高職機械設計基礎課程中學生創新能力培養的實踐與研究

摘 要 本文探索了以培養學生機械創新設計能力為主線的訓練項目整合機械設計課程內容，推行以教促學和小組討論式學習為一體的教學方法改革，實行以創新制作為主的實踐環節改革，建立以機械創新設計大賽內容為導向的機械創新設計協會，考核方式改革突出創新能力目標的考核，并進行了實踐，使高職學生的機械創新設計能力和實物創新制作能力得到了較大提高。

關鍵詞 創新設計能力 以教促學 討論式學習 考核方式

中圖分類號：G712文獻標識碼：A

創新能力則是人們改造舊事物和創造新事物的能力，它包括發現問題、分析問題、發現矛盾、提出假設、論證假設、解決問題及在解決問題的過程中進一步發現新問題、新方法從而推動事物向前發展的一種能力。創新能力的培養離不開收集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力、協作能力等等，也包括較扎實的基礎知識、基本技能、較寬的知識面、較強的實踐能力和豐富的實踐經驗。①②

在我國建設創新性大國的歷史背景下，高職學生擔負著生產一線的技術創新和管理創新的重任，即工藝流程的革新、加工方法的改良、新產品的開發試驗、管理形式的變革等都是高技能型人才應具備的創新能力。機械設計基礎是機械專業的專業基礎課，涵蓋了工程力學、機械零件、機械原理、機械設計以及機械課程設計等課程，內容廣、綜合性強，在機械類課程中起到了承上啟下的作用。而目前的機械設計課程重視理論講授、學生學習起來非常吃力、難以提高學習興趣，內容過于陳舊且抽象單一、聯系工程實際不夠緊密、實踐環節薄弱、并且忽視了對學生創新意識和創新能力的培養。因此，對該課程進行以培養學生創新能力和實踐能力為目標的改革十分必要，必將對機械專業學生的創新意識和創新能力的培養起到十分關鍵的作用。③

1 以培養機械創新設計能力的培養為主線的項訓練目整合課程內容

機械創新設計能力的提高需要一個長期的培養過程，而且需要扎實的機械設計理論知識、較強的創新意識和創新實踐能力。因此，建立一個以培養創新能力為主線的機械設計課程內容，對有效培養高職學生機械創新設計能力的起著至關重要的作用。課程內容的設置遵循了學生認知、專業知識學習和創新能力成長的規律，從簡單到復雜、從初級到高級，設置了一條以創新設計項目為引領、以認知項目和常規訓練項目為理論知識掌握和應用的課程內容新體系，把相關理論知識的學些融入具體的項目訓練中。④例如，在訓練“腳踏式健身自行車的創新設計”時，先讓同學們認識和操作牛頭刨床和縫紉機的曲柄搖桿機構實物模型；其次，講解與此相關的理論知識：曲柄搖桿機構的工作原理、曲柄搖桿機構的自由度計算以及彎矩強度和彎曲剛度的力學計算；然后以相關項目“顎式破碎機機構分析”訓練與強化曲柄搖桿機構相關知識和分析與設計該類機構的能力；最后，讓同學們分組設計“腳踏式健身自行車”，并強調其原理設計不能局限于曲柄搖桿機構，可以考慮棘輪機構、液壓或氣壓傳動系統、以及其他富有想象力的設計方案。

2 推行以教促學和討論式學習為一體的教學方法改革

“以教促學”和“討論式學習”均是以學習者為中心的教學方法，能夠有效提高學生的獨立思考能力、協作能力和創新能力，把二者融為一體，勢必會產生更加有效學效果。

2.1 通過教而學的教學方法

“以教促學”的教學方法是基于建構主義理論之上的一種教學創新，基本的教學方法是真正以學習者為中心的交際教學法和以學習為中心的任務教學法。最終的目標是提高學生的自主學習和合作學習的能力，提高學生獲取知識的能力、獨立思考的能力和創新的能力。⑤在機械設計的教學過程中，讓每組同學至少負責一節課的講解，包括PPT制作、講稿，該節課要求是基于項目或任務驅動，項目或任務的內容自選，應突出項目的創新性，并講授與之相關的理論知識。

2.2 小組討論式教學方法

小組討論是合作學習中教學環境最寬松、學生參與度最高的互動學習方式。美國教育學家布盧姆認為：當學習轉化為一種合作過程，人人都從中受益時，小組學習是十分有效的。⑥

目前的任務實施主要采用小組討論的方法完成任務，分組往往很隨意，要么是按學號分，要么按宿舍分，要么按上課時的習慣座次分，討論后由一個學生總結。這樣會使其他通同學偷懶，而且效率低，或者成績較差的小組不討論或討論的進度很慢。高效的小組討論具備這樣的特征：一是分工明確，二是小組成員積極參與，三是時間被高效利用，四是學生之間能夠互相幫助。這里提出通過教而學的小組學習法。在分組時，首先使每組中都有成績差的學生和成績好的學生，讓成績好的學生帶動和指導成績差的學生，以提高討論的質量和效率；其次，應盡量使小組的數量比小組成員的數量多一個。在任務或項目分配時，每個小組的任務應盡量不同。當一個小組討論完后，讓該組每個的成員分別到其他小組去講解或演示其任務內容，直至把其他小組成員全部講會。在講解時，要說明其任務完成的創新點和具體實施方案及結構實現。

3 以創新制作為主導改革實踐環節

由于相關的零部件的強度和剛度的計算和校核在理論學習時已有訓練，而且市場上大量已有成熟的相關計算軟件，因此，該環節應注重方案和結構設計，掌握相關的強度和剛度的計算和校核方法和過程，但不必花費大量的時間去計算。項目的設計時給出的諸如減速器的設計范例只是參考，學生需要完成的項目應是減速器意外的其他項目，這些項目要么來自于生產實際，如旋轉式多工位機械手、差速輸送機、用于煙絲輸送的垂直提升機等；要么是同學們感興趣的能夠解決實際生活問題的項目，如簡易立體車庫、健身自行車、新型高樓逃生窗簾、輕便式高樓逃生器、多功能野外手術床、自動鮮肉切片機等。在該環節，仍然要突出學生的自選自擬題目。在實物的制作過程中，對于體積較大的項目，做出模型即可，對體積較小或創新性較強的項目可做出1:1的實物。

4 建立以機械創新設計大賽內容為導向的機械創新設計協會

機械創新大賽為全國大學生提供了培養創新能力和科技轉化成果能力的舞臺。但以往的大賽只是少數同學參加，覆蓋面很小 ，受益的同學不多。為此，我們成立了機械創新設計協會，下設十個小組，由一批有實踐經驗且創新能力較強的教師指導，并由組織能力、創新意識和創新意識較強的學生負責，分工協作，目的明確。以協會的形式開展活動，不僅利于學生充分合理安排時間，更能鍛煉學生的組織管理能力，加強團隊合作精神。每學期組織一次院內機械創新設計大賽，并給獲獎的團體以獎勵，比賽內容不限，比賽的題目以學生自擬為主，老師給與指導；每兩年組織一次江蘇省暨校內選拔賽，比賽內容以全國機械創新設計大賽的內容導向，題目可以是老師給出，也可以是學生自擬。此舉極大地地激發了學生學習機械知識的熱情和創新意識，較大地提高了學生的機械創新設計能力，且參與的學生數量得到了很多的提高，也取得了較好的比賽成績，先后獲得了自動黑板擦、萬向液壓救災等二等獎8項、機械摩擦式高樓逃生裝置、液壓救災剪等三等獎15項，并于2010年獲得了江蘇省機械創新大賽優秀組織獎。而且，相關機械創新設計獲得發明專利2項，新型實用專利8項，并有3項正在審理中。

5 考核方式改革突出創新能力考核

考核方式的改革與課程體系、教學方法、實踐教學改革相輔相成，相互促進，而且，后者是前者的基礎，前者對后者具有較強的導向作用。

機械設計改變了以往重知識輕能力的“一卷定終身”考核方式，實行理論考核與實踐考核相結合，采取過程評價與結果評價相結合的方式，強化學生綜合實踐能力，重點評價學生的職業能力，突出學生創新能力的考核。課程考核成績包括形成性考核（60%）和期末考試（40%），其中形成性考核包括以下內容：

（1）平時成績（10%）。主要包括平時課后作業和上課紀律考核。

（2）課堂項目或任務（30%）。針對高職生理論分析能力較差、定性分析能力和創新意識較強的特點，課堂任務考核主要包括機械設計的創新點、團隊的協作精神和能力、學習態度和任務完成情況的考核其中創新點占課堂任務考核的30%。對于理論創新設計項目，其方案設計應占最大分值，其次是結構設計，最后是相關理論計算。

（3）課外實踐創新項目（20%）。課外實踐創新項目主要包括方案創新設計、機構創新設計、理論分析和實物制作。其中實物制作占40%，主要考察期功能是否實現、結構是否合理、制作質量是否達標；方案創新設計、機構設計和理論分析各占20%。

（4）期末考試（40%）。期末考試除了考核學生對課程知識掌握程度和一般應用能力外，還考核期創新設計能力，要求學生在規定的時間內，根據創新題目的要求，擬定出可行性方案，并畫出機械系統的運動和結構簡圖，該題目占期末考試的20%。

6 結論

通過以培養學生創新能力為主線，對機械設計的課程內容體系、教學方法、實踐環節和考核方式的的改革，提高了學生們的學習興趣和學習效果、提高了學生的知識應用能力、增強了創新意識和創新能力。教學改革實施使我們看到，雖然高職生的理論分析和計算能力較弱，但學生們的定性分析能力、實踐能力和創新思維能力是很強的。如果（下轉第60頁）（上接第44頁）我們在借鑒他人成功經驗的基礎上，對機械設計教學過程中不斷探索和實踐，必將會摸索出更加適合培養高職生工程應用能力和創新能力的課程內容和教學方法來。

注釋

① 汪劉生.教學論[M].合肥:中國科學技術大學出版社，1996:32-45.

② 楊志勤.等機械類高職創新能力培養“2332”教學模式的探索.中國職業技術教育，2010.2.

③ 李陽星等.機械設計基礎課程體系改革與學生創新能力培養的研究與實踐.黑龍江教育，2007(7、8).

④ 翁蓉等.高職高專機械設計課程教學改革研究.科技信息，2010.23.

⑤ 李超慧.“以教促學”教學模式在基礎英語課堂中的應用.和田師范專科學校學報，2011.4.

⑥ 李輝.小組討論教學模式的有效性.教學管理.2007.12.