將創新思維方法融入機械原理等課程教學中的實踐探析

在機械原理等課程教學中，應使機械知識的傳授成為創新思維訓練的載體，通過改進教學內容與教學方法，有機地將創新思維方法與機械原理等課程知識融合起來，從而培養學生的創新能力。

機械原理教學方法創新思維一、引言

機械制造業是國民經濟發展的基礎和支柱產業，我國機械制造業的快速發展，對機械類人才的素質知識與能力結構提出了更高的要求。機械制造企業需要的是既有機械的理論知識，又具有創新精神、團隊協作能力與機械產品創新設計能力人才，這一人才需求的變化，使從事機械人才培養的我國大學工科教育必須全方位的改革教學理念與教學模式，迎接新的挑戰。因此在機械專業的基礎類課程的教學過程中，如何培養學生具有的創新能力、綜合設計能力及再學習能力，是擺在我們面前的一項重要課題。

機械原理是機械專業的重要的一門專業基礎主干課程，主要涉及的內容是關于常用機構的結構、運動和動力分析及機構運動方案設計。傳統的教學模式十分注重各種機構的結構與運動分析等知識的講解，學生當時雖然學到了這部分的機械知識，但是普遍缺乏創新意識、缺乏發現問題能力與解決問題的能力，往往遇到教科書上沒有的實際的機械設計問題，就束手無策。

二、應用案例教學法，將創新思維方法融入整個教學過程中

從心理學角度講，新奇的事物對學生有特別大的吸引力。在應用案例教學法時，要能針對教學中的重點，進行案例的選擇，恰當地設疑，引導學生主動思維，定向探索問題。

在講解機械原理的基礎知識時，我們收集了典型的機構案例，應用多媒體教學手段在課堂上進行模擬再現，并設置問題，這不僅有利于學生感性認識的深化，而且有助于學生進行深入探討和思考，有利于學生將抽象的機構知識形象化，概念具體化。例如，由機構組成原理可知，任何平面機構都可以看作是由基本機構加若干個基本桿組組成的。在講解機構組成理論時，我們先出示了一個送杯機構的結構圖，請學生分析此送杯機構能否達到其設計目的，這不僅引起了同學的好奇和爭論，也在課堂上設置了思維的發散點，在論述了機構具有確定運動的條件后，要學生運用理論知識分析此送杯機構的設計有哪些問題，提出改進方案。這使學生有了充分的發表自己見解的思維空間，活躍了課堂教學氣氛。在此基礎上，帶學生參觀實驗室的包裝機械和各種機構模型，讓學生繪出其運動簡圖，再在實驗臺上拼接出來。經過這么一個過程，在學生頭腦中，機構組成知識就不再是孤立、靜止、抽象的符號與線條、呆板的公式，而是有機的、形象、生動的機構知識，同時領悟了機械原理的基本知識來源于工程實踐，這為他們將來進行機械方案構思打下基礎，激發了學生對此課程的學生興趣。

三、構建新型的授課體系，啟迪大學生創新思維意識

在進行教學過程中，根據學生學習興趣與層次的不同，我們采用了靈活的教學方法，把課堂教學、學生分組研究、學生課外興趣小組指導等方法結合起來。

課堂授課中，除了講授主要教學內容外，還把機械原理課程的有些章節授課方式與內容作了調整，把機構中的一些理論留給學生自己去“發現”，把傳授知識的過程轉為由學生自己“發現”的過程，使學生受到科學思維的訓練。例如在講連桿機構時，我們運用多媒體課件介紹了連桿機構在實際工程中的應用和連桿機構的類型后，提出了連桿機構為什么在機械工程中得到廣泛的應用？有哪些基本特性？連桿機構的尺寸變化對這些基本特性有何影響等問題。讓學生每4～5人一組分組課后研究，每組選定一類四桿機構，自己擬定尺寸，應用三維CAD軟件，進行建模和仿真，并作出書面報告。通過三維模擬和分析討論，學生不僅提高了計算機的應用能力，而且因為親自擬定機構尺寸，分析和觀察了四桿機構的急回特性、壓力角等現象以及尺寸變化后對上述特性的影響等，學生享受了“發現”知識的快樂，由于是自己構思、自己模擬仿真，生動形象、看得見、印象深，記得牢。我們還布置了一個小論文，論文的題目由學生自己擬定，內容是收集應用連桿機構的實例，要求觀察日常生活、生產實踐中，哪些物品應用了連桿機構，要求拍出實物照片，研究的實物用途、滿足的功能，作出實物的機構運動簡圖，說明連桿機構的類型、特點；說明研究的物品應用了連桿機構的哪些特性等，分析物品的設計巧妙之處，還有何不足之處，能否改進等。這激發了學生很大的熱情，學生走出課堂收集資料，以前熟視無睹的物體，現在看見其能動，就去捉摸其原理，收集了有玩具、健身器、鉸鏈、電動伸縮門、折疊畫架等四十多種例子。同時，讓小論文寫得較好的學生在課堂上進行演示，由全體學生討論和評價，這使上臺演示的學生受到激勵，得到了鍛煉，也使其他學生受到啟發，感受到機械就在我們的身邊，消除了對機構設計與創新的神秘感。

在此基礎上建立了課外興趣小組進行輔導，在學生進入課題時，向學生介紹設計思想和創新方法，引導課題小組積極查找資料，相互討論、相互啟發、克服思維定勢，發散和激勵思維，從功能原理的角度出發，提出多種方案進行比較，讓學生在探索和研究中，逐步解決問題，完成設計。

四、以創新大賽等實踐活動引路，拓展大學生的創新設計能力

創新思維是一種很復雜的思維活動，它具有以下特征：它是邏輯思維與非邏輯思維（形象思維、直覺、頓悟、靈感）的統一，是求異與求同思維的統一，是擴散思維和集中思維的統一。

機械創新設計依賴于創新思維，同時機械創新設計離不開工程實踐。學生的創新能力是后天獲得的能力，是可以通過工程實踐活動進行培養的。通過參加課題研究、實踐等教學形式，可以激發學生的創新激情，讓他們的創造潛能得以發揮。在機械原理課程設計與實驗教學中，我們鼓勵學生勇于創新，對設計課題進行多方案構思與設計。我們還借助于全國機械創新大賽、全國工程實訓大賽等，鼓勵學生組成課題小組，自選課題進行設計。針對學生在自選課題設計時，存在的雖然有創新意識、有靈感，但是缺乏創新思維方法與創新技能而產生的畏難情緒等問題，我們進行有針對性的指導。如通過展示以前各屆學生的機械創新設計作品、科技作品圖片，引導學生仔細分析這些作品的立意、找出它們創新點與創新思路，以啟發學生的思維，打消學生的畏難情緒。同時讓課題組的學生自行組織其他專業的優秀學生加入的課題組來，使小組有不同的專業的知識結構，采用課題組定期圍繞同一問題進行探討，從不同專業、不同角度提出解決問題的方法，引導學生進行發散思維，提出多種解決問題的方案，然后進行分析與綜合，對研究課題中的功能原理、方案認證和技術路線等進行正確的確定。這些實踐教學活動都極大拓展了學生的思維創新空間和機械創新設計能力。當學生的學習積極性也調動起來了，每個設計課題都能產生多個方案進行比較，有些作品極富創新性和實用價值。例如秦凱同學設計的“非浸泡式鞋面清洗機”，就是構思了十幾個方案后，最后巧妙地運用了行星齒輪的自轉與公轉關系，來實現刷毛與鞋子的相對運動，能無死角地清洗鞋面，而且機構的結構簡單。該設計獲得2012年湖南省機械創新大賽一等獎，并獲得了國家新型實用專利。

通過上述教學過程，學生中涌現出一批好的、有創意機構構思，但是這些構思離實際的產品或模型還有相當一段距離。還要進行機構的結構設計等，需要與后續的機械設計、機械制造工藝等課程知識打通，才能設計與做出實際的模型或產品。為此，我們對好的構思，讓課題組課外延續，指派專門老師負責指導，并且學院建立了由老師、學生和學院實驗車間組成的創新設計與制作中心。學生通過現場制作、安裝調試，制成機械產品，這一過程大大提高了學生的團隊協作精神、機械創新設計能力和實踐動手能力。當優秀的學生獲得了各種大賽的獎勵，對于其他的學生是一種榜樣與激勵，以點帶面，吸引和鼓勵更多的學生積極參與課外科技活動。這幾年，學生參加課題研究的人數逐年增加，參加競賽獲得的獎項與申請的專利也逐年增加。如2008年我院機械基礎部老師指導學生的作品獲得省機械創新大賽獎一等獎1項、二等獎1項、三等獎1項；2010年獲得省級獎1項、二等獎2項、三等獎2項；2012年獲得省級一等獎1項、二等獎6項、三等獎1項、獲得國家專利2項、學生發表論文3篇。

五、結束語

教學實踐表明，將創新思維方法融入到機械原理等課程的教學中，改革機械原理的教學內容與教學方式，可以有效地將課堂教學、創新理論和實踐有機結合起來，能夠充分調動學生學習的積極性。年青的大學生們精力旺盛，思維活躍，關鍵是如何激發他們的創新潛力。特別是對積極參加課外興趣小組的學生，要加強指導，對他們產生的每一點的創新火花，都要進行科學的評價，保護他們的創新熱情，并引導找出正確的解決問題的方向。

通過在機械原理各教學環節中，注重對學生進行創新思維與機械創新能力的培養，提高了學生創新能力和實際動手能力，使學生在學習機械學科理論知識的同時，潛移默化地形成他們的創新思維能力，取得了較好的教學效果。

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湖南省教改項目，項目編號（湘教通[2011]333號）。