基于創新能力培養的機械類課程教學改革

張紅霞 桂偉

摘 要：本文論證了機械創新設計大賽對機械類專業課程改革的促進作用。以機械專業比賽為契機，對機械類專業課程進行大力改革，從課程體系、教學內容和考核方式上進行改革創新，促進機械專業人才創新能力和專業綜合知識應用能力的培養和提高。

關鍵詞：機械創新；課程改革；教學改革

機械產品的創新設計是國家工業發展的重要基礎，為各行各業提供先進技術裝備。行業領域的發展需要具有創新能力的高級機械技術專業人才。高等教育的任務就是要培養學生在機械設計方面的創新能力，即機械設計的創新意識、創新思維、創新知識和創新技能等。

一、機械創新能力培養存在的問題

1. 創新設計理論知識嚴重不足

由于近年來人才培養計劃的專業基礎課時和學分的消減，致使學生的基礎理論知識不扎實，對一些常見零件、機構的結構、功用等認識不深，掌握不夠全面，學生在課堂教學中只能學到最簡單的基礎知識，卻沒有掌握深層次的理論知識，并且各知識點之間的連貫性較差，知識相對獨立，不能成為一個較完整的系統，使得學生在進行機械創新設計比賽或課程設計時理論知識不夠用。

2. 實踐教學環節創新能力培養效果不理想

機械專業課程的實驗大都是驗證性的實驗，創新性與綜合性的實驗比例和學時很少，加之大多數高校業余時間實驗室對外不開放或開放時間較短，使實驗室的利用率很低，影響了學生動手能力的培養。并且國內普通高等本科院校機械類專業的創新類實驗教學平臺普遍不足，無法開展創新型實驗項目。硬件環境的不足和利用率低直接導致學生實踐動手能力差、理論聯系實際能力不足等。機械工程方面的創新能力培養，必須緊密結合企業實際的工程項目設計、制造、裝配、調試等過程，沒有工程實例教學項目為載體，學生就無法真正學以致用。

3. 創新技能亟須提高

大學生思維活躍，經過教師指導，會有很多靈感和創新點產生，但是由于沒有扎實的創新技能，無法使靈感成為現實。如機械類大學生實踐技能的訓練主要是通過工程實踐環節、專業實訓環節，在短短的幾周時間內，只能讓學生掌握最基本的車、鉗、刨、銑、磨、鑄、鍛、焊等基本操作，而如何將設計圖紙變成產品還需具備更高水平的技能。

二、機械類課程教學改革

1. 教學內容改革

（1）機械基礎系列課程體系優化

機械基礎系列課程主要由機械制圖、工程材料、工程力學、機械原理和機械設計等課程組成，各課程自成獨立體系，內容重復較多，而連貫性差，學生在學習的過程中沒有一個明確的主線和目標，沒有系統設計的整體觀。而在這些機械基礎課程中，學習的最終目標是能利用所學知識設計三維機械產品或工業產品，所以在機械基礎課程體系中貫穿整體的核心能力可以認為是對三維設計能力的培養。可將多門機械基礎課程作為一個系統，對各課程教學內容上重復交叉的地方進行必要的精簡和刪除，將三維設計、分析、制造理念全面引入機械基礎系列課程教學中，建立基于三維技術的機械基礎系列課程新體系。在機械制圖相關課程教學中，借助三維軟件的建模和運動仿真分析功能直觀地再現產品三維—二維—三維設計的過程，培養學生空間思維能力和創新設計能力。在工程力學等課程教學中，要求學生掌握三維設計的有限元分析及動力學分析，提高學生的工程應用能力。在機械原理和機械設計相關課程中，要求學生學會機構的三維仿真及運動設計，加強機構及系統設計的教學，在教學過程中充分應用SolidWorks等軟件進行機械工程項目的分析、設計、計算與仿真等，設計出滿足加工及工藝要求的合理機構，并對學生進行系統培訓，參與模仿實物—模擬性設計—工程性設計—創新性設計的全過程學習實踐，提高學生的綜合應用能力和創新設計能力。

（2）創新型大作業設計

以機械原理課程為例，單一機構學習訓練是必要的，如凸輪機構、四桿機構、齒輪機構、間歇運動機構等。要有意加強訓練多種機構協調運轉設計，比如學到連桿機構時，可以布置升降臺的設計、助力機械手的設計等作業。還可以在后期分組布置一個復雜的機械創新設計項目，這類項目不是一個單一的機構，而是幾種機構的組合，如硬幣清分機或紙幣分離機設計，這樣的大作業題目要求可以靈活多樣化，提出主要功能要求，鼓勵創新設計。課堂教學是機械原理教學的主體，作業設計應該是課堂教學的有益的和必要的補充，創新型大作業不僅使理論與實踐真正融會貫通，更是促進人才綜合應用多門專業課程知識能力解決實際問題的載體，對綜合實踐應用能力的培養和創新思維的訓練大有裨益。

（3）比賽作品嵌入課程學習

教師可將近年來學生競賽項目如“S”形和“8”形無碳小車設計作品引入課堂教學中，要求學生分組合作最終完成小車設計和加工。教師將題目按課程需要進行拆解，分為機構運動分析、方案設計、選材加工、裝配調試等，在相關的課程教學中對小車的設計和加工過程進行分步式學習和探索。例如在“機械設計”中，傳動系統的方案設計講解涉及齒輪傳動、帶輪傳動、間歇傳動和凸輪傳動，演示往屆學生的比賽作品，引導學生觀察和分析傳動機構的運動效果，在學習前人設計作品的基礎上進行創新改造設計。如在“機械制造技術基礎”中，教師可以引導學生思考在選材、加工環節中減輕重量和減少加工工序的方法，學生可利用業余時間加工制造小車，帶著任務和目標學習更能提高學習的主動性，增強學習的緊迫感。將基礎課程有機地聯系起來，使學生能自主地融會貫通，把原來單項的課程教學變成現在“一條龍服務式”的教學，使學生認識并參與到機械產品設計及加工的全過程中。

2. 考核方式改革

改革機械基礎相關課程考核方式，取消期末試卷考試的形式，可以同學期相關課程二合一、多合一考試，以綜合應用型設計大作業或作品為考核形式，不再統一題目，題目多樣化、答案多樣化，從文字性的死記硬背考核轉變為綜合知識應用能力考核，這種考核方式更能檢驗學生的真實專業水平，體現創新能力和專業知識綜合應用能力。把學生創新能力培養作為考核學生專業水平的一項指標。例如，在各項專業競賽中，獲得不同獎項給予不同加分獎勵，在學年獎學金評定及選優、保研推薦中作為額外加分，在學年平均成績上加分，國家級、省級不同等級給予不同分數獎勵。只有考核標準明文規定加分制，才能大力調動學生的比賽積極性，而專業比賽是培養學生創新能力的最有效的手段。

在創新能力培養的機械課程改革中，學生和教師都需要有一個適應的過程，特別是教師工作量和知識量的增加非常明顯。改革最大的受益者是學生，學校學生參加機械創新設計大賽、工程訓練比賽均獲得較好的成績，2016年機械創新設計大賽獲得湖北省一、二、三等獎等多個獎項，并獲得優秀組織獎，2017年工程訓練比賽其中一支隊伍獲得國家二等獎的好成績，參賽作品中學生的很多想法和實踐水平超出預期。創新能力的培養要體現在每一門課程課堂教學中、課后作業中以及專業比賽項目里，只有時刻有意識地培養機械創新能力，才能滿足時代對機械專業人才的要求，提高人才的可持續發展能力。

參考文獻：

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[3]周凱紅，李淑.關于機械設計基礎課教學中學生創新能力培養的思考[J].桂林航天工業高等專科學校學報，2009，55（3）：373.

基金項目：武漢市教育科學規劃課題“應用技術型人才創新能力培養的實踐與研究——以機械創新設計大賽為平臺”（課題編號：2016C276）的研究成果。

作者簡介：張紅霞（1982— ），女，湖北孝感人，碩士，副教授，研究方向：自動控制技術、高等教育。