談“機械設計基礎”實踐教學中學生創新能力的培養

呂 宏，劉大力，楊春梅

(東北林業大學機電工程學院，哈爾濱150040)

創新是人類進步的原動力，是社會發展的源泉，也是培養和造就科技人才的重要途徑［1］。機械設計基礎課程是機械類及相關專業的一門重要的專業基礎課，也是一門設計性、實踐性較強的課程。本課程對于培養學生的綜合設計能力和創新能力起到十分重要的作用［2］。但目前由于多種原因使本課程的一些實踐環節不能充分發揮其作用，例如:實驗課學時減少、經費投入不足、實驗設備陳舊、實驗臺套數不能滿足學生動手實驗、課程設計時間難以保證以及達不到預期效果等等。這些問題嚴重制約了學生掌握本課程要領和創新能力的培養，為此筆者做了一些初步改革與探索，并收到較好的教學效果。

1 重視實驗教學

實驗教學是機械設計基礎課程中的重要組成部分，是學生獲得工程實踐知識的重要手段。在實驗過程中，學生可了解實驗的基本原理和基本方法，了解各種實驗設備的使用和調試、實驗數據的采集和處理，通過這些基本技能的訓練，提高了學生的綜合素質和動手能力，而且為專業課程的學習打下堅實的基礎［3］。同時也啟迪了學生創新思維、激發了學生創造潛能。

但傳統機械設計基礎試驗多為演示性和驗證性實驗，學生動手機會少，影響了學習積極性。由于缺乏研究性和創造性，對培養創新能力十分不利。為此我們在實驗內容和實驗方法上進行了改革，實驗內容由傳統的“單一型”向“綜合型”轉變，實驗方法上由傳統的“示范型”、 “驗證型”向“開發型”、“設計型”轉變。淘汰一些過時陳舊的實驗項目，保留了經典的實驗內容。例如，“機構運動簡圖繪制”實驗是機械設計基礎實驗中的保留項目。因為通過這個實驗，學生可以全面地認識機器及機構組成，學會如何把實物機器和機構抽象出幾何模型，并繪出其運動簡圖，從而表達出機構中各構件之間的運動關系，為今后研究機構及機器奠定基礎。在做此實驗時，我們除了讓學生觀看傳統的機構和零部件陳列柜外，還補充了一些與現實生活和實際生產有關的新型機構、典型模型和實物，學生可以通過動手裝拆機構和機器，加以直觀地認識。例如購置一些機械玩具，讓學生來操作玩耍這些玩具并拆開玩具進行分析研究，明確某一個動作通過什么機構實現、怎樣實現，并繪制機構運動簡圖。機械玩具的趣味性，大大增加了學生的興趣，使學習更加主動。在學生學完一些典型機構后，教師把這個實驗向綜合性創新性方面延伸拓展。形成綜合性設計性較強的機構創新實驗，在機構創新實驗中，準備不同長度的軸、桿和滑塊等構件及動力源讓學生展開探索，自己動腦思考、動手設計，組裝成各種形式、各種功能的運動機構，在組裝這些機構的過程中加深對課堂知識的理解，如曲柄存在條件、急回特性和四桿機構的其它特性等。因為機械原理主要研究的是機構，研究實質是方案設計，正確的選擇和設計機構方案是整個機械產品設計的關鍵，而方案設計又是創新的最主要環節。這個實驗激發了學生認識機構、設計機構的熱情，很多學生做了多套方案，進行了多種搭接組合，從而更加熟悉了學習內容，積累了一些機構設計的經驗，為課外創新活動，培養學生的工程實踐能力和創新能力打下基礎。

在機械設計實驗方面，購置了機械傳動綜合試驗工作臺，讓學生自己構思，自己設計傳動部分，把學過的齒輪傳動、蝸桿傳動、帶傳動、鏈傳動等傳動裝置和四桿機構及凸輪機構等常用機構組合出相應的機械系統，并進行運轉調試，觀察其運動情況，然后進行綜合比較，分析各自的優缺點，評價設計方案。這樣不僅鍛煉了動手能力，同時也把各章節學過的知識有機地結合起來。

另外，在實驗過程中按照培養目標的要求，對于原有實驗臺套數不足的實驗項目，增加了臺套數，更新了儀器和設備，充分調動學生的積極性，盡可能做到人人都能動手操作，扭轉了以前少數學生操作實驗，多數學生在旁觀看的局面，取得了較好的實驗效果。并按照學生的愿望，積極創造條件，使機械設計基礎的各個實驗能在課余時間向學生開放。

2 重視課程設計

機械設計基礎課程設計是機械設計基礎課程的的重要組成部分，也是機械類及相關專業學生第一次綜合以前所學知識，解決工程實際問題的訓練。此時課堂教學的那種教師講、學生聽的教學模式被改變，取而代之的是學生要獨立完成設計任務［4］。設計時，學生是設計者，教師是指導者或幫助者，學生習慣的被動學習方式消失了。對于設計中遇到的各種問題，學生必須通過自己分析，與同學討論，向教師請教以及查閱有關資料等方式來解決，從而使教學以教師為中心轉變到以學生為中心，對學生能從各種渠道獲取知識是一次有效的鍛煉。

但以往課程設計都集中在課程設計專用周中完成，課程設計題目一般是帶式運輸機，主要設計傳動部分，要求學生完成的設計內容主要有:運動學計算 (選電機)、傳動件設計 (帶傳動、齒輪傳動);軸的結構設計及校核;軸承、鍵和聯軸器的選擇及校核;減速器箱體和附件的設計等等，畫圖方面要求學生繪制一張減速器的裝配圖 (0號圖)、兩張零件圖 (傳動零件和軸)。由于設計內容較多，畫圖量較大，設計周又不停課，加上此時又處于期末復習考試階段，學生的精力不能全部放在課程設計上，使得一些學生設計任務不明確，設計思路不清晰，整個設計過程稀里糊涂，有個別學生只是抄張圖交差了事，課程設計效果大打折扣。而目前授課過程中，將課程設計中的一些內容如帶傳動、齒輪傳動、軸的結構設計和軸承的選擇等設計內容在講授機械設計基礎課程中作為相應章節的作業來布置，穿插在整個理論教學過程中，使得理論教學和課程設計有機結合起來，與工程實踐有機結合起來，使學生在理論教學過程中通過實例真正熟悉了機器的組成，熟悉了原動機、傳動裝置和工作機之間的功率、效率等關系，對設計機器有了整體的概念。又使得學生在課程設計專用周能集中精力進行減速器的結構設計和整體設計。當理論教學結束時，課程設計部分中的設計計算部分也相繼完成。在設計周正式畫圖前，要求學生對各部分計算理清思路，并進行適當的檢查和調整，以便于繪圖。這樣處理后，使學生在設計周，有充分時間應用以前所學的知識來解決減速器中軸與軸上零件的安裝和固定、軸承的潤滑、密封和間隙調整、減速器箱體以及附件等問題，把以前學過的有關材料、熱處理、公差和制造工藝等問題應用到減速器設計中。

另外由于學生的知識接受能力不同，因此掌握知識水平上出現了不同的層次，如果課程設計題目完全相同的話，必然造成成績好的學生不能夠完全發揮自己的水平，所以對知識掌握較好或者有創造能力的學生，可以分級命題，做到物盡其用，人盡其才［5］。充分發揮學生的創造積極性，培養創新能力。

應該特別指出的是，在設計周集中設計之前，讓學生對減速器裝置進行安裝和拆卸是非常必要的，可以使學生熟悉減速器裝置的基本構造，各個零部件之間的連接特點、布置形式和空間位置關系等［6］。并重點強調在設計過程中，許多參數不可能完全由計算決定，而是要借助畫圖及考慮多方面因素初選或初估等手段來確定。同時告訴學生設計時應遵照邊畫圖、邊計算和邊修改，交叉進行的“三邊原則”，讓學生有反復修改的心理準備。只有這樣，才能更加熟悉設計過程，熟能生巧，為將來創新機械打下基礎。

3 重視課外創新活動

為培養學生的綜合設計能力和創新能力，在重視課堂教學質量，上好每一堂課的同時，利用課余時間，將本課程的課堂教學內容擴展到課堂以外，建立第二課堂［7］。在教室非常緊張的條件下，學院建立了幾個創新實驗室，滿足創新活動的開展。鼓勵廣大學生積極參加校級、省級和國家級機械設計創新大賽，積極參加課外科技活動。在創新實驗室，幫助學生建立科學的思維方式和完整的現代工程設計理念，營造科技創新氛圍，注重學生動手能力的培養以及學生的優良個性發展。教師積極承擔機械創新設計大賽的指導工作，為科技創新奠基了理論基礎。許多學生的科技成果的雛形就是來自這門課的引導課題，到目前為止，很多學生在全省和全國機械設計大賽中獲獎。由于學生在參與機械設計創新大賽中理論知識、動手能力及創新思維都得到了鍛煉和提升，使得這些學生在就業時得到用人單位的認可，有了更廣闊的發展空間。

總之以上這些改革各有側重又相互聯系，圍繞著實踐性環節組成一個不可分割的整體，在機械設計基礎實踐教學中，對培養學生創新能力起到積極的作用。

［1］呂 宏，馬 巖.淺談機械設計基礎教學中創新能力的培養［J］.機電產品開發與創新，2010(5):162 －163.

［2］胡玲鳳.工業設計機械基礎實驗教學的設計與實踐［J］.機械設計與制造，2005(12):8－9.

［3］朱維兵，蔡長韜，陳衛澤.機械基礎系列課程實驗教學的設計與實踐［J］.高等教育研究(成都)，2007，23(1):55 －56.

［4］王紅閣.《機械設計基礎》實踐教學環節改革探究［J］.長江大學學報(自然科學版)理工卷，2009，6(4):336 －337.

［5］杜 韌，高振玲.機械設計課程實踐環節的改革與創新機械設計教學研究［M］.北京:機械工業出版社，2008.

［6］薛 偉，辛 穎，侯衛萍.基于持色專業的森林工程人才質量培養體系的研究［J］.森林工程，2011，27(5):87 －89.

［7］王 玉.“機械設計基礎”教學中培養學生創新能力的研究與實踐［J］.教育與職業，2010(12):103－104.