《機械設計基礎》教學中創新思維的建構

李鋒 李長河

摘要：針對創新思維的要求，文章提出了《機械設計基礎》課程教學中引導學生建構創新思維的思路和方法，即通過增加教學層次，拓展課程覆蓋面，傳授創新方法和改革教學考核方式來實現，同時要根據學生的表現進行反饋和修正，保證學生建立正確的創新思維模式。

關鍵詞：機械設計基礎；教學；創新；建構

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）52-0071-02

在當前歷史背景下，科技創新是實現中國社會主義現代化的客觀要求，也是中國經濟發展和科技發展的本質要求。江澤民同志曾多次強調“無論從世界的發展變化還是從國內改革和建設的要求看，我們都需要比以往任何時候都更加注意加速科技進步，加強科技創新”，“面對世界經濟和科技發展的新形勢，我們必須在全國興起一個科技進步和創新的高潮，必須堅持創新、創新、再創新”[1]。國家主席習近平同志在看望全國政協十二屆一次會議代表時，進一步提出了加強科技人才隊伍建設，變“要我創新”為“我要創新”，進一步把主觀能動性放到了首位。作為中國社會培養機械專業科技人才的高校，創新思維的培養是“我要創新”的基礎和必由之路。創新的核心內容是每一個人自身運用已有知識創造新知識的能力，是個體適應周圍環境，結合創造的新知識和新思維并改造環境的能力。創新并不是無根之木，它有自身的基礎所在。工科專業的特點是實踐性較強，國外許多著名高校都圍繞創新來培養學生的能力。德國高等教育體系中，包含了大量創新實踐活動，學生除了完成課程學習中要求的實踐內容，還要完成獨立于課程體系之外的六項創新設計任務和長達二十六周的實習工作，通過創新設計任務和有目的的實習，培養學生工程動手實踐能力和創新設計能力[2]。還有美國麻省理工學院等世界級名校，提出了“基于項目學習”的工程教育改革，通過將構思、設計、實踐和運作整合起來，達到培養具有創新思維的機械類專業人才的目標[3]。國內許多高校也采用不同方法以提高學生的實踐能力并取得了一定效果。胡宏佳等[4]通過開設綜合性、設計性實驗、改革實驗教學方法及成績評定辦法，同時采用推動實驗室開放工作等方式，將創新思維植入整個實驗教學環節，取得了良好的效果。陳波等[5]用機械設計課程群的方式，通過全面統籌規劃，將學生的綜合設計能力和創新能力的培養作為改革的首要目標。目前使用的《機械設計基礎》教材中主要圍繞著機構組成和規律研究及機械零件設計的基本方法來論述，缺乏與工程實際問題的聯系。課程中也有大量實例，但是落腳點在解釋機構或零件的原理上，無法滿足靈活運用并創新發展的要求。這種教師滿堂灌的教學模式，對學生的教學效果并不理想。要想獲得良好的教學效果，必須改革傳統的教學模式，摒除只滿足于解釋機構和零件的要求，引入學生創新思維的培養，幫助學生建構屬于自己的創新思維。下面結合課程授課內容，探討一下幫助學生建構創新思維的幾個方面的問題。

一、區分教學層次，拓展課程覆蓋面

以培養優秀工科人才為目標，改革現有的課程模式，重點培養學生的創新應用能力。在教學準備過程中，首先根據學生的具體情況制定三個層次的目標，即理論基礎型、提高加強型和設計創新型。根據學生的不同學習能力和學習階段，采用不同的目標層次，通過鼓勵和引導重點把學生引入設計創新型目標中。同時在教學初應該給學生明確教學中層次的劃分內容，激發學生向深層次學習的興趣，并根據學生的層次進行相應獎勵。為拓展課程覆蓋面，要將課程建立與工廠實踐相結合，建立實驗室定期開放制度，拓展課程中包含的范圍，增加對學生進入設計創新層次的支撐。通過把原來進行的驗證性實例變為創新設計題目，將學生的積極性調動起來，培養學生的創新思維和動手能力。教學中緊密結合機械相關課題項目的新技術、新方法和新理念，把工程前沿知識與課程教學內容聯系起來。比如可以圍繞產品設計，在學生思維中建立并明確機械設計課程體系的關系，將零碎分散的知識整合，讓學生知道如何才能將所學課程整合并應用到創新設計中。

二、以創新方法為先導，培養創新思維

創新是產品設計特別是機械設計的支柱，創新原理和方法就是機械設計的靈魂。常見創新原理有綜合創新、分離創新、組合創新和移植創新等多種方法。創新設計技法則又包括智力激勵法、分析列舉法、聯想類比法和組成創新法等。這些創新原理和創新設計技法，在機械的相關課程中可以得到很好的應用。在目前的大部分高校的工科課程體系中，缺少對于創新理論和方法的介紹。原來有的是最簡單的機械方案設計的內容，內容比較單薄且并沒有結合實例給學生以直觀印象，對現代機構創新和優化設計工具的講解也很少，與公司需要的產品設計有很大差距，需要引進國外大學類似產品設計的課程進行學生知識結構的優化和完善，以達到促進創新思維建立的目的。比如，可以增加TRIZ理論的講解，介紹技術創新和技術系統的演變規律，幫助學生跳出定式思維，培養發明精神和拓展發明思路。創新方法的傳授中還需要包括產品生命周期設計的內容，這需要將創新設計與產品的生命周期相聯系，以期有效延長產品的生命周期。當前國際關注的節能減排、綠色制造和碳排放等各項標準，通過創新設計能夠得到不同程度的解決，這些與日常生活息息相關的內容都是激發學生創新思維的優良路徑。

三、教學考核方式的革新

教師是學生學習的領路人，是學生前進的指引者，教師要激發學生的學習熱情和合作精神。教學中要不斷開展與學生的互動，營造熱情洋溢的課堂氣氛。這就需要改變原有的照本宣科的學習模式，引導學生進入積極自由而又寬松活潑的學習氛圍中。增加自主創新設計項目、課題小組討論和自主設計實驗等主動學習模式，使學生在教師教課過程中不斷提出自己獨立的見解，同時，給教師提供完善自身教學的機會，減少學生對老師的敬畏感和距離感。考核中融入創新元素的部分，讓學生意識到創新對自身學習的重要性，把“我要創新”的教學目標放在課堂教學的首要目標，培養學生熱愛創新并勇于創新的習慣。展示圖片、動畫和視頻等工程實例給學生以啟發和幫助，使其樹立突破原有的慣性思維，激發其學習機械課程的決心。創新思維的鍛煉中，自主實踐的考核是激發學生創造性思維的很好方式。比如，在四桿機構的學習中，作業可設計為讓學生自己根據課本內容構建教具進行實踐活動，以獲得四桿機構的運動特性參數，這樣，學生在學習的同時培養了動手能力，激發了學生的好奇心，并且由于每個學生都有自己的理解，因此也增加了創造性的空間。

四、保持良好的反饋和修正，建構創新思維

在認知發展領域中，日內瓦學派的皮亞杰認為“兒童是在與周圍環境相互作用的過程中，逐步建構起關于外部世界的知識，從而使自身認知結構得到發展的。”建構主義知識觀認為，學習者對于知識的理解是由學習者自身基于自己的經驗背景而建構起來的，知識是認知主體的一個意義建構的過程，只有相對的正確性[6]。《機械設計基礎》課程中概念和理論很多，學生建立這些理論和概念的過程本身就是一個建構的過程。作為進行教學工作的教師，要時刻意識到學生的生活背景、學習基礎和成長環境是不同的，這意味著每個學生對課程內容的建構形式和內容是有差異的。學生在學習過程中會出現新舊知識和經驗的雙向相互作用，這直接影響了對創新思維方式的建構過程。為防止出現偏差有必要在學習過程中，通過各種方式進行創新思維的檢驗，對學生在課程學習中對信息的選擇、加工和處理進行干預，因此，對教學方法進行調整或修改是很有必要的。建構正確的創新思維將可以讓學生對當前學習內容所反映的機構的性質、規律和其他機構的內在聯系達到較為深刻的理解，學生能夠在機械零件內容中將前面所學靈活應用。因此，學生的創新思維的質量并不取決于其記憶和背誦教師講授的內容的能力，而是取決于學生根據經驗建構知識并創新知識的能力。

創新思維的建立是一個長期的過程，創新思維是工程技術不斷進步的不竭動力。讓學生認識創新，了解創新的基本方法和規律，掌握創新設計的精髓并應用到今后的工作和學習中，是每個教師的責任所在。在《機械設計基礎》的教學中逐步提高創新思維培養的力度，對于提高學生素質，增加學生的就業競爭力，是十分必要的。

參考文獻：

[1]江澤民.論科學技術[M].北京：中央文獻出版社，2000.

[2]宋志強.關于機械創新設計實例與實踐的研究[J].呼倫貝爾學院學報，2008，16（1）.

[3]鄭偉剛，王海南，騰生磊.基于突出創新能力培養的《機械設計》課程教學探討[J].教育教學論壇，2011，23.

[4]胡宏佳，王世剛.機械原理與機械設計實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2010，29（7）.

[5]陳波，張建中.基于CDIO的“機械設計課程群”教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2012，30.

[6]蔡曉君，劉湘晨，徐林林.深化卓越工程師機械設計主題實踐的改革[J].實驗室研究與探索，2012，31（6）.

基金項目：青島理工大學教育教學改革研究項目（D2012-23）

作者簡介：李鋒（1982-），講師，主要從事機械設計等課程的教學和研究工作。