獨立學院機械設計課程設計中培養學生創新能力研究與實踐

彭三河，眭滿倉

（長江大學機械工程學院，湖北荊州434023長江大學工程技術學院，湖北荊州434020）

創新能力是指在學習中有所發明、有所創造，能夠極大地發揮主觀能動性，主動地去改造環境，創造未來。黨的十五大報告指出：“創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力。一個沒有創新能力的民族難于屹立于世界之林。”［1］作為高等教育，更應當承擔起這個重要的責任。《機械設計》是獨立學院機械類專業的一門專業基礎課程，一般在大學三年級第一學期開設，學完理論課后緊接著進行4周的課程設計，其教學目標在于培養學生對一項設計的整體規劃能力，一定的設計能力、較強的團隊合作精神以及綜合的創新能力，能夠為接下來的畢業設計和將來實際設計工作提供一定的技術支持。但是，在教學中發現，如果單純依賴傳統的教學方法和手段，并不能獲得良好的教學效果，多數學生在學完這門課程以后，僅僅掌握了常用零件的一些計算，所學的知識不夠系統，難以實現該課程的教學目標，更談不上對學生創新能力的培養，為此筆者從課程設計題目選擇、教師指導方法、強化融入社會實際、強調計算機輔助設計等幾個方面進行了探索與實踐，以求最大限度的提高學生的綜合創新能力。

1 以興趣為先導，結合實際、科研和創新大賽選題

合理地選擇課程設計題目十分重要。以前，《機械設計》課程設計一直以傳統的普通減速器作為設計題目，每屆學生沿用，一個題目在被使用了幾十年以后，學生對它早已失去了新鮮感，而且與減速器設計有關的資料已是多如牛毛，學生在做課程設計的時候，在圖書館中可以找到許多相關資料，只要按著資料上的步驟，按部就班地做，就能輕松地完成設計任務［2］。因此，這個設計題目對學生來說沒有什么挑戰性。興趣是學習最好的老師，失去了興趣，再好的設計題目，學生也必然會采取敷衍了事的態度，這樣，學生在設計過程中解決問題的能力就得不到提高。為此，在近幾年的課程設計選題上，筆者進行了一些嘗試。

第一，參考其他院校引入一些新的題目。例如機械式無極變速器、齒輪連桿式步進機構等。這些新題目無論是從設計量的要求、涉及零部件的類型、受力分析等諸多方面都與傳統的有級變速器較為接近，能夠滿足該教學環節的要求和目的。

第二，課程設計融入教師的科研項目。如2010年機械工程學院機械專業課程設計有8個題目與教師的科研項目掛鉤，占總題目數的7.5%。

第三，課程設計與畢業設計掛鉤，從往屆畢業設計的題目中截選出合適的傳動裝置設計部分作為題目。例如畢業設計題目有抽油機設計、魚加工預處理機設計、繞線機設計、剝麻設計等，其傳動裝置部分都可以稍加修改拿來作為課程設計的題目。

第四，課程設計與機械創新大賽相結合，作為提高大學生創新能力的一個平臺。國家級和省級機械創新大賽對大學生很有吸引力，為了提高學生對課程設計的興趣，可以將大賽作為一種標桿引導學生作好課程設計。由于每屆大賽都有一個設計主題，可以結合主題尋找一些題目作為課程設計題目，由于有了明確目標，學生興致很高，投入精力很大，課程設計效果明顯，如機械設計制造及其自動化專業學生有多人參加湖北省大學生機械創新大賽，有3項作品獲獎，獲獎作品均來自前期作過精心準備的課程設計題目。

2 老師主導，學生主動，加強協作，突出能力培養

在課程設計中，只有充分發揮指導教師的主導作用，又同時調動學生的主動性，才有可能實現培養設計構思和設計技能的目的。以往的課程設計以教授傳統的經驗型手工設計為目的，學生總習慣于照搬指導書，一般是老師逐步講解，學生機械模仿，被動接受知識，設計訓練效果不甚理想。在重擬了設計題目后，可以拋開設計指導書，只給學生以必要提示，并列出參考書目，鼓勵學生去查資料，培養他們對各種信息及數據的歸納整理能力［3］。每個題目由2～3名學生組成1個組來完成，設計方案由本組同學一起研究共同提出，由老師組織方案研討會，各組同學均參加，每組派一位代表宣講自己的設計方案，由老師和其他組同學對方案分析、質疑和評論。這種相互交流，每組同學除了自己的課程設計之外，也可以了解其他題目設計方法和思路，拓展了同學們設計的知識面，也利于打開和改進自己的設計思路，最后由老師作出總結，給出指導性意見。在接下來的整個設計過程中，力求培養學生的團隊精神，要求每組學生分工明確，相互合作，共同完成設計任務。如在鋼筋彎箍機設計中，要求3個學生共同完成，1個學生主要完成送料部分設計，1個學生則完成鋼筋定位夾緊及彎頭部分設計，另一個學生完成自動控制部分設計，這3個學生的設計數據是一樣的，中間的連接部分和外部結構需要2個人合作完成，最后將3個人的設計合并為一個整體。通過這樣的課程設計改革，學生自然會在設計的過程中體會到如何調整自己，相互交流，與其他人一起完成設計任務，從而達到培養協作設計能力和團隊精神的目的。在指導工程中，教師的主導作用應該體現在善于引導和啟發學生逐步學會思考、分析問題。如對學生在設計過程中提出的各種問題，教師不宜直接簡單做出答復，而應根據情況處理。對于學生沒有認真閱讀資料、沒有獨立思考的問題，就應引導他們去參閱有關設計資料和認真思考，不讓他們一味依賴；有的則可采用質疑的方式提出與之相關的問題，啟發學生逐步掌握分析問題和處理問題的方法；對于那些經過認真考慮并有一定看法但在設計中拿不準的學生，則通過討論，肯定其正確部分，而對其錯誤或考慮不周之處則可在和他們共同分析、討論的基礎上，引導學生作進一步思考，最后讓他們自己來解決問題。如有的學生在設計滾動軸承內側的甩油環時，由于結構和位置都不合理，不但起不到擋油的效果，而且還使得軸承也無法拆卸。這時，就可以提出為什么要設甩油環？如何甩油？軸承壞了如何拆下來等問題，引導他們思考。

3 加強動手實踐，強化創新能力培養

為提高學生學以致用及創新能力，盡量帶學生接觸實際，擴大學生眼界，積累和豐富創新設計知識與經驗，如帶學生去機械廠看了裝配線上的機械手后，回來就讓學生設想它的設計是如何實現這些運動的，如果機械手不是抓金屬零件而是抓雞蛋，那么機械手的設計將要作些什么改進［4］。教師還建議學生參觀相關展覽，如機械博覽會、石油機械、醫療機械、包裝機械、農業機械等行業機械展覽。鼓勵和支持學生參與一些工程設計，如長江大學機械工程學院07級有位學生，在學習機械設計課程期間，他在同學家長開辦的鋼構廠參觀時，發現人工彎曲鋼筋速度慢，質量也不易保證，他建議該家長開發一種相應的鋼筋彎曲設備，并且告知該家長自己正在學習機械設計，可以試著設計，同學家長覺得這小伙子有志向，是學機械專業的，又有老師指導，欣然答應了他的要求，并投資了研制經費。這位同學進行了相關調研，收集了大量的相關資料，運用機械設計課程中所掌握的各種設計知識，在老師的指導下，畫出了設備的三維動畫，對傳動部分進行了創新設計，對主要零件進行了強度計算，繪制了裝配圖和零件圖，進行了零件加工工藝設計和制造，創新性地設計出了一臺全新的鋼筋彎曲機，該機現已在鋼構廠投入生產，效果較好。

4 加強計算機的運用能力

隨著計算機應用的迅速普及，CAD （計算機輔助設計）技術發展很快。特別是在機械設計領域，由于CAD技術具有計算速度快、計算準確性高的特點，同時具有分析、判斷和邏輯推理能力，使得CAD技術在機械設計中從方案設計、運動學分析、強度、剛度計算到結構設計、繪制零件工作圖和裝配圖等一系列設計過程中得到了廣泛的應用。從而使機械設計的技術水平和設計質量不僅有了很大的提高，而且大大減輕了設計人員的勞動強度。熟練掌握CAD技術已成為工科院校大學生必須具備的基本技能。基于以上的原因，從培養學生CAD應用能力出發，必須在 《機械設計》課程設計階段提供必要的CAD應用訓練，所以要求學生的設計圖紙必須用CAD軟件繪制。通過這樣的CAD應用，學生就能夠在設計過程中把他們在前期的 “工程制圖”課程中學到的CAD知識加以鞏固深化，不知不覺地提高了他們的CAD應用能力。計算機不但可以用于輔助繪圖，還可以用來輔助設計計算。針對學生的具體情況的不同，鼓勵一部分程序設計能力較強的學生，自己編制程序進行設計計算。機械設計中軸系零、部件的強度、壽命計算都比較復雜，比較適合于應用計算機程序進行輔助計算。在設計過程中，學生首先提出自己的設計思路，比如，如何選擇各種設計參數、如何優化設計參數、如何顯示設計結果等，然后再按照該思路編寫出相應的程序。這樣可以使一部分計算機編程能力較強的同學得到更為全面的CAD應用能力的鍛煉。

5 結語

在面向21世紀培養 “能力型、素質型”的應用人才方面，《機械設計》課程設計是一個重要的環節。在這個環節中，要充分調動學生參與課程設計的積極性，改進課程設計教學指導方式，強調思考訓練，培養整體設計意識和團隊協作創新意識，鍛煉計算機繪圖能力，加強動手實踐，強化創新能力培養，這樣才能改進和提高 《機械設計》課程設計的教學效果，使學生切實增強工程設計能力和創新能力。

［1］李良軍，龍振宇.創新教育在機械設計課程設計教學中的運用 ［J］.高等建筑教育，2003，（9）：102－104.

［2］郭 玲.機械設計基礎課程設計改革與實踐 ［J］.遼寧高職學報，2004，（6）：111－113.

［3］肖 猛.獨立學院機械專業實踐教學環節的探討 ［J］.中國現代教育裝備，2008，（4）：119－121.

［4］劉向陽.獨立學院機械工程專業高級應用型人才培養的探索與實踐 ［J］.科技信息，2008，（17）：71－73.

［5］王忠祥.加強CAD教學，培養學生的計算機應用能力 ［J］.中國輕工教育，1999，（4）：30－31.