機械創(chuàng)新設(shè)計實驗教學(xué)方法研究與探索

摘 要：機械創(chuàng)新設(shè)計實驗是以提高學(xué)生工程實踐能力、綜合設(shè)計與分析能力、科學(xué)研究能力以及創(chuàng)新能力為基本要求，培養(yǎng)能適應(yīng)現(xiàn)代社會需求的創(chuàng)新人才為目標的實踐教學(xué)課程。在機械創(chuàng)新設(shè)計實驗教學(xué)過程中通過改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，變被動實驗教學(xué)模式為主動實驗教學(xué)模式，建設(shè)能滿足機械創(chuàng)新設(shè)計實驗教學(xué)要求的開放式實驗室、管理模式及考核體系，并通過開展各種創(chuàng)新設(shè)計競賽，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新意識。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計 創(chuàng)新設(shè)計 實驗教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）04（a）-0040-02

機械創(chuàng)新設(shè)計作為機械原理和機械設(shè)計的后續(xù)課程，著眼于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和創(chuàng)新精神，近年來已成為國內(nèi)各大高校機械及機電類專業(yè)學(xué)生的核心課程。各高校都在對其教學(xué)內(nèi)容、手段、實驗方法進行探討，并創(chuàng)建了各種創(chuàng)新設(shè)計實驗室。但是大多數(shù)高校都存在著學(xué)生人數(shù)多、課時有限、設(shè)備臺套數(shù)少的缺點，怎樣充分利用現(xiàn)有的資源，調(diào)動學(xué)生的積極性，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)成為了當(dāng)務(wù)之急[1]。

1 變被動式實驗教學(xué)為主動式實驗教學(xué)模式

傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法是由老師設(shè)計實驗方案，安排實驗步驟和程序，學(xué)生根據(jù)老師的要求被動進行實驗，這種機械的教學(xué)方式無法充分調(diào)動和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。而機械創(chuàng)新設(shè)計是以培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力為基本要求的課程，其實驗教學(xué)更是不可或缺的重要環(huán)節(jié)，不僅要求在實驗內(nèi)容上創(chuàng)新，還要有教學(xué)模式上的創(chuàng)新；不僅要培養(yǎng)和加強學(xué)生的動手能力和實踐能力，還要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和求知欲。

1.1 課題引導(dǎo)式實驗教學(xué)模式

課題引導(dǎo)式實驗教學(xué)模式是由老師提出實驗設(shè)計題目，學(xué)生自己設(shè)計實驗方案并在老師的指導(dǎo)幫助下完成課題。題目的擬定應(yīng)具有可操作性，題目的難易程度和工作量應(yīng)適當(dāng)，使學(xué)生能夠通過自己的努力在規(guī)定的時間內(nèi)完成。題目太難，學(xué)生會產(chǎn)生畏難情緒，挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，嚴重的還會導(dǎo)致抄襲現(xiàn)象發(fā)生。題目太容易，會使學(xué)生失去興趣，不利于學(xué)生的培養(yǎng)。題目的設(shè)計還應(yīng)具有綜合性，應(yīng)盡量多的涵蓋學(xué)生學(xué)過的知識點，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用的能力。

在設(shè)計題目時，最關(guān)鍵的就是要有創(chuàng)新性，這既是重點又是難點。題目的約束應(yīng)盡量少，這樣學(xué)生才有更大的創(chuàng)新發(fā)揮空間，有利于學(xué)生想象力和創(chuàng)新能力的提高[2]。興趣是創(chuàng)新的驅(qū)動力，所以在設(shè)計題目時，還應(yīng)兼顧學(xué)生的興趣點。可以選擇日常生活中或生產(chǎn)中學(xué)生們熟悉的機械產(chǎn)品，通過改進或改良設(shè)計實現(xiàn)更好的功用。

1.2 個性化自主實驗教學(xué)模式

所謂個性化自主實驗教學(xué)模式，就是學(xué)生根據(jù)自己的興趣和愛好自由組合，每3～4人一組，以組為單位進行自擬題目創(chuàng)新實驗。在實驗室臨時讓學(xué)生自擬題目，可能會有難度，所以必須要求學(xué)生做好實驗前的準備工作，如查閱資料并進行調(diào)查選題等，由老師對學(xué)生的選題進行可行性分析并通過后才能開題，對于難度及工作量不適當(dāng)?shù)倪x題，老師應(yīng)提出修改意見。通過個性化創(chuàng)新課題的開展，讓學(xué)生成為實驗的主體，老師則由傳統(tǒng)模式下的主角變?yōu)樾滦湍Ｊ较碌呐浣恰＠蠋熤蛔霰匾闹笇?dǎo)，學(xué)生則可以根據(jù)自己的能力和愛好，自主選擇實驗題目，既張揚了個性又拓展了思維空間。

2 建設(shè)能滿足機械創(chuàng)新設(shè)計實驗教學(xué)要求的開放式實驗室

2.1 機械創(chuàng)新設(shè)計實驗平臺的建設(shè)

機械產(chǎn)品是由各種機構(gòu)組合而成，機械創(chuàng)新設(shè)計的實質(zhì)就是機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計。機構(gòu)創(chuàng)新實驗平臺是創(chuàng)新設(shè)計實驗室最基本的實驗設(shè)備，實驗平臺由機架、電腦、各種零部件及零件柜、工具柜等組成，可滿足每組3～4個學(xué)生的實驗需求。實驗平臺的各種零部件包括電機、皮帶、帶輪、齒輪、凸輪、槽輪、撥盤及各種高副、低副、回轉(zhuǎn)副、移動副等構(gòu)件，可拼搭成多種機構(gòu)，能完成平面及空間機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計、機構(gòu)系統(tǒng)方案的創(chuàng)新與設(shè)計、典型機構(gòu)拼裝等實驗項目。學(xué)生可根據(jù)從動件工作的運動要求，構(gòu)思創(chuàng)新設(shè)計方案，還可自由搭建其他機構(gòu)。通過實物拼裝和實物運轉(zhuǎn)，不僅可以直觀驗證設(shè)計構(gòu)思，還可以給學(xué)生帶來極大的成就感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

有的學(xué)校還建立了虛擬實驗室，運用計算機輔助設(shè)計技術(shù)實現(xiàn)虛擬裝配和運動仿真分析，可驗證創(chuàng)新設(shè)計方案的正確性與可行性，同時還可以通過修改、調(diào)整來完善設(shè)計。

2.2 開放式實驗室管理

目前，許多高校開始嘗試開放式實驗管理模式，以解決學(xué)生人數(shù)多、課時有限、設(shè)備臺套數(shù)少的矛盾。但同時也帶來了以下幾個方面的問題：第一，創(chuàng)新實驗平臺主要采取實物拼裝方式，需要大量品種繁多的零件，在反復(fù)拆裝的過程中會造成零件的損壞和缺失，而不當(dāng)操作還有可能造成人身傷害和設(shè)備的報廢；第二，由于實驗室是面向所有機械或機電類學(xué)生的，學(xué)生可自由支配的時間不同，進入實驗室的學(xué)生具有不確定性；第三，師資力量不夠。

為解決以上矛盾，許多高校都進行了探索與實踐，并取得許多寶貴的經(jīng)驗。

海軍航空工程學(xué)院采取變被動管理為主動管理的開放式實驗室管理模式[3]，開發(fā)出了一套實驗室管理系統(tǒng)，由學(xué)生管理員操作管理系統(tǒng)，對每臺設(shè)備建立檔案，對使用過程中的使用人、使用時間、材料損耗、配備工具、故障及修復(fù)等情況進行記錄，并在每次實驗前對實驗設(shè)備及工具進行清點，而老師則根據(jù)系統(tǒng)反饋的故障信息對設(shè)備進行及時的維修。實踐證明通過自主管理后，實驗室運行有序，零件和工具損壞和缺失的現(xiàn)象大為減少。

開放式實驗室以學(xué)生為主體，自主學(xué)習(xí)、自主管理，但是必要的輔導(dǎo)答疑和安全監(jiān)督也是必不可少的。在輔導(dǎo)人員的配給上，可廣泛吸納各種資源，如聘請工程經(jīng)驗豐富的兼職工程師、專業(yè)知識扎實能力強的研究生等，并可通過實驗室開放網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)，合理分配師資。

3 拓展機械創(chuàng)新設(shè)計實驗教學(xué)方式

國內(nèi)高校越來越重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識，在實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)上，將開放實驗、課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計有機結(jié)合起來，并組織學(xué)生參加各種類型和規(guī)模的機械創(chuàng)新大賽。從2004年開始，由教育部高等學(xué)校機械學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會主辦的全國大學(xué)生機械創(chuàng)新大賽已成功舉辦了五屆，主題分別為“健康與愛心、綠色與環(huán)境、珍愛生命，奉獻社會、幸福生活—今天和明天”等。在培養(yǎng)大學(xué)生合作意識、創(chuàng)新精神，提高大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計綜合能力、動手能力和工程實踐能力的同時，其公益性的主題，也增強了學(xué)生的社會責(zé)任感。每屆比賽，都涌現(xiàn)出了許多極具創(chuàng)意的奇思妙想的設(shè)計作品，讓我們看到了學(xué)生們的創(chuàng)造力和創(chuàng)新的激情。

4 建立機械創(chuàng)新設(shè)計實驗考核評價體系

實驗教學(xué)課程大多以提交實驗報告的形式進行考核，主要依據(jù)實驗數(shù)據(jù)是否客觀、真實，實驗結(jié)果是否正確、合理，實驗報告各種要求填寫和回答的欄目是否完整、正確等來進行評定。而對于機械創(chuàng)新設(shè)計類實驗，學(xué)生提交的作品各式各樣，無法用傳統(tǒng)的評判方式來進行評定，必須作出一定的調(diào)整和革新。

結(jié)構(gòu)評分法[4]是將考勤、作品、實驗報告作為考核體系的三個模塊進行考核，并按一定比例分配分值的實驗考核評價方法。三個模塊中作品為重點，分值占總成績的60%。在作品模塊中將學(xué)生作品的創(chuàng)新點、作品的復(fù)雜程度、以及作品的實用性進行量化考核，同時計及學(xué)生在合作中的分工工作效果。模糊綜合評判法[5]是將創(chuàng)新作品的復(fù)雜程度、實用性、可靠性、新穎性、經(jīng)濟效益、可推廣性、可操作性、先進性、環(huán)保性等影響評判的各項因素及各評價指標的評語作為因子，采用“熵權(quán)法”確定權(quán)重，建立數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)學(xué)運算得出創(chuàng)新實驗設(shè)計的評價結(jié)果。這些方法為實驗考核評價體系的改革作出了有益的探索。

參考文獻

[1]汪超.機械創(chuàng)新設(shè)計實驗教學(xué)改革的探討[J].裝備制造技術(shù)，2008（8）：179-180.

[2]辛紹杰.基于任務(wù)驅(qū)動的機械創(chuàng)新設(shè)計課程的教學(xué)探索與實踐[J].中國科技信息，2011（9）：263-264.

[3]宋巖，張繼平，張立新.機械創(chuàng)新設(shè)計實驗室開放式管理的思考與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011（1）：97-99.

[4]李自勝，肖曉萍.機械創(chuàng)新設(shè)計實踐教學(xué)與實驗室管理探討[J].高教研究，2011（3）：71-73.

[5]李祥東，王國燦.模糊綜合評判法在機械創(chuàng)新設(shè)計方案中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)，2011（7）：57.