基于創新能力培養的機械設計基礎教學設計改革與實踐

于克強+楊松華+宋勝偉

[摘要]傳統的機械設計基礎課程的教學設計在很多方面已經不能達到目前創新型人才培養目標的要求，在學校“創新型人才培養”辦學理念的基礎上，采用傳統與培養創新能力相對比的方法對機械設計基礎課程教學設計進行改革。通過教學實踐表明，基于創新能力培養的機械設計基礎課程教學設計與傳統教學設計相比較，可使學生的學習效果、動手操作能力、分析解決問題的能力及創新能力得到很大提高。通過研究，可為創新型人才培養提供理論基礎和可靠支撐，同時也可為機械相關課程的教學設計改革研究提供參考。

[關鍵詞]創新能力培養；機械設計基礎；教學設計

[中圖分類號]G642.0[文獻標識碼]A[文章編號]10054634（2017）03008205

0引言

《機械設計基礎》是工科高等院校中一門重要的專業技術基礎課[1]，是培養學生了解和掌握機械基礎知識、具備機械設計初步能力的重要課程，該課程對學生掌握機械多方面能力起到非常重要的作用，教學設計（即如何做到教師教好及學生學好）是該課程教學過程的關鍵，同時也是學生創新能力培養的關鍵。

目前高校機械設計基礎課程大多仍以傳統的灌輸式教育及理論教育為主，大多數學生只是死背理論知識，不能靈活運用，動手能力不強，缺少創新意識，難以滿足企業創新人才的要求， 不能適應現代經濟建設和工程技術發展的要求。創新是一個民族的靈魂，也是一個國家發展的內在動力[2]。在21世紀科技革命迅猛發展、國際競爭日趨激烈的形勢下，培養具有創新意識和創新能力的跨世紀人才已成為我國高等教育十分緊迫和重要的任務[3]， 因此，很有必要對基于創新能力培養的機械設計基礎課程的教學設計進行研究與改革。

1基于創新能力培養的機械設計基礎教學設計的構建傳統機械設計基礎課程教學設計主要以教為中心，即以教師為中心，只強調教師的“教”而忽視學生的“學”，課程的教學設計都是圍繞如何教而展開，很少涉及如何促進學生自主地學、如何培養學生的創新思維及如何提高學生的創新能力。按此理論設計的課堂教學，學生主動參與教學活動的機會少，大部分時間處于被動接受狀態，學生的主動性、積極性及創新性難以發揮，更不利于創造型人才的成長[4]。

基于創新能力培養的機械設計基礎課程的教學設計主要特點為：教學設計由以教為中心轉向為要同時兼顧教和學，突出創新性，并且教學設計應用范圍由單一走向多樣化，理性設計轉向融理性和創造性為一體的設計。上述特點可簡單總結為：為什么學、學什么、怎么學、學得如何。基于創新能力培養的機械設計基礎課程的教學設計和該課程傳統教學設計的對比見表1。

1.1學生分析

為了選擇和組織學習內容、闡明學習目標、設計教學活動、選用合理的教學方法與教學媒體等教學外因條件，需要對學生特征進行分析，總結出學生的學習習慣及學習起點。同時還要分析學生對感知到的刺激做出的反應，要做到真正的“因材施教”，提高教學的針對性和創新性。

1.2教學目標的分析與確定

教學目標主要從創新性思維培養、能力培養以及學習者學習需要3個維度進行分析和確定，如圖1所示。

1） 創新思維的培養。通過機械設計基礎課程的學習，培養學生的創新思維，進而提高創新能力。創新思維主要包括引發思維、發散思維、聯想思維、深化思維、升華思維及綜合式思維等。

2） 能力的培養。通過該課程的學習，可以培養學生具有設計簡單機械系統、零部件的能力，對于機械工程問題建立模型、分析求解和論證的能力，在機械工程實踐中初步掌握并使用各種技術、技能和現代化工程工具的能力。

3） 學習需求分析。學習需求在教學設計中是一個特定的內容，包括以下兩方面：（1）學生目前的學習狀況與期望值之間的差距，也就是學生目前水平與期望學習者達到的水平之間的差距，即（學習）期望達到的狀況—（學習）目前狀況 =（差距）學習需要；（2）根據學生所在專業對機械設計基礎課程的要求，以及畢業設計和將來就業對機械設計相關知識的需求來制定學生的學習需求。

1.3教學內容設計

1） 案例教學。針對創新性能力培養的需要，在教學過程中應引入教學案例。教學案例具有直觀性、典型性、系統性等特點[5]，利用生活中的實例、工程機械、常用機構或典型機械中的零部件來啟發學生了解課程相關內容，并導入本次課的內容，在此過程中學生可以相互討論并主動提出問題，由此可促進學生學習的主動性，培養創新意識。

2） 主體教學內容組成。基于創新能力培養的機械設計基礎教學內容要與人才培養目標相適應[6]，教學內容在滿足大綱要求的前提下，要充分體現學生創新能力的培養。主體教學內容設計主要包括教學方式、教學過程設計及創新思維培養等內容。

3） 增加拓展知識。在講解課程授課計劃內容后，還應增加知識拓展內容，即在學生學習完教材內容的基礎上，教師擴展一些與教材內容相關且前沿的知識，以此激發學生學習興趣，開拓學生視野，培養學生理論聯系實際的能力和創新能力。

1.4教學策略

教學策略是對完成特定的教學目標而采用的教學活動程序、教學方法、教學媒體和課外作業等因素的總體思考，它主要是解決教師“如何教”的問題。為培養學生的創新能力，教師必須主動構思，并制定相應的教學策略，并通過教學來培養學生的創新意識。基于創新能力培養的機械設計基礎教學策略主要包括以下內容。

1） 教學方法。教學方法是教師和學生為了達到教學目標，在教學原則的指導下借助教學手段而進行的師生相互作用的活動，為培養學生的創新能力，除了采用傳統的講授法、發現教學法、合作學習法等教學方法外，突出采用演示法、實驗法、實習法等。

2） 教學媒體的設計。機械設計基礎傳統教學模式是“粉筆加黑板”，課堂上大量的教學時間都用在了書寫和畫圖上，真正有效的教學時間大打折扣，學生得不到足夠的視覺刺激，他們只能去想象，一些復雜的工程案例的圖片或是視頻則無法向學生展示，很難達到較好的教學效果。所以為了滿足創新人才培養目標的要求，且能達到理想的教學效果，需要開發適合創新型人才培養的多媒體課程課件進行教學。

3） 課外大作業。從國內機械設計基礎的教學現狀來看，機械設計基礎的習題大多是常規課后習題，學生仍然是抄題、畫圖及計算這樣千篇一律的做作業形式，這從形式到內容都不利于學生創新能力的培養。基于這種情況，在原有作業形式的基礎上還應該增加課外大作業以培養學生的創新意識。課外大作業是在講解完一部分后，根據課程內容讓學生結合實際進行相關內容的設計。通過課外大作業的形式可以提高學生發現問題、分析問題及解決問題的能力，對提高學生工程實踐能力起到很重要的推動作用。

1.5教學評價

當前使用的機械設計基礎課程成績考核的方法已沿用多年，主要是以考試為主，以學生考試分數的高低評定學生的掌握程度，無法檢驗學生的實踐能力、動手能力和創新能力，所以這種考核方式已不能滿足創新人才培養目標的要求。結合黑龍江科技大學機械設計基礎課程改革的開展情況，制定機械設計基礎課程新的考核方式：考核內容主要包括平時討論成績、課堂作業成績、課外大作業成績、創新實踐成績、實驗成績及考試成績等6部分，每一部分的比重可根據實際教學情況和學生的掌握情況自行調整。通過這種考核方式既可改變以往考題分數決定制的弊端，也可提高學生對課程的學習興趣和熱情，提升學生的工程實踐的能力和創新能力。

2基于創新能力培養的機械設計基礎教學設計的實踐 為驗證基于創新能力培養的機械設計基礎教學設計改革的效果，本文以第四章連桿機構為例進行實踐教學。

2.1學生分析及教學目標的確定

授課班級為焊接131班，共有30個學生，學生大多來自黑龍江省，所以學生的學習習慣及學習起點基本一致。以連桿機構中死點的應用為例，為學生播放了飛機起落架的視頻，通過該教學視頻對學生進行學習反映測試，結果顯示，學生對來自新知識的刺激做出的反應相似，全班95%以上的學生對連桿機構內容都有極大興趣，并顯示出對學習連桿機構知識的渴望。

連桿機構為焊接專業學生必須掌握的內容，在該專業學生的畢業設計及就業中都能起到一定作用。通過連桿機構的學習，使學生在了解連桿機構的基礎上，掌握連桿機構的類型、特點及工作原理，并能運用相關知識進行連桿機構的設計。同時，學生在消化現有知識的基礎上，能夠設計出新的機構或組合機構，從而培養學生創新思維。

2.2教學內容設計

在正式講課之前引入切貝謝夫四足步行機作為應用案例進行教學，通過該案例讓學生對連桿機構的應用有大致了解，同時讓學生對本章內容產生興趣，具體教學內容設計見表2。

2.3教學策略

1） 教學方法。在講解連桿機構內容時，通過演示連桿機構的小制作，讓學生產生興趣，加深對該章內容的理解。同時安排本章試驗，在實驗室學生通過自己操作、測繪及重新組裝連桿機構，鞏固課堂所學內容。最后根據學校辦學條件，組織學生到學校實訓創新基地進行創新實習，根據學生所學內容并結合想象力制作出新的連桿機構或組合機構，圖2為學生制作的連桿和齒輪的組合機構。

2） 教學媒體。課程應用自主開發的機械設計基礎多媒體課件，該教學課件主要以authorware為開發平臺，結合巨星、格式工廠、flash以及photoshop等軟件，集文字、圖片、聲音、視頻動畫于一體，切合教學主題，搭配得當。課件包含教學指導、教學素材、演示文稿、電子教案、答疑集錦、能力測試、強化訓練及模擬試題8個模塊，課件主頁如圖3所示。圖4為講授本章內容時課件中程序控制的連桿機構類型變化圖。

該課件已經在教學中運用了兩學期，效果良好。適用該課件的專業和學生很多，在學校每學期使用本課件的非機械專業學生有近350人，由于課件有大量的案例、圖片和視頻，所以大大調動了學生的興趣和積極性。此外，大量的自測題和模擬題的使用，大大提高了學生對課程內容的掌握程度，最后考試成績也得到了普遍的提高。

3） 課外大作業。根據本章內容，大作業的題目為“結合工程實際設計一個連桿機構的組合機構”。焊接13-1班共30人，將其分為5組，然后每組選一名組長來負責任務細化，掌控進度，保證能按時將作業完成。完成任務后可分組對所設計內容進行討論，然后每組選一位代表向全班學生講解該組所設計的內容，最后教師做出總結。通過課外大作業，提高了學生們的協作能力，同時提升了學生發現問題、分析問題、解決問題的能力及創新能力。

通過教學實踐表明，基于創新能力培養的機械設計基礎課程教學設計與傳統教學設計相比較，在很多方面都得到了提高，具體見表3。

3結束語

本文基于創新能力培養的教學目標，以拓寬知識為基礎、以培養能力為主線，以提高素質為前提，以培養學生的工程實踐能力和創新能力為核心，充分利用學校現有的機械設計基礎教學研究成果、實驗條件和辦學條件進行教學設計研究與改革，并通過教學實踐充分顯示本研究取得一定效果，其中機械設計基礎多媒體課件獲得黑龍江省多媒體課件大賽一等獎。同時由于學生學習興趣的提高，期末考試成績平均為85分，較上一屆高出近10分，學生的創新實踐能力和動手操作能力得到了提高，就業方面也取得很好的效果，和以前相比，就業于世界500強單位的學生人數翻了一倍，為學校被評為“全國就業50強高校”做出了貢獻。

參考文獻

[1] 李占奎，劉元林，楊松華.機械設計基礎課程教學改革的研究與實踐[J].教學研究，2008，31（2）：152153+162.

[2]張曉露，武衛，郭曉峰.基于創新能力培養的《機械設計基礎》教學改革[J].教育教學論壇，2014（10）：36.

[3]徐廣紅，劉靜，付群峰，等.基于創新能力培養的機械設計類課程教學體系改革與實踐[J].江西理工大學學報，2009，30（2）：6163.

[4]夏學華.新課程背景下高中信息技術教學設計的研究與實踐[D].濟南：山東師范大學，2009.

[5]于克強，陳國輝，劉秀蓮.工程教學案例在機械設計教學中的應用[J].中國電力教育，2013（19）：8182.

[6]樊藝雯，劉衛.《機械設計基礎》教學中創新能力培養的思考[J].科技風，2010（18）：22.

AbstractInstructional design of traditional machinery design foundation course has been unable to reach the current innovative talents training target requirements in many respects，based on the school′s cultivate innovative talents theory on school management，In view of teaching design of machinery design foundation adopt the method of tradition and develop innovation ability compared to reform of instructional design of the course. At the same time carries on the teaching practice，through teaching practice shows that the teaching design of machinery design foundation based on the cultivation of innovative ability can make the students′ Learning results，hands-on ability，the ability of analysizing and solving the problem and novation ability is greatly improved than traditional teaching design.This paper provides the theoretical basis and reliable support for the cultivation of innovative talents，while providing a reference for the study of teaching reform of mechanical design related courses.

Keywordsinnovation ability training；Machinery Design Foundation；teaching design