基于工程意識和創新能力培養的機械綜合實踐教學體系構建

李秀紅 任家駿 李文輝

[摘 要]機械設計課程教學目前存在工程意識淡薄、工程設計能力和創新能力弱等問題，應在教學實踐中引入TRIZ創新理論，進行創新思維訓練;通過增設創新性、綜合性的實驗內容和加強課外科技活動，加強實踐能力和綜合設計能力的訓練;加強校企合作，以工程技術為主線，著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力;以“自行設計、自由探索、自己動手、自主創新”為指導方針，構建“基本技能訓練→實踐能力訓練→綜合能力訓練”的理論與實踐緊密結合、循序漸進的綜合實踐教學體系。

[關鍵詞]工程意識 創新能力 實踐教學 教學體系

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）11-0135-02

工程素質教育和創新能力培養是教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》的重要舉措，為此教育部于2009年提出了“卓越計劃”，通過校企合作，以實際工程為背景，以工程技術為主線，著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力。國內許多所高校率先實施“卓越計劃”，為學生創建早期接觸科研、開展研究性學習和參與創新性實踐活動的平臺與環境，加強培養學生的科學思維和實踐動手能力。為適應新形勢的需求，高等學校以培養具有創新精神和能力的優秀人才為目標，在特色專業、教學體系、實踐教學、創新能力培養等環節展開積極的探索或改革，取得了較好的效果。

機械設計課程是機械類專業開設的一門主要的專業基礎課，其目的是培養學生掌握通用零部件基本的設計理論與方法，最終能夠設計簡單的傳動裝置。我校多年來在精品課程建設、教學改革、課外科技活動、基地建設方面做了大量的工作，但相應的實踐教學環節還比較薄弱。在大工程背景下，如何積極營造鼓勵獨立思考、自由探索、勇于創新的良好環境，使學生創新智慧競相迸發，研究與探索機械工程類人才培養實踐教學改革，有效提高人才培養質量就顯得非常重要。

一、調整教學內容，培養工程意識

傳統的理論教學主要是講授通用零部件基本的設計理論和方法。為了培養學生的工程意識，從教學大綱上調整教學內容，結合山西地方特色，刪減了一些公式的理論推導，增加了與礦山機械、重型機械、冶金機械等相關的工程案例，在加強理論教學的同時，注重這些理論知識在工程實際中的應用。除了理論教學內容調整外，實驗教學內容相應的也做了調整。從過去以認知性、驗證性的實驗為主逐步向綜合性、創新性的實驗轉變，在學時安排時，除了安排8小時的必修實驗外，還增設了8小時的課外選修實驗。這些實驗內容主要是以培養學生的工程意識、綜合設計能力為主，相配套的設備有創意組合機械系統裝配訓練綜合實驗臺、慧魚模型、平面機構創意組合及參數可視化分析實驗臺、軸系結構搭接實驗臺等。學生在方案設計完成后，能夠在實驗臺上完成方案的結構化，進行產品裝配，通過實際運轉，體驗安裝后運轉的相關問題，預測整機的性能。通過這些實驗訓練培養學生的機械設計能力和工程實踐能力。

二、密切聯系實際，改革課程設計

機械設計課程設計是機械類專業必修的一個實踐教學環節，傳統的設計題目都是一般用途的減速器的設計，通過課程設計，訓練學生使用標準、規范、手冊的能力，掌握通用零部件的設計方法。為了使課程設計與山西的工程背景相結合，對設計題目進行了調整，減速器不再是一般用途的減速器，改為礦用減速器，風電減速機等與山西工程背景相結合的題目;在課程設計前安排認知實習，去工廠了解這些機器的工作環境、關鍵零部件主要的失效形式及加工工藝等，在設計的過程中要考慮這些問題，尋求比較合理的工程問題解。除此之外，以全國大學生機械創新設計大賽為載體，課程設計內容也包含了一些創新設計的內容，在大賽主題發布之后，學生可以自行選題，構思方案，進行結構設計，在這個過程中可以借助已有的實驗臺或者三維建模軟件來模擬作品的功能和方案的優劣。通過這些訓練，來培養學生的工程設計能力和創新能力。

三、建立創新基地，培養創新能力

為了使學生具有良好的創新環境，展現自己的創新能力，以山西省實驗教學示范中心為支撐，成立了“思拓”大學生機械創新設計基地，吸引、鼓勵廣大學生踴躍參加課外科技活動，全方位培養大學生創新意識。我校“思拓”大學生機械創新設計基地除了為本科生開設教學計劃內的本科教學實驗外，還開設選修實驗，基地還是為參加全國大學生機械創新設計大賽設立專門的課外活動基地。基地有自己的組織機構、管理辦法、獎懲制度、指導教師、培訓課程等，依托于機械設計精品資源共享課的建設，基地共享了近年來學生在創新方面取得的成果，有視頻，有作品展示等，全方位的向全校本科生開放。為了更好培養學生的創新能力和工程設計能力，在學校和學院的支持下，基地成立虛擬仿真實驗室、作品加工裝配調試室、3D模型打印室等，給學生提供自己動手、自己創新的平臺，將自己的設計方案轉變為實物模型。在設計過程中，除了方案創新外，學生也可以進行結構創新，采用集成化的新型結構型式，用3D打印機直接打印，將新的設計理念融合在工程產品的設計中，拓展學生的創新思路，培養學生的創新能力。

四、增設創新課程，拓展創新思維

為了開拓學生的創新思維，“思拓”大學生機械創新設計基地利用學生的課外時間開設了輔修課程，結合我校課程設置，自己編寫了輔修內容，主要介紹創新方法及創新理論在學生創新活動中的應用，比如群體集智法、頭腦風暴法、組合創新法、反求創新法、TRIZ理論等;強調組合創新和反求設計在原理方案創新的重要性，培養學生在創新活動中運用TRIZ理論尋求問題本質或者矛盾，準確把握問題探索方向，幫助學生突破思維障礙，打破思維定式，以新的視覺分析問題，進行邏輯性和非邏輯性的系統思維，獲得合理的設計結果。

五、加強校企合作，提高工程素質

近年來，為了更好的培養學生的工程設計能力和實踐能力，學院與多家企業簽訂了戰略合作協議。為此，基地經常聘請企業有豐富設計經驗的技術人員做講座，指導實踐教學等，同時基地還和企業簽訂了技術開發、技術服務項目，比如與太原重型股份有限公司、太重煤機、長治澳瑞特等進行合作，為學生創建早期接觸科研、開展研究性學習和參與創新性實踐活動的平臺與環境，通過產學研結合，以實際工程為背景，以工程技術為主線，著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力。

太原理工大學適應教育長期發展規劃，在機械設計課程教學中通過調整教學內容，改革課程設計，加強基地建設，增設創新課程，密切聯系企業等手段，以“自行設計、自由探索、自己動手、自主創新”為指導方針，構建“基本技能訓練→實踐能力訓練→綜合能力訓練”的理論與實踐緊密結合、循序漸進的綜合實踐教學體系，培養學生的工程意識和創新能力。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李虹.滲透設計理念，培養學生創新意識和設計能力[J].中國大學教學，2010（2）：51-52.

[2] 宋愛國，吳涓，崔建偉.測控技術與儀器專業學生工程意識與創新教育的探索[J].中國大學教學，2012（1）：41-43.

[3] 梁峰，趙樹國，王亞杰，等.在工程訓練中培養大學生的工程意識[J].沈陽航空航天大學學報（增刊），2013：84-87.

[責任編輯：鐘 嵐]