基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》改革實(shí)踐

盧文娟

【摘 要】為適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)對高素質(zhì)工程人才的需求，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)改革勢在必行。在分析傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)中存在弊端的基礎(chǔ)上，提出基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)改革實(shí)踐措施及實(shí)施的主要內(nèi)容。新形式的課程設(shè)計(jì)體現(xiàn)以人為本，以學(xué)生為主的理念，擴(kuò)大題目的數(shù)量和類型，將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法引入機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)，以團(tuán)隊(duì)協(xié)作形式完成課程設(shè)計(jì)，更能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高設(shè)計(jì)主動(dòng)性。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)；團(tuán)隊(duì)；現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；創(chuàng)新

0 引言

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類學(xué)生進(jìn)入大學(xué)以來第一次真正意義上的課程設(shè)計(jì)，是利用已學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行比較全面地、具有實(shí)際內(nèi)容和意義的設(shè)計(jì)，也是機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)的一個(gè)必要實(shí)踐環(huán)節(jié)[1]。為了適應(yīng)競爭日益激烈的企業(yè)對具有高素質(zhì)工程人才的需求，有關(guān)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革如課程設(shè)計(jì)的方式、內(nèi)容、組織形式、探索如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以及團(tuán)隊(duì)合作的能力等，一直在各高校中進(jìn)行[2-3]。

目前國內(nèi)高校對機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的選題一般采用兩種做法：一種是選用已有的典型機(jī)械（如牛頭刨、壓床等），進(jìn)行比較系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)分析、力分析等，重點(diǎn)在于加深學(xué)生對機(jī)械原理課程各章節(jié)的理解和掌握；另一種是以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為目標(biāo)，學(xué)生自選課設(shè)題目以小組為單位進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，亦或是在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中引入創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等[4-5]。

這些以提高學(xué)生創(chuàng)新能力為目標(biāo)開展的多形式改革，打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題和不足，建立起了傳統(tǒng)課設(shè)中缺乏的工程價(jià)值觀，能充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，均值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。

1 傳統(tǒng)“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”中存在的弊端

1.1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)題目單一，時(shí)間短、任務(wù)重

我學(xué)院十幾年來一直延用同一個(gè)課設(shè)題目——小型精刨機(jī)主切削運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，每位設(shè)計(jì)者采用圖解法完成機(jī)構(gòu)在兩個(gè)瞬時(shí)位置時(shí)的運(yùn)動(dòng)分析和力分析，手繪在A1的圖紙上，并編制相應(yīng)的設(shè)計(jì)說明書。一方面教師指定了課設(shè)內(nèi)容和課設(shè)題目，學(xué)生只要按照要求按步驟進(jìn)行即可，造成學(xué)生因有完整現(xiàn)成資料參考而缺少方案創(chuàng)新，達(dá)不到訓(xùn)練學(xué)生收集和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料的能力，與時(shí)代發(fā)展和要求特別是與面向工程實(shí)際應(yīng)用的卓越人才培養(yǎng)有了不小的距離[6]。

另一方面，課程設(shè)計(jì)安排在課程講授完，大概十四周之后，由于班級較多，可用教室較少，需要串聯(lián)進(jìn)行，其中總會(huì)有四個(gè)～八個(gè)班將被安排在考試周或考試周的前一兩周進(jìn)行，正值各科考試（電工技術(shù)、工程材料、材料力學(xué)）陸續(xù)進(jìn)行，學(xué)生忙著應(yīng)對考試，加上真正用于課設(shè)的時(shí)間不足四天，時(shí)間短任務(wù)重，留給學(xué)生思考的時(shí)間不多，便會(huì)導(dǎo)致學(xué)生著急趕進(jìn)度，一味追求進(jìn)度而忽視了設(shè)計(jì)的質(zhì)量，出現(xiàn)投機(jī)取巧的現(xiàn)象。往往學(xué)生還沒有太明白是怎么一回事，課設(shè)就結(jié)束了，來不及對方案進(jìn)行思考和分析，更談不上鍛煉和提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。

1.2 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段落后，理論脫離實(shí)際

教育部高等學(xué)校機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)2009年制定了“關(guān)于深化機(jī)械原理課程實(shí)踐教學(xué)改革的意見”，其中明確指出目前機(jī)械原理課程實(shí)踐教學(xué)改革應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注的問題之一是商業(yè)軟件（如ADAMS、Pro/E等），在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用的相關(guān)問題。計(jì)算機(jī)三維虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為社會(huì)對工程技術(shù)人員一項(xiàng)必不可少的需求條件。而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法無論是用圖解法還是解析法，設(shè)計(jì)中都是過于側(cè)重理論，偏重知識(shí)的積累，這種模式是中國傳統(tǒng)的高等教育的人才培養(yǎng)模式，在歷史上曾發(fā)揮過重要作用。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級，傳統(tǒng)的教學(xué)模式暴露出了許多缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)過程與工程實(shí)踐完全脫節(jié)，學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中僅是被動(dòng)地接受知識(shí)，無法真正培養(yǎng)工程應(yīng)用能力，對工程意識(shí)建立、工程應(yīng)用能力培養(yǎng)等都有不利影響，根本談不上培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的思想，也訓(xùn)練不了學(xué)生編輯計(jì)算機(jī)程序來輔助解決問題的基本技能。

1.3 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)差別不大，缺乏創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)課設(shè)過程中，教師給每個(gè)班級分配三個(gè)方案，一個(gè)小組完成其中一個(gè)方案，對于同一小組的各成員，其設(shè)計(jì)參數(shù)僅限于原動(dòng)件的角位移的區(qū)別，其它一概相同。而且一般是幾個(gè)班同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而各不同班級之間的區(qū)別也僅在于行程速比系數(shù)的差別，雖然各學(xué)生設(shè)計(jì)任務(wù)中的結(jié)構(gòu)尺寸有差異，然而差異卻不明顯。這便使得部分學(xué)生有了可乘之機(jī)，借助復(fù)印手段，學(xué)生從設(shè)計(jì)開始手頭就有了往屆學(xué)生的設(shè)計(jì)說明書作為參考，他們只需要將其中相應(yīng)的數(shù)據(jù)加以簡要改動(dòng)，照著說明書的步驟照貓畫虎開始畫圖，自然說明書中的錯(cuò)誤也將被一并帶入新的設(shè)計(jì)，甚至有的學(xué)生為了交差，說明書全盤照抄別人的，使得說明書數(shù)據(jù)與圖紙對不上也是時(shí)有發(fā)生。這樣的課程設(shè)計(jì)對于學(xué)生理論知識(shí)的鞏固起不到多大作用，沒有主動(dòng)參與和思考的熱情，體會(huì)不到設(shè)計(jì)的樂趣所在，更不要說對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)了。

1.4 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)個(gè)人意識(shí)強(qiáng)烈，缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神

由于全班同學(xué)課程設(shè)計(jì)的方案和內(nèi)容相同，每位同學(xué)完成從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到運(yùn)動(dòng)分析、力分析一項(xiàng)完整的任務(wù)，不需要同學(xué)間的協(xié)作，最多涉及到同學(xué)間幫帶的關(guān)系，大多學(xué)生自己埋頭做自己的，團(tuán)隊(duì)之間相互協(xié)作的精神也很難發(fā)揮，體現(xiàn)不出團(tuán)隊(duì)合作中的榮譽(yù)感和責(zé)任感。

2 基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》改革實(shí)踐

2.1 提前布置課設(shè)題目，建立工程意識(shí)

目前的課設(shè)任務(wù)均是課程設(shè)計(jì)周的第一天布置，學(xué)生直到課程設(shè)計(jì)開始才明白要完成的任務(wù)，一些接受能力差一些的學(xué)生或者基礎(chǔ)理論不扎實(shí)的學(xué)生很難在第一時(shí)間進(jìn)入設(shè)計(jì)狀態(tài)。

為給學(xué)生留出較多時(shí)間來查閱相關(guān)資料，課程設(shè)計(jì)的任務(wù)布置應(yīng)安排在學(xué)生開始上課后的前面階段，這樣一方面使得學(xué)生有了更多的時(shí)間來收集相關(guān)資料，為課程設(shè)計(jì)的進(jìn)行積累更多的理論基礎(chǔ)；另一方面，學(xué)生帶著課設(shè)任務(wù)進(jìn)行平時(shí)課程的學(xué)習(xí)，使得學(xué)習(xí)過程有了目標(biāo)性和針對性；同時(shí)可以將學(xué)到的理論知識(shí)用于指導(dǎo)實(shí)踐，有助于學(xué)生從平日的生活和工程實(shí)踐入手選題，以產(chǎn)品為導(dǎo)向，使傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)理論實(shí)踐相脫離的問題得以改善，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、建立工程意識(shí)。

2.2 引入現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)主動(dòng)性

將現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)方法和手段融入課程設(shè)計(jì)，更新課程設(shè)計(jì)的方法，改變傳統(tǒng)的手繪制圖的落后方式，不僅可以鞏固對三維設(shè)計(jì)軟件的掌握程度，為今后的學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)，同時(shí)，使課程設(shè)計(jì)中遇到的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等復(fù)雜問題變得簡單、直觀和精確，彌補(bǔ)學(xué)生力學(xué)知識(shí)的薄弱和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，增加學(xué)生的成就感，可以提高學(xué)生創(chuàng)新的積極性，建立傳統(tǒng)教育中缺乏的工程價(jià)值觀，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)態(tài)度，有助于營造獨(dú)立創(chuàng)新、自由探索的良好環(huán)境，提高學(xué)生設(shè)計(jì)的主動(dòng)性。

2.3 擴(kuò)大設(shè)計(jì)題目類型，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

從日常生活、工程實(shí)際中廣泛搜集合適的課程設(shè)計(jì)題目，擴(kuò)大題目的數(shù)量和類型，提高學(xué)生的興趣，也給學(xué)生以充分的想象和發(fā)揮的空間，使他們學(xué)會(huì)獨(dú)立思考、積極創(chuàng)新。特別是前期學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)、圖書館，有的還討教自己的親朋好友。搜集資料的過程中，不僅增長知識(shí)，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生檢索文獻(xiàn)的能力。

2.4 以小組為單位，激發(fā)團(tuán)隊(duì)責(zé)任感

為更好地體現(xiàn)課程設(shè)計(jì)的目的，鞏固學(xué)生的理論知識(shí)，更清楚認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)的概念，同時(shí)培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作的精神，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，采用研究設(shè)計(jì)小組形式，發(fā)揮每個(gè)人的特長，集思廣益，互相合作，能夠比較全面有效地解決問題，使知識(shí)的掌握更加準(zhǔn)確和深刻培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，增強(qiáng)每個(gè)學(xué)生的參與意識(shí)和設(shè)計(jì)的積極性。同時(shí)也可避免互相抄襲現(xiàn)象，調(diào)動(dòng)后進(jìn)學(xué)生的積極性，使其體會(huì)到團(tuán)隊(duì)的力量是無窮的，形成協(xié)作意識(shí)，增強(qiáng)責(zé)任感，有利于發(fā)展良好性格，為將來工作崗位上的合作奠定基礎(chǔ)。

3 課程設(shè)計(jì)改革的實(shí)施內(nèi)容

3.1 制定課程設(shè)計(jì)實(shí)施規(guī)范

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)改革首先要明確的是統(tǒng)一整體操作規(guī)范，若每位教師都有各自的實(shí)施方式和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，沒有形成統(tǒng)一的評價(jià)體系，這對所有學(xué)生來說是不負(fù)責(zé)任的，容易造成不良影響，甚至是教學(xué)事故。為了規(guī)范課程設(shè)計(jì)，需制訂實(shí)施規(guī)范，主要包括實(shí)施方式、實(shí)施步驟、考核及評分方式等內(nèi)容。

3.2 搜集課程設(shè)計(jì)題目

課程設(shè)計(jì)題目的制定是課程設(shè)計(jì)順利開展的關(guān)鍵。一方面鼓勵(lì)學(xué)生自選課題開展研究，另一方面教師從日常生活、工程實(shí)際中廣泛搜集合適的課程設(shè)計(jì)題目供學(xué)生挑選。不管哪種方式，教師均需從可實(shí)施性方面考慮，從整體上把握課題的難度及工作量；同時(shí)從課題的內(nèi)容上考慮，讓學(xué)生覺得既有興趣又不陌生；還要從創(chuàng)新角度考慮題目的新穎性，給學(xué)生以充分的想象和發(fā)揮的空間，鍛煉創(chuàng)新能力。“設(shè)計(jì)也是一種創(chuàng)新”，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的同時(shí)，典型機(jī)械的分析和設(shè)計(jì)對于學(xué)生來說也是不能缺少的，可以要求學(xué)生在現(xiàn)有傳統(tǒng)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

3.3 編制“基于SolidWorks的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”指導(dǎo)書

為改變傳統(tǒng)的手繪制圖的落后方式，適應(yīng)現(xiàn)代工程的需要，我們將三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks引入課程設(shè)計(jì)，由于學(xué)生對該軟件比較陌生，教師需編寫相對應(yīng)的基于SolidWorks的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書來輔助學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)完成相關(guān)工作。指導(dǎo)書內(nèi)容以一種典型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（例如小型精刨機(jī)）為例，詳細(xì)介紹基于SolidWorks對機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析及運(yùn)動(dòng)仿真的詳細(xì)步驟，一方面包含參數(shù)化機(jī)構(gòu)的創(chuàng)建，另一方面為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，即通過SolidWorks Motion 和SolidWorks Simulation 模塊對方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析。

4 結(jié)束語

基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》改革實(shí)踐，通過以小組協(xié)作形式完成課程設(shè)計(jì)，改變了以個(gè)體為單位的傳統(tǒng)模式，更有利于調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

課程設(shè)計(jì)題目從生活實(shí)踐入手選題，以產(chǎn)品為導(dǎo)向，使傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)理論實(shí)踐相脫離的問題得以改善，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)引入課程設(shè)計(jì)，更新課程設(shè)計(jì)的方法，不僅鞏固對三維設(shè)計(jì)軟件的掌握程度，同時(shí)提高學(xué)生創(chuàng)新的積極性，建立傳統(tǒng)教育中缺乏的工程價(jià)值觀，可以推廣至機(jī)械相關(guān)專業(yè)。

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[責(zé)任編輯：曹明明]