基于協同創新能力培養的《機械設計》課程設計改革初探

劉敬春，劉利國

（江南大學 機械工程學院，江蘇 無錫 214122）

0 引言

機械設計是高等工科院校機械類專業及近機類專業必修的技術基礎課，具有基礎性、設計性、實踐性和綜合性等特點，是培養學生綜合應用所學知識分析和解決工程實際問題能力、訓練工程師的基本技能、培養學生創新性思維和設計能力的重要課程。其課程設計環節對于學生工程實踐能力和創新能力的培養具有十分重要的作用。一方面，為了適應新世紀科技發展和社會競爭對人才培養的要求，高等教育中必須加強對學生協同創新能力的培養。以學生為主體，注重教學法研究，激發學生協同創新意識，不斷豐富教學改革成果，提高學生解決實際問題的能力。另一方面，提升創新能力的時代內涵和重要意義早已超出單一主體、單一領域、單一行業的范疇，迫切需要突破自主創新的體制機制性障礙，推動社會各類創新力量的協同共進，從而實現國家創新能力和競爭實力的根本提升[1]。高校與科研機構、企業開展協同創新，離不開協同創新人才的培養。培養大學生協同創新能力對于實現產學研協同創新戰略、建設創新型國家具有重要意義。

1 機械設計課程設計的現狀及存在的問題

針對機械工程專業學生接受能力的實際和解決工程問題的能力，設計題目確定為帶式輸送機傳動裝置中的二級圓柱齒輪減速器設計，傳動系統的方案和設計參數，均由指導教師給予設定，學生按照課程設計指導書上的步驟，進行相應的計算和減速器的結構設計，最后繪制減速器的裝配圖、零件圖和編寫設計計算說明書；完成減速器裝配圖1 張，減速器零件圖2 張；時間安排在機械設計課程教學的下學期，集中2～4 周進行[2]。課程設計對于第一次搞綜合設計的學生有很大幫助，對學生提高自身的系統學習能力，是一次很好的實踐機會。但機械設計課程設計對先修課程的綜合知識的運用能力要求高，要求學生要能夠靈活運用以前學過的基礎知識。該課程在教學過程中存在以下幾方面問題：

1.1 學生對課程設計的重要性認識不足

機械設計課程設計在機械類專業學生的學習過程中占有重要的位置。這一環節的學習好壞對后續課程的學習和培養機械工程師的基本設計素質具有重要的影響。但在教學實施過程中，總有部分學生對這一環節的重要性認識不足。不能以負責的態度對待課程設計。加上時間比較緊，他們對課程設計始終存在著應付差事，走走過場的想法。對設計中出現的一些問題不是認真思考，查找資料并加以妥善解決，而是掩蓋問題，敷衍了事，盲目模仿，甚至照搬照抄。這部分學生即使通過了課程設計，也只能收效甚微，達不到預期的教學要求和課程設計目的。

1.2 學生普遍缺乏工程實際知識

學生普遍缺乏工程實際知識，對零部件的結構、尺寸和裝配工藝認識不足，尤其在機械傳動裝置方面的感性知識更少。在確定減速器整體及零件的結構尺寸、工藝過程和精度要求等方面，只能比照書本與資料進行模仿設計，很少或不能結合工程實際綜合考慮來進行設計[3]。因此大多數學生的設計方案可以說純屬“理論型”，而無工程實際意義。在確定減速器及零件的主要尺寸時，注重理論計算結果，不能綜合考慮多方面的要求來最終確定。由于學生們對減速器的制造、安裝、調整、維護等工藝過程缺乏實際的感性知識，致使對大量的工藝問題缺乏認真的考慮，不能把零件必須具備的良好工藝性要求貫穿于設計過程中。另外，還由于學生們對工廠現有的設備情況、加工手段及加工能力缺乏必要的感性知識，因此在設計中對零件的加工精度，裝配精度和技術條件等重要內容提不出合理的要求。由此可見，工程實踐知識的缺乏，是制約機械設計課程設計量提高的重要原因。

1.3 學生對先修課程的綜合應用能力較差

學生對課程設計的先修課程（工程制圖、互換性與技術測量、工程力學等）掌握不好，綜合應用能力比較差，尤其是工程制圖[4]。主要表現為：不能很好地應用工程力學知識，對在復合外載荷作用下的軸及軸承進行強度校核；不能正確應用工程制圖基本知識繪制裝配圖和零件圖（裝配圖中的尺寸不會標注、零件圖中尺寸公差和位置公差不知道怎樣確定，甚至基本的零件圖不會畫，不認識粗糙度符號，標題欄的位置及尺寸不知道，標準件簡化圖不會畫等）。

1.4 學生熟練運用設計資料（手冊、標準、圖冊）的能力比較差

學生對課程設計過程中的參考資料（手冊、標準、圖冊）利用不夠，綜合運用能力比較差。主要表現為：不能很好地根據手冊標準，選擇標準件；不能夠很好地根據手冊標準，進行公差配合的選擇；不能夠將所學知識和手冊、標準中的知識協同利用起來，為課程設計服務。

1.5 學生之間協同合作的能力較差

課程設計由于時間緊張，工作量大，學生之間各自為戰，很少或沒有經驗交流，缺乏協同合作意識[5]。因此，學生的創新才能很難真正地發揮出來。

2《機械設計》課程設計協同創新能力培養的改革措施

21 世紀的人才培養模式是：“低重心、寬口徑、重實踐、強能力”。為此我們必須更新教育思想和觀念，加強機械設計課程設計的改革和建設，著重培養學生的協同創新能力。加強課程建設，主要從下面幾個方面著手：

2.1 課程設計與理論教學協同進行

機械設計課程設計是在機械設計課程理論和實驗教學完成后進行的一個實踐性教學環節，其設計題目所要求的設計內容涵蓋了機械設計課程中大部分內容，因此在機械設計課程理論教學中，教師應該把理論教學與課程設計緊密結合起來。

教師可根據以往指導機械設計課程設計的教學經驗，把課程設計中容易出現的問題作為實際例子，比如理論計算、結構設計、潤滑摩擦等問題，在理論教學中涉及到這些問題時，具有針對性地進行講解和剖析，指出往屆學生在機械設計課程設計中常犯的錯誤，當遇到的是結構性問題時，可實時讓學生在課堂中做相關內容的結構設計作業題，培養學生動手能力。在機械設計課理論教學中，根據課程內容的進展情況和需要，把機械設計課程設計的題目和主要任務不同程度地介紹給學生。這樣既理論聯系了實際，獲得了較好的教學效果，又抓住時機培養了學生的創新能力，使學生對課程設計有一些初步認識和興趣，為高質量完成課程設計教學工作奠定理論基礎。

2.2 工程實踐與理論學習的協同強化訓練

針對現在學生工程實踐知識普遍貧乏的問題，借助于校工程實踐中心、校辦工廠等實習工廠，本課程設計過程中增加機器拆裝和虛擬樣機實體造型及裝配等環節。拆裝分析重點放在對機械系統的認識和系統表述，先修課程中典型的零部件、機械系統中各零件的尺寸、公差與裝配關系的理解和再設計上。虛擬樣機實體造型可由各小組通過分工和協調合作，完成三維設計、加工工藝編制、數控加工編程、數控機床操作和零件裝配等工作。這一理論聯系實際的鍛煉不僅強化了他們的整機觀念，提高了綜合設計能力和動手能力，還培養了他們協同工作的能力和綜合素質。

2.3 分組設計、分組考核，增強團隊協作意識

鑒于學生之間各自為戰，很少或沒有經驗交流，缺乏協同合作意識，機械設計課程設計的題目不宜過多，學生在進行課程設計時，根據學生的興趣點和學生的專業特長，把學生分成若干個設計小組，鼓勵學生更加靈活、多樣的個性化設計方案，提倡運用計算機技術和軟件技術的優勢，以及現代優化設計方法與理論。不但使學生在課程設計中就接受了全面的訓練，而且培養學生的團隊精神和協作創新精神。

2.4 課程設計與大學生機械創新設計大賽相結合

機械設計課程設計與大學生機械創新設計大賽相結合，作為提高大學生協同創新能力的一個新平臺，注重學生的后續培養[6]。機械設計課程設計的目標之一即為培養學生的創新能力，但課程設計的時間畢竟有限，而學生創新能力的培養是一個持續、漫長的過程。課程設計之后，繼續引導有較強創新思維的學生進行創新活動，將是一個更加重要的過程。

為提高學生對課程設計興趣，把大學生機械創新設計大賽作為一個標桿，引導學生創新潛能的開發。本著以學生為本，知識傳授、能力培養、素質提高、協調發展的教育理念和能力培養為核心的后續教育，有利于多樣化創新人才的培養，滿足國家對社會緊缺的復合型拔尖創新人才和應用人才的需要。

3 結束語

針對工科院校機械設計課程設計存在的普遍問題，本文直面現實，勇于改革與探索，提出了基于協同創新能力培養的機械設計課程設計的目標，進行了《機械設計》課程設計的教學改革與實踐。這一探索體現了一切從學生角度考慮，“以學生為本”的思想，使得機械設計課程設計的教學質量穩步提高。只有進行符合學科發展規律的實踐探索，才能不斷提高人才培養質量，更好地培養具有協同創新能力的機械設計人才。

[1]王海建.基于協同創新思想的大學生協同創新能力培養[J].中國石油大學學報，2012，3.

[2]唐銳，等.機械設計課程設計的教改探索[J].攀枝花學院學報，2004，6.

[3]朱永梅，撒紅，王明強.以工程能力培養為導向的機械設計課程改革研究[J]. 濰坊學院學報，2012，6.

[4]吳鳴, 熊光晶.以工程能力培養為導向的工程教育改革研究[J].理工高教研究，2010，3.

[5]王硯軍，李長春，王玉增.“機械原理與機械設計課程設計”的改革探索——基于CDIO 教育理念[J].中國電力教育，2011，23.

[6]郝秀紅，邱雪松，王瓊，等. 機械設計課程設計教學改革初探[J].教學研究，2011，3.