顯著提高。2008年,我院學生在第三屆全國大學生機械創新設計大賽中獲得二等獎2項;2008年,第三屆全國大學生機械創新設計大賽慧魚組獲一等獎1項、二等獎3項、三等獎1項;2008年,第二屆全國大學生過程裝備實踐與創新大賽中獲得一等獎1項,三等獎1項。

4.實踐教學體系的建設

在總結前人教學成果經驗的基礎上,建立和完善既適合目前我院需要,又適應未來機械科學發展趨勢,能使學生終身受益的課程實踐教學內容新體系。

過去,我院機械原理課程設計和機械設計課程設計是兩個獨立的實踐環節,尤其二者在選題上沒有什么聯系,使得專業理論基礎課和專業課程的銜接出現了斷節。為配合實現主干課程的總體建設目標,我們將對傳統的課程設計進行改革,在保留傳統減速器設計內容的同時, 重點開展與減速器相關聯的傳動系統設計和機械執行系統設計兩大類,包括蜂窩煤成形機、四工位專用機床、自動包糖機等。通過改變機械原理課程設計內容,使學生在課程設計的過程中既培養鍛煉機械設計的能力,又進一步了解熟悉自己即將所學的專業課程,因而體現了課程改革建設的總體思路。在課程設計教學環節中,我們嚴格要求,嚴格把關,使每一個學生都能通過設計過程綜合檢驗學習成果,鍛煉和提高他們的科研能力、應用能力,以適應將來工作的需要。

三、結論

以培養大學生自主創新能力為目標深化教育教學改革,抓住了創新教育的關鍵,通過課程體系優化和重組、實踐教學的創新,確立了準確的課程目標,克服了理論脫離實際的“去工程化”傾向,走出了“以教師為中心”、“以課堂為中心”、“以書本為中心”的誤區,較有效地協調了教育教學過程中發生的矛盾與沖突。實踐表明,所采取的教改措施對培養大學生的創新意識和創新能力是可行的,成效是明顯的。解決了當前我們在實踐教學方面不利于人才培養的問題,切實調動學生的學習主動性,激發和培養學生自主學習、自主實驗和自主創新的積極性,使其創新能力、工程實踐能力和動手能力得到較大程度的發展,提高學生的全面素質。

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本文系安徽理工大學教學研究基金資助項目。