機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

王海泉 姚玉環(huán) 龔勇鎮(zhèn) 馬李 張小勤

摘要：機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是機(jī)械類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，根據(jù)機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所存在的問(wèn)題，在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)探索應(yīng)用信息技術(shù)、TRIZ工具、開放項(xiàng)目、激勵(lì)機(jī)制及創(chuàng)新大賽等手段，構(gòu)建開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，旨在強(qiáng)化學(xué)生各項(xiàng)能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：教學(xué)方法；機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；開放實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）14-0271-02

目前，很多機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，因課時(shí)限制等原因，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)不足，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)也隨之減少，學(xué)生也存在“被動(dòng)參與”的弊端[1-2]。教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)內(nèi)容、方法更新緩慢；實(shí)驗(yàn)的考核重知識(shí)，輕能力等，這些問(wèn)題在某種程度上束縛了學(xué)生的創(chuàng)新思維、想象能力等[3]。下面結(jié)合我校機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)在強(qiáng)化學(xué)生各項(xiàng)能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念指導(dǎo)下的一些探索。

一、以信息技術(shù)為媒介，助力實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在全球化加速推進(jìn)和信息化迅猛發(fā)展的背景下，社會(huì)發(fā)展日新月異，信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用顯得越來(lái)越重要。我們可利用新媒體宣傳實(shí)驗(yàn)室在學(xué)科、教學(xué)、管理、科研、比賽等方面的“正能量”，減少學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室功能認(rèn)識(shí)的盲區(qū)，吸引更多學(xué)生進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室。在日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，充分利用信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合[4]，通過(guò)督促、檢查等方式引導(dǎo)學(xué)生重視在課余投入時(shí)間和精力進(jìn)行自學(xué)。我們還可通過(guò)微信、微課等形式讓學(xué)生對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容課前預(yù)習(xí)或提前覽閱虛擬儀器，課前進(jìn)行檢查提問(wèn)，同時(shí)布置具有拓展性的學(xué)生不熟悉的課題，讓學(xué)生們課下進(jìn)行學(xué)術(shù)研討，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)檢索文獻(xiàn)，進(jìn)行深入研究并進(jìn)行歸納總結(jié)。例如：我們讓學(xué)生應(yīng)用TRIZ理論40條創(chuàng)新原理解決管道機(jī)器人的多功能問(wèn)題、應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)理念中的一種（如模塊化設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)水果采摘器等，在日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中潛移默化地引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成課外自學(xué)的習(xí)慣，讓學(xué)生深刻體會(huì)到時(shí)時(shí)、處處可學(xué)，進(jìn)而也培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力。

二、TRIZ工具集用于驅(qū)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供新途徑

TRIZ理論是前蘇聯(lián)以根里奇·阿奇舒勒為首的專家，通過(guò)對(duì)世界各國(guó)數(shù)百萬(wàn)件高水平發(fā)明專利進(jìn)行分析后提出的一種解決發(fā)明問(wèn)題的理論[5]，TRIZ創(chuàng)新方法在在俄羅斯、歐美國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，也獲得了顯著成效。基于機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程性質(zhì)，為了給學(xué)生解決技術(shù)問(wèn)題、開發(fā)產(chǎn)品、形成新的構(gòu)思提供一種方法，進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生，我們先會(huì)培訓(xùn)TRIZ理論這門課程，包括：物理矛盾與分離原理、物場(chǎng)分析與標(biāo)準(zhǔn)解、科學(xué)效應(yīng)、發(fā)明原理、功能導(dǎo)向搜索、特征傳遞、案例介紹等，總之培訓(xùn)的目的是要讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何根據(jù)需求去創(chuàng)新，學(xué)會(huì)創(chuàng)新方法，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神，通過(guò)不同形式項(xiàng)目，使學(xué)生逐步形成創(chuàng)新意識(shí)。

三、利用開放項(xiàng)目，鞏固和延伸教學(xué)內(nèi)容

學(xué)生進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室組建的團(tuán)隊(duì)后，以機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為例，我們可設(shè)立一大批以機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程理論知識(shí)和工程知識(shí)多維滲透的綜合性、設(shè)計(jì)性和探索性開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、學(xué)生自主創(chuàng)新項(xiàng)目，以此為抓手，在實(shí)驗(yàn)室管理機(jī)制上更加靈活的配合，構(gòu)建的開放性項(xiàng)目允許學(xué)生自選及在課余時(shí)間在任何地點(diǎn)完成。開放項(xiàng)目如：利用互聯(lián)網(wǎng)+TRIZ理論創(chuàng)新設(shè)計(jì)近在咫尺的、家庭、商場(chǎng)、教室等每天用到的東西，如電風(fēng)扇、插線板、多功能桌子、遮陽(yáng)蓬、自行車、機(jī)器人等等。以司空見慣的遮陽(yáng)棚為例，通過(guò)學(xué)生的討論、查文獻(xiàn)，有的學(xué)生團(tuán)隊(duì)運(yùn)用TRIZ理論中40條創(chuàng)新原理中合并原理、預(yù)先作用原理、有效作用的連續(xù)性原理及自服務(wù)原理等，并結(jié)合TRIZ創(chuàng)新方法中的最終理想和資源分析法，設(shè)計(jì)出面向汽車室外防護(hù)的全自動(dòng)遮陽(yáng)蓬，設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示，該項(xiàng)目獲得“攀登計(jì)劃”資助，經(jīng)費(fèi)8萬(wàn)元。該團(tuán)隊(duì)學(xué)生三維仿真建模完成后，有學(xué)生目瞪口呆地說(shuō)：“哇，這么回事啊，為什么以前沒有想到，好神奇呀！”通過(guò)這種團(tuán)隊(duì)活動(dòng)，也使得學(xué)生養(yǎng)成一種觀察身邊事物或生活的點(diǎn)點(diǎn)滴滴習(xí)慣，提高與人交往能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為創(chuàng)新提供一種基礎(chǔ)。

四、以激勵(lì)機(jī)制、頭腦風(fēng)暴、創(chuàng)新大賽，為人才培養(yǎng)再續(xù)航

學(xué)校需建立一套完善而有效的激勵(lì)機(jī)制，激勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，如：①獲國(guó)際級(jí)、國(guó)家級(jí)、省級(jí)比賽獎(jiǎng)、發(fā)表專利或論文的同學(xué)給予獎(jiǎng)勵(lì)；②有創(chuàng)新成果且獲得國(guó)家專利、發(fā)表論文等給予校級(jí)科研項(xiàng)目培育資助；③提供創(chuàng)新平臺(tái)、服務(wù)平臺(tái)，做好表率宣傳，校園形成創(chuàng)新氛圍等。另外，我們把各類創(chuàng)新大賽、項(xiàng)目中反映出的綜合專業(yè)理論知識(shí)及技能反饋到開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)中，在此過(guò)程中一些方法賦予具體意義，對(duì)學(xué)生理解和掌握專業(yè)知識(shí)具有十分重要作用，方法不一定老師舉，可以放手讓學(xué)生用“頭腦風(fēng)暴”法討論，學(xué)生踴躍發(fā)言，有的學(xué)生舉例出乎意料，又言之有理，最后播放提前準(zhǔn)備好的微課例子，形成對(duì)比，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神、發(fā)散思維和準(zhǔn)確的表達(dá)能力，教師要盡可能為學(xué)生提供這樣的機(jī)會(huì)。如以現(xiàn)代TRIZ理論創(chuàng)新設(shè)計(jì)石化管道機(jī)器人為例，其中一個(gè)功能是要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人尺寸能夠調(diào)節(jié)，利用功能導(dǎo)向搜索功能，對(duì)功能進(jìn)行一般化描述為尺寸調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生舉例，有的學(xué)生想到了月球探測(cè)車、折疊機(jī)械結(jié)構(gòu)、汽車吊伸縮結(jié)構(gòu)、車床夾盤卡爪、相機(jī)變焦機(jī)構(gòu)、風(fēng)扇高度調(diào)節(jié)、雨傘長(zhǎng)度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)、行程放大機(jī)構(gòu)等等，再讓學(xué)生應(yīng)用TRIZ理論中40條創(chuàng)新原理中的原理解決該問(wèn)題，學(xué)生分析出是氣壓和液壓結(jié)構(gòu)、預(yù)先作用、多用性等原理，通過(guò)這些不同方法，再結(jié)合工程案例的講解，不僅能啟發(fā)學(xué)生，而且增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的興趣、理解和創(chuàng)新。

我們對(duì)所有進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生課題進(jìn)行培育，同時(shí)選拔優(yōu)秀作品親自動(dòng)手做樣機(jī)，參加各種競(jìng)賽，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及成就感等，當(dāng)前，作者所在開放實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的學(xué)生參加的社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽，參賽項(xiàng)目有：云智能醫(yī)藥服務(wù)機(jī)器人；智能化太陽(yáng)能廣告牌的研發(fā)與應(yīng)用；健康智能調(diào)味料定量器；基于現(xiàn)代TRIZ理論自充式LED照明鞋創(chuàng)新設(shè)計(jì)等。

五、結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，從進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生問(wèn)卷反饋意見和評(píng)價(jià)表明，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)與教師帶領(lǐng)學(xué)生參加科技開發(fā)、應(yīng)用研究，大多數(shù)學(xué)生普遍得到了各項(xiàng)能力的全面培養(yǎng)，達(dá)到了培養(yǎng)目標(biāo)，每年都有學(xué)生主持或參加校級(jí)培育項(xiàng)目、廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新培育專項(xiàng)資金立項(xiàng)項(xiàng)目，不少學(xué)生研發(fā)了具體產(chǎn)品，積極參加課外科技活動(dòng)，有的獲得了國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)、申請(qǐng)專利或出版了專著，有的在省級(jí)以上期刊公開發(fā)表了論文，還有的學(xué)生利用在學(xué)校期間做的項(xiàng)目基礎(chǔ)，準(zhǔn)備創(chuàng)業(yè)。不同實(shí)驗(yàn)室、不同課程的實(shí)驗(yàn)雖然都有自身不同的特點(diǎn)，但在日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中仍可探尋出合適的教學(xué)手段，提高學(xué)生各項(xiàng)能力。

參考文獻(xiàn)：

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