創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型機械設計課程建設探討

劉文光+賀紅林

摘 要：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)視域下的機械設計課程建設關鍵在于教學目標設定、教學內容凝練以及實踐體系創(chuàng)立。首先，系統(tǒng)梳理機械設計課程的特點，確立了融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思想的課程教學目標。其次，整體把握機械設計課程實踐性強的突出特質，構建了體現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維的課程內容體系；在此基礎上，探索了突出開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的機械設計實踐體系。最后，指出了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型機械設計課程建設面臨的核心問題。

關鍵詞：創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育 機械設計 課程建設 實踐教學體系

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0214-03

2015年，國務院總理李克強同志在政府工作報告中明確地提出了“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的口號。緊隨其后，國務院辦公廳便頒布了《關于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》，鼓勵各地區(qū)、各高校加快深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革。近年來，作為教育改革的主戰(zhàn)場，全國各高校紛紛開始了各種層次的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育研究。因此，開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革已然成為助力我國高等教育發(fā)展，突破教育發(fā)展瓶頸的重要方法和有效途徑。

早在20世紀50年代初，美國就已經(jīng)開始了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，迄今為止已有近70年的歷史[1]。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育起源于哈佛大學，直至今日，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育涵蓋了從小學到研究生教育的全過程，而且美國高校已普遍開設了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程，所以大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育被稱為美國國家經(jīng)濟發(fā)展的直接驅動力。1987年，英國發(fā)起了高等教育創(chuàng)業(yè)計劃，旨在培養(yǎng)大學生的可遷移性創(chuàng)業(yè)能力[2]。1996年，印度政府也提出了自我創(chuàng)業(yè)教育的概念[3]。目前日本已有247所各種不同類型的高校實施了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育[4]。

改革開放以后，我國的高等教育取得了突飛猛進的發(fā)展，尤其是近十多年來進行了許多歷史性突破的改革，已經(jīng)邁入了國際公認的跨越式發(fā)展和大眾化提升階段，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育方面取得了巨大成就。從其發(fā)展程度來看，我國的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育研究，大致可分為4個方面：首先是如何結合各院校自身的特色來開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育；其次是如何構建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的實施平臺；再次是如何將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與高校的具體學科專業(yè)相結合；最后是如何設計和采取多種教學改革以提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育質量[5]。

但是，與國際上創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育發(fā)展水平較高的國家相比，我國在該方面的實踐經(jīng)驗明顯不足，特別是對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)視野下的高等教育課程建設和教學方法改革缺乏深度認識，在課程教學模式、教學設計等方面也呈現(xiàn)諸多問題，尚未形成完善的、系統(tǒng)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程教學模式和評價體系。然而，要建立扎實有效的高等教育創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育培養(yǎng)體系，我們必須從微觀的角度進行推進。如何建設創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型課程，尤其是專業(yè)核心課程的建設即將成為我國高等教育創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革成功與否的關鍵。

機械設計作為機械專業(yè)大學生學習機械理論的核心課程之一，在機械專業(yè)人才培養(yǎng)中的作用是連接基礎課和專業(yè)課的重要紐帶。所以，機械設計課程建設的好壞，必然影響到機械專業(yè)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的水平。基于此，本文以所在學校的機械設計課程建設為具體研究對象，旨在探索如何建設一門創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型機械設計課程，包括如何規(guī)劃教學目標、如何凝練教學內容以及如何優(yōu)化實踐體系？同時通過如何創(chuàng)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型機械設計課程，取得的一些經(jīng)驗以期為我國高等工程教育開展其他類型的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型專業(yè)課程建設提供一種思路。

1 機械設計課程特點

按照本校機械專業(yè)培養(yǎng)方案的定位，機械設計課程旨在培養(yǎng)學生的工程設計和綜合分析能力，包括系統(tǒng)分析、設計、選型、運行、維護、維修等方面的基本知識和技能，幫助學生樹立正確的設計思想和提升學生理論聯(lián)系實際的能力。根據(jù)筆者長期從事機械設計教學與科學研究的經(jīng)驗，結合分析本校60多年來使用的機械設計教材的基礎上，總結出機械設計課程有以下顯著特點：（1）機械設計教學內容，涉及面廣泛，各知識點需要逐個突破。換言之，該課程要求多、公式多、門類多、圖表多。（2）機械設計學習強化實踐性。雖然該課程是研究機械設計的基本理論和方法，而不是某種具體的機械裝置，但是這些理論和方法是為工程服務的。（3）機械設計教學重視重點、又強調非重點。該課程教學內容表面上沒有重點，卻又都是重點。理由在于機械設計工作必須詳盡，任何細小的疏忽都有可能導致嚴重的后果。（4）機械設計學習強調工程意識的樹立。機械設計問題涉及多方面的因素，其求解可采用多種方法，其解一般也不是惟一的。（5）機械設計學習要理解本課程與其他課程的關系。比如，機械制圖可以為設計提供圖形表達，工程材料與熱處理可為機械設計提供材料選擇方法，工程力學可為零件設計解決力分析，而機械制造可為零件的冷加工和熱加工提供工藝，公差配合與技術測量可解決零件的精度設計問題，機械原理能解決機器運動方案分析問題。（6）機械設計學習與實踐要正確處理設計中的多種關系。比如，零件的設計與選用是機械設計的兩個主要途徑；工作能力計算與結構設計表明，設計決非只是計算，應重視結構設計的學習；經(jīng)驗設計與現(xiàn)代設計都重要，但前者是后者的基礎；具體的設計方法與一般的設計能力，前者是學習的形式，后者是學習的目的。

分析機械設計課程的特點發(fā)現(xiàn)，該課程的整體學習過程對于強化機械專業(yè)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識具有重要的作用。但是要達到提升學生創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)思維的培養(yǎng)效果，需要圍繞課程特點構建合理的課程體系，同時設置恰當?shù)慕虒W目標，并精選教學內容以及優(yōu)化工程設計訓練體系。

2 機械設計課程體系

機械設計課程體系深度優(yōu)化的目標是，最大程度地挖掘學生的創(chuàng)新智慧和創(chuàng)業(yè)潛能，同時在改革教學環(huán)節(jié)時還能保證教學內容的科學性和先進性。南昌航空大學在2015版培養(yǎng)計劃修訂時，我們在機械設計課程教學大綱中增加了創(chuàng)新設計和3D設計訓練模塊，優(yōu)化后的內容架構如圖1所示。

新的機械設計課程內容架構中，為了增強機械設計知識與培養(yǎng)方案中各課程的聯(lián)系，以及橫向貫通機械設計各教學模塊，我們在機械設計的理論教學模塊中還專門增加了機械創(chuàng)新理論與技法這一環(huán)節(jié)，如圖2所示。增設這一環(huán)節(jié)的目的，在于通過這種務虛性質的課程啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維。endprint

為了順應社會發(fā)展的需求，機械設計教學必須重視學生應用和掌握計算機技術的能力。于是，新的教學大綱在課內專門設置了8學時的機械零件三維設計上機實驗，旨在培養(yǎng)學生運用三維技術設計機械零件的能力。三維設計實驗要求學生采用Solid Works軟件進行機器的總體方案設計和運動分析，在此基礎上完成所有零件的結構設計，進而完成整機裝配，最后進行機構的運動仿真和干涉檢驗。改革后的機械設計實踐改變了傳統(tǒng)的純手工繪圖方式，在設計手段上應用現(xiàn)代和傳統(tǒng)相結合的方式，突出三維設計在機械設計實踐中的應用，如圖3所示。

新的工程設計訓練體系，與傳統(tǒng)的機械設計課程設計模塊相比較，增加了機械創(chuàng)新設計訓練。為了照顧到學生個體差異，對于學習一般的同學，只需要通過圖3所包含的各個教學環(huán)節(jié)即可。但是對于學有余力的同學而言，我們通過增加平時成績的策略鼓勵他們積極參加全國機械創(chuàng)新設計大賽、全國三維數(shù)字化設計大賽以及南昌航空大學科技制作比賽等活動，將機械設計理論與方法與機械產(chǎn)品的設計相結合，通過各種課外設計訓練活動的鍛煉，逐步培養(yǎng)學生創(chuàng)新設計能力和創(chuàng)業(yè)潛能。

考慮到個人能力形成的漸進性，機械設計的工程設計訓練體系和實驗教學體系都必須遵循從培養(yǎng)觀察能力開始，逐步培養(yǎng)學生的設計與分析能力，最后達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質的提升。改革后，我們采用的機械設計實驗教學體系如圖4所示。

3 機械設計教學目標和內容

3.1 教學目標設定

為突出創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，在機械設計理論教學層面，我們注重基礎理論和基本方法的傳授；而在實踐教學層面，我們注重機械設計思想、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識的形成。所以，在機械設計課程體系中，我們設置了完整的理論、實驗、工程設計訓練與課程設計等教學環(huán)節(jié)。

但是，因為機械設計課程面向眾多專業(yè)，而且不同專業(yè)學生對于設計理論與技術需求不盡相同，在教學目標設定中還應充分體現(xiàn)差異。因此，在南昌航空大學2015版培養(yǎng)方案中，我們對不同專業(yè)學生提出了不同的課程要求。比如，對于機械設計制造及其自動化專業(yè)，教學要求是：學生應通過機械設計課程的學習，掌握機械工程的基礎知識，掌握通用零件的工作原理、特點、選用和設計知識，具備設計簡單機械傳動裝置的能力；而對于飛行器類專業(yè)的學生來說，應通過本課程學習應獲得必備的基礎知識，培養(yǎng)出初步的機械設計能力，具有運用標準、規(guī)范、手冊和圖冊等技術資料的能力。

3.2 授課內容凝練

機械設計涉及的知識點非常多，其中不少知識很難把握，特別是在基礎理論與工程設計方法的銜接處存在的難點更多。受學時所限制，加之考慮培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的要求，授課內容的選擇應充分發(fā)揮每個知識點在培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技能方面的貢獻。凝練后的課程教學重點和難點內容應有所取舍，以便在教學時集中進行突破。例如，傳統(tǒng)教學大綱中，我們花費了大量課時來講解機械零件的工作能力計算，在零件結構設計方面的分析卻很少。這與工程實踐中的機械設計有一定區(qū)別，而且強度計算大多數(shù)已經(jīng)步驟化，對培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力所起的效果有限。為此，新的教學內容應考慮加大零件結構設計方面的知識，鍛煉學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維。

4 機械設計實踐體系優(yōu)化

實踐是大學生形成創(chuàng)新意識、提升創(chuàng)業(yè)能力的關鍵環(huán)節(jié)。我們在課程內容構架改革的基礎上，重點對實踐體系進行了優(yōu)化。新的實踐體系把傳統(tǒng)的“課程實驗+課程設計”的實踐架構優(yōu)化成以“課程實驗+機械零件CAD上機+課程設計+創(chuàng)新設計”的實踐架構。教學實踐證明，新的實踐體系更加合理。新架構中，課程實驗直接定位于學生動手能力的培養(yǎng)，CAD上機實踐在于培養(yǎng)學生利用三維工具設計機器的能力，而課程設計和創(chuàng)新設計則重于培養(yǎng)學生設計、分析與創(chuàng)新設計的能力及其團隊合作精神。

4.1 機械設計課程實驗

為了保障實驗項目設計更具科學性，項目設置了不同層次，逐級提高。我們開設實驗項目包括：認知性實驗、驗證性實驗、提高性實驗、綜合性實驗、創(chuàng)新性實驗。在推進多層次項目實驗時，逐漸減少認知和驗證性實驗，逐漸增加綜合和設計性實驗，大力提倡創(chuàng)新性實驗。選擇實驗項目時，我們鼓勵學生多選自己感興趣的實驗，多做“有內容、有深度的實驗”，以提升其創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

4.2 工程設計訓練

認知實踐時，要求學生對所觀察到的整機的工作原理、機械結構、材料、工藝等進行細致分析，深刻究問和廣泛討論，必須理解機器的組成要素、組成形式和建構方式。機械零件三維設計訓練、機械設計課程設計等訓練環(huán)節(jié)，目的在提高學生工程素質和基本設計能力。研究發(fā)現(xiàn)，在課程設計和機械零件三維設計實踐中，學生需充分考慮設計技術、經(jīng)濟等多方面約束，需要對設計方案做大量綜合性評價，而且學生之間需分工協(xié)作完成整機設計。

4.3 機械設計課程設計

課程設計不僅有助于后續(xù)專業(yè)課程學習，而且對培養(yǎng)學生的團隊精神具有重要影響。為此，南昌航空大學機械設計教學團隊提倡的機械設計課程設計的范式是：授課教師精心指導，學生自主完成。為保證課程設計的順利開展，指導教師要求學生在課程設計之前仔細閱讀設計任務書、明確設計要求、條件及設計任務，擬出設計計劃并在計劃中設定設計進度，還要求學生對照計劃進度認真完成相應的設計內容。

學生在機械設計過程中，必須保持獨立思考、認真分析、審慎嚴謹、攻堅克難，創(chuàng)造性地完成機械零件工作能力計算、結構設計、樣圖繪制等細節(jié)。機械設計過程中，還要求學生端正設計態(tài)度，嚴格遵守“邊算邊畫邊修改、有錯必改”的原則。學生之間可以相互探討，但是必須獨立完成。設計過程中，學生可借助三維設計技術完成課程設計。唯有如此要求，方能培養(yǎng)出學生較強的設計技能和提升其創(chuàng)新能力。

5 結語

本文從分析機械設計課程的特點入手，探討了如何構建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)視域下的機械設計課程體系；針對機械設計知識點多涉及面廣的特點，討論了機械設計教學目標的規(guī)劃以及教學內容的凝練；最后，為突出機械設計實踐性強的突出特質，著重對機械設計實踐體系進行了優(yōu)化。但是作為一門專業(yè)核心課，要在課程教學過程中融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思想，筆者認為理清創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型課程的概念仍然十分重要。因為只有明晰了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的定義，方能對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)視域下的機械設計教學目標、課程體系及教學內容進行深度優(yōu)化。只有了解創(chuàng)業(yè)創(chuàng)業(yè)的內在驅動因子和外在影響因素，方有可能規(guī)劃創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)視域下的課程建設路徑。

參考文獻

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