基于創新能力培養的《機械設計基礎》教學改革

張曉露，武衛，郭曉峰

摘要：以培養大學生創新能力為目標，對《機械設計基礎》課程進行了教學改革。從教學目標與培養機制、教學體系與教學內容、教學方法與教學手段等方面論述了加強學生創新能力培養的措施，實踐表明，這些措施效果良好。

關鍵詞：創新能力培養；《機械設計基礎》；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2014）10-0036-02

創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力[1]。培養具有創新意識、創新能力和工程實踐經驗的復合型人才是高等工科院校教學改革所追求的目標[2]。機械設計基礎課程是我校航空工程類專業的重要技術基礎類課程，如何在該課程的教學中培養學生分析問題、解決問題的能力，培養學生的工程意識和創新能力，從而取得更好的教學效果，是一個值得研究和探討的問題。近年來，著眼于培養學生創新能力的需要，按照打牢基礎、著眼發展、注重創新、培養能力的人才培養要求，我們對機械設計基礎課程的教學改革進行了探索與實踐。

一、調整教學目標，創新培養機制

1.在教學目標中重視學生創新能力的培養。根據軍隊院校人才培養的要求，結合相關專業的實際情況，在充分調研論證的基礎上，調整了課程教學目標：不但要求學生系統掌握本課程的基礎理論、基本知識和基本技能，還通過理論與實踐相結合的途徑，重點培養學生的創新意識、創新能力和動手能力，把其與專業技能和軍官素質培養并重，為學生將來從事裝備技術工作打下基礎。因此，在機械設計基礎課程的整個教學改革中都要有利于學生綜合素質的提高，有利于裝備實踐能力、創新意識和創新能力的培養。

2.實行本科生導師制，在科研實踐中培養學生的創新能力。目前高校教育中，碩士、博士研究生在導師指導下開展科研學術工作，而本科生很少有機會參與到具有較強實踐性和創新性的科研項目中。本科生導師制就是本科學生在教師指導下進行學術研究，使學生能夠盡早進入學科專業領域，培養實踐能力和創新能力。對于三年級的學生，通過雙向選擇為每一名學生配備本科生導師，導師安排學生進入相關科研項目。在每個學年末學生要完成相關的研究報告、論文等作為結題依據。本科生導師制把學生從單一的課堂學習帶入到高層次的科研創新氛圍中，讓廣大學生敢想，敢思，敢悟，敢做，可有效培養其創新意識和創新能力。

二、改革課程內容體系，優化教學內容

1.以機械系統設計為主線，以創新能力的培養為導向，改革課程內容體系。機械設計基礎課程主要研究機械工程中常用機構和通用零件的工作原理、結構特點、基本設計理論和設計方法。各部分內容之間邏輯上的聯系較少，內容體系具有不系統性和零散性，如果沒有一條清晰的主線，容易使學生學得毫無頭緒，造成理解上的混亂。為此，我們構建了以機械系統設計為主線的內容體系，從系統的角度把教學內容分為“常用機構”、“機械傳動”、“機械聯接”、“軸系”和“機械系統”五大模塊，將相對獨立的各種零部件相互聯系起來，讓學生具備整體的機械系統設計概念。雖然本課程研究的是機械設計問題，但其本身卻并不“機械”，工程問題的解決雖有其經典設計方案，但設計更為簡單、巧妙和高效的方案始終是設計者努力的方向，這就是機械創新設計，我們在課程內容中增加了創造原理和創新技法等教學內容，促進了學生創新意識和創新能力的培養。

2.以裝備實際應用為背景，優化教學內容。為了解決機械設計基礎課程教學中理論與裝備實際相脫離的問題，我們結合專業特點，對原有教學內容進行了優化，緊密聯系航空裝備實際，盡量采用裝備實例來說明問題。比如在《機械設計基礎》教學內容中，我們引入了飛機起落架、發動機附件機匣、直升機主減速器等裝備實例，使學生對機構有了直觀的認識，同時也使得學生對本專業更感興趣，更好地適應部隊航空裝備快速發展的需要。在課余時間帶領學生到飛機實驗廳參觀，將理論與實踐相結合，通過介紹裝備中一些設計巧妙的機構，提高學生對工程設計的認識，激發學生的創新意識。

三、創新教學方法，改革教學手段

1.采用啟發式教學方法，培養學生的創新思維。傳統的教學方法是教師采取灌輸式的教學方法，學生參與教學活動的機會少，絕大部分時間處于被動的接受狀態，沒有更多獨立思考的空間，學習的主動性和積極性很難發揮，不利于培養學生的創新思維，不利于創新型人才的成長。啟發式教學法是啟發引導學生主動學習的一種創新教學法，強調學生是教學活動的主體，它能啟迪學生思維，激發學生的興趣和求知欲，有效地調動學生學習的積極性和創造性。在機械設計基礎課程的教學過程中，應多采用啟發式教學，通過創設啟發性問題，引導學生去思考，去求變，讓他們自己去尋求答案。例如，在講授周轉輪系傳動比計算時，依次向學生提出這樣三個問題：能不能直接利用定軸輪系傳動比計算的公式？不能用的原因是什么？怎么讓周轉輪系的行星輪軸線固定下來變成一個定軸輪系？學生在教師啟發與點撥下，積極主動地思考，最終采用“反轉法”把周轉輪系的傳動比計算問題轉化為定軸輪系傳動比計算問題，利用已有知識解決了新問題，獲取了新知識，教師的主導地位、學生的主體地位得以實現。實踐證明，采用啟發式教學，學生的邏輯推理能力、總結歸納能力、分析判斷能力和解決問題能力都得到了鍛煉和提高。思維能力的提高，無形中對學習也起到推動作用，這一切為學生創新思維的形成奠定了堅實的基礎。

2.多種教學手段相結合，激發學生的學習興趣，提高創新意識。機械設計基礎課程的特點是信息量大，與工程實際結合緊密，且很多內容較為抽象，難以用語言描述，而學生對于絕大多數機械特別是裝備中的機械還缺乏直觀、形象的認識，不僅學起來枯燥乏味，對于抽象的知識點也難以真正理解和消化。在課堂教學中，應充分考慮學生的認知困難，根據課程中各部分內容的不同特點，靈活采用多媒體課件、模型、三維動畫、視頻等教學手段，營造出圖、文、聲、像并茂的視聽氛圍，幫助學生直觀地獲取信息，激發學習興趣，促進學生對知識的感性理解和掌握，提高創新意識。例如，在講授四桿機構“死點”的應用時，先播放一段飛機放下起落架著陸的視頻，再由Flash動畫演示起落架收放機構（四桿機構）的工作情況，最后提出“怎么保證起落架在地面巨大作用力的作用下不會自動收起”這一問題，學生對這一裝備實例問題產生了興趣，很容易想到應用機構在“死點”位置時將不能運動這一特性，使起落架機構在放下狀態處于“死點”位置。利用“死點”這一“不好”的特性實現特定的功能，加深了學生對于事物兩面性的認識，提高了巧妙利用事物的反面特性進行創新的意識。

四、結束語

學生創新能力的培養是一項綜合性很強的系統工程，它涉及整個教育體系的方方面面。我們從教學目標與培養機制、教學體系與教學內容、教學方法與教學手段等方面對《機械設計基礎》課程教學改革與學生創新能力培養進行了初步的研究，經過幾年的實踐，取得了良好的效果。近年來指導學生參加全國大學生機械創新設計大賽、全國未來飛行器設計大賽等學科競賽，共獲全國一等獎9項、二等獎15項、三等獎4項。

參考文獻：

[1]江澤民.論科學技術[M].北京：中央文獻出版社，2001.

[2]徐小軍，尚建忠，潘存云等.軍校學員機械創新設計能力培養的探索與實踐[J].高等教育研究學報，2009，32（2）：70-71.

作者簡介：張曉露（1982-），男，安徽阜陽人，空軍工程大學講師，主要從事機械設計教學與研究。