基于培養學生創新力的機械設計基礎課程教學改革初探

劉艷華

【摘 要】《機械設計基礎》是機械工程專業一門十分重要的專業基礎課，為培養學生創新能力。結合這門課的特點，針對教學現狀不足之處，提出了理論教學多樣性、實踐教學比重增加、改進課程設計、鼓勵參加機械大賽等思路和改革措施，對后續教學設計具有指導意義。

【關鍵詞】機械設計基礎；創新能力；實踐教學；理論教學

0 引言

在“中國制造2025”規劃中，明確提出我國要從“制造大國”轉變成“制造強國”。其基本方針是創新驅動，堅持把創新擺在制造業發展全局的核心位置。而這需要大量具有國際認可的高級工程技術人才和創新研發型高端人才。所以，對機械工程專業而言，要求培養學生不僅熟練掌握專業基礎知識，還要工程實踐能力和創新能力。這也是我系加入2014年高校“卓越工程師”認證的培養目標。

機械設計基礎包括了機械原理和機械設計兩門課，它綜合了前期已所學的專業基礎課知識如工程材料、互換性與測量技術、材料力學等等，把過去孤立的一門門課串聯起來，用它去解決工程中實際問題。它是產品設計和現代技術裝備創新的基礎，是技術創新的核心。所以，對機械設計基礎教學，如何采取更好方式方法，以培養學生創新能力是值得研究的課題。

1 機械設計基礎課程教學現狀和存在的問題

《機械設計基礎》課程開設在第四學期，共有3大部分，分別為理論教學102學時，實驗教學8學時及課程設計機械原理1周、機械設計2周。教師理論教學占去大部分課時，實踐教學太少，重視理論而輕視實踐。課堂講解使學生對機械原理部分解僅限制于四桿、凸輪、齒輪等機構或它們的組合，見到的是課本機構簡圖，缺乏感性認識，只憑概念去理解知識點。不能將所學知識點與工程實際聯系起來，更不會應用于實際生產中。再者，機械設計部分各章獨立而少用綜合性強的理論章節，學生感覺知識點散、多、空洞，理解特困難，學習一段時間就失去興趣了。興趣是創新的源動力，缺少動力何來創新激情。

課程設計題目單一，機設常年用“二級減速箱設計”為題目。由于該題目經多年發展已成熟，與其配套的指導書和相關資料較多，設計思路和模式已成標準。學生不用太多思考，翻翻書，就可照搬模仿設計。這就不能培養學生創新思維。加之，課程設計安排在期末考試前兩周或一周，學生要準備考試，本來設計時間就不夠，為了趕進度，學生往往應付了事，分析問題，解決問題能力得不到鍛煉。

2 “機械設計基礎”課程的改革與創新

針對在課程教授中存在的問題，為了培養學生工程能力和創新能力，提出了以下改革措施。

2.1 理論教學采用多種教學方法，聯系工程實際，激發學生興趣

課堂教學形式要生動，采用啟發式、討論式、開放式等教學方法，鼓勵學生利用書本知識來分析現實世界。如在講授四桿機構這一部分，注意引入機構在工程中的應用如“垃圾車鉤臂裝置，挖掘機的反鏟裝置，汽車雨刮器，公交車車門機構等”，講述它們如何利用四桿機構實現其功能，并且對比講解不同機構的工作特點，極位夾角、急回特性、壓力角和死點位置對機構運動的影響，使大家感受機構運用到工程實際的奧妙，書本中原先一個個枯燥的參數變得生動靈活起來，不再只是個符號和數字，對后續的綜合機械設計、機構選型打下堅實基礎。

在教學中，可適當加入綜合性討論題目。例如在設計汽車變速箱機構中，可由學生自己設計傳動方案，再組織小組討論和現場發言，各抒己見，通過方案對比優劣，得出合理的最優方案。

同時，適當補充并引入創新設計、現代設計方法、基本方案構思、設計評價等科學前沿與工程應用緊密知識。因為單只講傳統機構和設計與現實有一定差距。可以在機械原理教學中，適當引入對機構運動和動力學仿真分析；在受力計算與校核中，引入有限元分析。把理論教學和實際機構運動發展結合起來，提高對這門課的理解。

2.2 實踐教學比重增加，培養學生動手能力、工程能力和創新思維

實踐教學基礎是要有相應實驗室，且實驗室“開放式”管理，鼓勵學生積極利用實驗室，鍛煉動手能力。實驗環節要循序漸進，可分為3個層次——認識訓練、分析訓練和創新設計訓練。

首先，認識訓練。讓學生通過參觀機械實物（如機械陳列柜、二級減速箱）和動手拆裝機器（如自行車）積極了解認識機械，配合理論教學進度，在教學課間時間，有針對性的給學生播放“我愛發明欄目”，讓學生認識機械，激發創新熱情。同時，開展驗證性實驗如四桿機構、凸輪機構、齒輪機構等，讓學生直觀明白機構運動特點、性質。

然后，分析訓練。在認識機構基礎上，根據所學知識，設計并制作機構模型，加深對課堂知識理解運用。開始，對機構組成方式特點不太熟悉，可先根據實驗指導書實驗項目，完成各種機構搭建。如針對四桿機構的汽車門、雨刮器，軸系搭建的齒輪傳動、間歇傳動、帶傳動、鏈傳動，對慧魚模型的搭建如挖掘機、坦克、起重機等。讓學生熟悉機械結構、組成和運動轉化，鍛煉動手能力，分析問題能力。

最后，創新設計訓練。創新設計目標是對所要求機械的功能改進，對現有機械設備的完善，或者根據預期功能創造發明新機械，并且要求機械產品有良好的經濟效益。這需要設計者突破原有思維模式，重新組織已有知識、經驗等，提出新的方案。“想到別人沒有想到的觀念”。可由教師提出要求，對指定的幾種機構改進。要學生在分析基礎上，設計新的機構簡圖，傳動方式，進行結構設計，出圖紙。例如，對機械手的分析和改進，學生們提出了16種方案，令人眼界大開。再利用實驗室，把各自設計的方案帶進實驗室，通過實際搭建驗證機構合理性和可行性。再進一步完善設計，形成一個良性反復過程。不僅學生動手能力得到鍛煉，解決問題能力也得到鍛煉，激發了學生創新熱情。

2.3 豐富課程設計內容，加強設計中的過程控制，提高學生工程設計能力

為開拓學生思維，應增加課程設計題目的多樣性和新穎性。不能僅是傳統的“二級減速箱設計”，可擬定一些學生感興趣、又能結合工程實際的題目。可借鑒各種“機械設計大賽”的題目，如無碳小車、休閑娛樂機械、家用機械等。這些題目更符合工程實際情況，又能調動學生的主動性，讓學生了解和參與競賽中，將理論知識用來解決實際問題。同時，在設計過程中，教師指導學生們定期交流討論，負責解決遇到的問題，檢查學生完成進度。設計結束時，采取答辯形式匯報其成果。老師通過學生設計說明書、圖紙、現場回答問題，得出課程設計成績。加強課程設計過程控制，從而提高設計質量和綜合設計能力。

2.4 鼓勵學生參加全國各種“機械設計大賽”

參加“機械設計大賽”。首先，要求學生根據大賽題目進行查閱大量相關資料，了解題目是否有人做過或存在的問題，培養學生快速而準確的獲取信息能力。接著，進行總體方案設計，方案對比，討論，選擇最優方案。這階段是大腦智慧的碰撞，創新思維的展現。最后，實物制作，學生自行財務預算，采購，機械加工及裝配調試。鍛煉工程能力和團隊合作能力。

3 結論

機械設計基礎是機械工程專業十分重要的課程，為了培養創新人才，對它的教學改革勢在必行。既要理論教學多樣性、生動，又要增加實踐環節。在各種實訓中，增強工程能力，建立創新思維。

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[責任編輯：鄧麗麗]