以機械創新設計大賽為導向的大學生創新實踐能力培養

張聚濤，張 鏑

以機械創新設計大賽為導向的大學生創新實踐能力培養

張聚濤，張 鏑

（唐山學院教務處，河北 唐山 063000）

機械創新設計大賽是機械類專業培養學生創新能力、工程實踐能力和團隊協作能力的學科競賽。針對當前應用型高校學生創新實踐能力較差的問題，論文分析了當前大學生實踐能力培養中存在的問題，通過理論教學、實踐教學改革和制度保障，提出構建以機械創新設計大賽為導向的教學體系，調動了學生主動學習的興趣，通過參賽作品的制作，一定程度上培養和提高了機械專業大學生的創新能力和實踐能力，對培養工科類學生的創新實踐能力有一定的借鑒意義。

學科競賽；教學體系；創新能力；實踐能力；培養

引言

教育部將培養學生創新精神和解決問題的實踐能力明確列入《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》中；應用型高校側重培養應用、解決實際問題的應用型人才，2014年應用型高校被列入教育“十三五”規劃，成為國家教育改革的重要戰略。

機械類專業是研究和解決機械工程實際的設計、加工制造、運行管理、運行維護等問題，目前應用型高校的機械類教育與實際工程脫節嚴重，學生的理論知識不能與工程實際緊密結合，而學生實創新踐能力的培養，某些客觀原因導致學生的創新實踐能力較差，機械創新設計大賽不僅可以提高學生的創新實踐能力，還可以提高學生的綜合能力[1]。

1 大學生創新實踐能力培養中存在的問題

雖然一些地方本科院校正在向應用型高校轉變，但實踐教學知識點多、知識面廣、投入經費多，在實際的教學過程中還是以傳統的教學方式教學，理論為主、實踐為輔，注重課堂教學、注重理論公式的應用，未和工程實際相結合，實踐教學還是一個薄弱環節，學生在針對某個實際的機械部件進行設計、制造時，解決實際問題的能力有所欠缺[2]。

以機械創新設計大賽為例，一些學生設計的作品很出色，但在實際加工制造過程中有較多的問題和漏洞，其主要原因在于目前學生實踐能力的培養還是以傳統的實驗、實習、實訓、畢業設計為主，教學模式單一，對大學生實踐創新能力的培養大多停留在表層，對實踐能力和創新能力的培養力度不夠[3]。

1.1 重理論輕實驗

實驗課程依附理論課程，實驗學時少，實驗內容是理論課的幾個知識點，實驗內容與生產實際脫節嚴重，實驗教學多以演示和驗證實驗為主，實驗的過程和步驟都在實驗指導書中有明確的規定，對學生實踐創新能力的培養有一定的局限性。

1.2 實驗項目孤立

當前機械專業所開設的實驗，幾乎都是某一門理論課所開設的實驗，各個實驗獨立進行，缺乏綜合性、設計性實驗項目，導致實驗項目在學科甚至課程之間沒有交叉，學生不能把所學的知識系統地應用起來，難以培養學生的創新能力。

1.3 實踐教學內容落后

相對于科學技術的發展，實踐教學內容落后于生產實際，課程設計題目陳舊，畢業設計題目更新速度慢，聯系生產實際的題目較少。

1.4 實習不夠深入

當前學生的實習多在企業中，實習形式以認識實習、專業實習、畢業實習為主，一些客觀原因導致校企合作深度不夠，實習內容大打折扣，并不能達到實踐教學要求，學生的實習不能深入到企業的生產過程中，在實習過程中不能深入分析問題、解決問題，實習成果多以實習報告為主，通過實習培養學生解決問題的能力沒有得到鍛煉，通過實習沒有達到對學生實踐創新能力的提升。

1.5 教師實踐能力欠缺

目前機械專業的中青年教師大多是碩士或博士研究生畢業后直接進入學校，從一個校門進入另一個校門，這些教師雖然具有較高的理論知識和科研能力，但缺乏工程實踐經驗，授課還是以理論知識為主，實踐教學能力有所欠缺。

2 教學改革

機械創新設計大賽是培養學生的綜合設計能力和協作精神，強化學生動手能力與工程實踐能力，通過創新設計產品去解決實際問題，以探索式、研討式的方式將理論應用于實踐操作，拓寬了實踐內容，提升了學生的創新實踐能力，改變了傳統的教學模式，構建以機械創新設計大賽為導向的教學體系，有助于提升大學生的實踐能力和創新能力[4]。

2.1 把機械創新設計大賽融入教學體系

以學生的實踐創新能力為導向，把機械創新設計大賽的作品內容融入到專業課程教學中，對教學內容和教學方法進行改革，建立專業課程和機械創新設計大賽的互通教學模式。

2.1.1理論教學改革

機械創新設計大賽把學生所學的力學、機械制圖、機械原理、機械設計、機械制造、公差配合、工程材料、單片機、電工電子、自動控制等內容與大賽作品所需的理論知識結合了起來，學生經過不斷的討論和計算，既鞏固了所學的知識又加深了對知識的理解，促進了各門課程知識的融合，因此教師可以將大賽的成果和參賽要求，貫穿于課程體系，不斷更新教學內容，使教學內容更加貼近實際。

教師通過分析歷屆競賽的優秀作品，把其中的知識點寫進《機械原理》《機械設計》《機械制造》等課程的教案中，在教學過程中作為范例結合理論知識進行講解，加深了對專業知識的理解。

例如第八屆機械創新設計大賽，其主題之一是解決城市小區中家庭用車停車難問題的小型停車機械裝置的設計與制作（圖1），如圖1所示的車庫模型，在對其結構設計中，要進行受荷計算，會加深學生對構件的壓、彎、剪及其復合受力狀態的理解；其旋轉裝置由電機和一對齒輪組成，需要根據工況條件確定總功率來選擇電機和齒輪傳動的設計計算等，雖然參賽作品是一個模型產品，與真實產品還有一定的差距，但其制作的過程與機械產品的研發過程相似，學生需掌握真實的設計方法和加工工藝，其知識結構用到了創新能力、基礎知識、專業知識，提高了學生的實踐創新能力。

圖1 車庫模型

2.1.2實踐教學改革

實踐教學是對理論知識的應用，傳統實踐教學模式教條、內容死板，限制了學生的創新實踐能力，機械創新設計大賽需要學生對所設計的產品自行實驗、加工，培養了學生的創新實踐能力[5]。

實驗室開放方面：傳統的實驗室開放所做的實驗多是實驗室限定的實驗，學生的積極性不高，興趣不濃厚，而參加競賽的學生走進實驗室處于主動地位，通過查閱相關資料，自行設計實驗項目方案，選擇相關實驗器件，操作實驗設備，分析和解決實驗過程中出現的問題，提高了學生的動手能力和解決實際問題的能力。例如我校3D打印實驗室的開放，參賽學生把上圖中的零件用3D打印加工出來進行裝配驗證，既改變了學生對加工方法的認識，又掌握了先進的制造技術，不僅促進了實驗教學質量，還提高了儀器使用效率[6]。

課程設計方面：改變傳統的課程設計方法，讓學生成為課程設計的主導者，從被動學習變成主動探索。以機械創設計課程設計為例，設計題目多為經典的齒輪減速器設計，設計內容為機械裝置、傳動裝置、零件圖等，設計原始材料都由指導教師提供，一定程度上限制了學生的創新力，把學科競賽與課程設計相結合，教師通過分析機械創新設計大賽的作品要求，通過組隊的形式進行分組，讓課程設計更貼近實際更有創新性，把傳統的集中在1～2周的課程設計模式延續到一個學期當中，讓課程設計和競賽同步進行，指導老師進行追蹤指導，讓學生有足夠的時間去思考去創新，不僅激發學生的學習興趣，還鍛煉了團隊的配合能力，提高了解決實際問題的能力。

在第八屆機械創新設計大賽中，我校學生設計的《梳齒式立體車庫》（圖2）獲得了國家級二等獎，設計內容包括車庫主體、升降裝置和旋轉裝置、靜載車板、活動載車板組成；車庫主體：由橫梁和立柱組成，主要起支撐作用；旋轉裝置：由電機和一對齒輪組成，主要用來帶動升降結構的旋轉；升降裝置：主要是滑動絲杠組成，一方面可以有效控制速度，使載車板能夠在安全的速度范圍內升降，另一方面可以利用其自鎖功能來保證升降的安全；靜載車板：采用梳齒結構，用來泊車；活動載車板：采用梳齒結構，用來傳送車輛。通過競賽，學生不僅掌握了機械設計所有相關的知識點，還熟悉了機械設備的實際設計過程。

1—車庫主體；2—旋轉裝置；3—升降裝置；4—靜載車板；5—活動載車板。

實習方面：針對實習中存在的問題，對金工實習內容進行調整，不再以一個錘子作為金工實習的最終作品，結合機械創新設計大賽，在老師的指導下，讓參賽的一組學生分別加工其參賽作品的零部件，把機械產品從設計到生產實際結合起來，不僅發揮了學生的主觀能動性，還提高了學生的設計能力和工程實際能力[7]。

下圖所示為《梳齒式立體車庫》中旋轉裝置中一個大齒輪的設計圖（圖3），在老師的指導下，學生對該齒輪進行加工，通過實際加工，掌握了齒輪從齒坯的選材、粗加工到車、插齒半精加工、熱處理、最后對輪齒精加工的加工過程，掌握了車床、插齒機、磨齒機等機床的使用，對齒輪從設計到生產的整個生產周期有了全面、深入的了解，將專業知識運用到實際生產中，一定程度上達到了生產實習、專業實習的效果。

圖3 齒輪設計圖

通過把機械創新設計大賽融入到教學過程中，優化了教學內容，提高了學生的學習興趣，讓學生對基礎知識、專業知識的掌握更牢固，培養了學生的實踐創新能力，熟悉了機械產品設計的流程。

3 保障機制

將學科競賽與教學相融合，培養學生的創新實踐能力，提高學生學習的主動性和綜合能力，要有一套制度保障。

3.1 基礎保障

基礎保障包括指導教師隊伍建設和實驗室建設，指導老師也是競賽的參與者，要想把學科競賽做好，指導教師的付出很大程度上決定了學科競賽的質量，因此每一項競賽配備3～8名由不同職稱、不同年齡的指導教師，對競賽命題進行分析、講解，制定參賽計劃，為學生答疑解惑；建立創新實驗室，制定相關制度，學生只要提前預約，就可以到實驗室做相關實驗，為學科競賽的開展提供有力保障，達到以賽促學、以賽促教的效果。

3.2 制度保障

為鼓勵學生和教師的參賽，要有相關的制度保障，以我校為例，出臺了《唐山學院第二課堂競賽管理辦法》《唐山學院學科競賽、職業資格及大學生創新創業訓練計劃項目成果學分置換管理辦法》《唐山學院教學業績量化賦分辦法》等，對參賽獲獎的學生給予一定獎金，同時也作為評定三好學生和獎學金的重要指標，對于指導教師除給予獎金外，還是職稱評定、職稱晉級、評優評先的加分項目。

3.3 經費保障

根據參賽通知，各院系從教學經費中列出專項經費用于競賽，指導老師負責經費的使用和管理，經費報銷由指導老師按財務制度執行，經費用途為：發表期刊論文的審稿費、版面費、專利鑒定費、作品展示、學術交流調研費，購買實驗耗材、小型元器件、樣品測試、作品制作和參賽等費用，做到專款專用，保障學科競賽的正常進行。

4 結束語

從提升學生實踐創新能力的角度而言，把高質量、綜合性的學科競賽融入到教學過程中，使學生作品的設計加工從社會需求出發，分析作品的經濟性、可靠性、制造可行性、運行平穩性等過程是提高學生創新實踐能力的一個有效途徑。

[1] 劉曉軍,張曉玲,徐寧,等.“課賽訓結合”的應用技術型高校大學生創新實踐能力培養模式研究[J].內燃機與配件,2019 (10):241-243.

[2] 沙莉.機械創新設計大賽引領下教學模式改革探討[J].現代商貿工業,2017(10):174-175.

[3] 歐陽玉平,王天玉,游立,等.機械設計創新競賽對機械類課程體系改革的促進作用——以華東交通大學為例[J].教育教學論壇,2020(53):169-171.

[4] 馬雪亭,丁羽,周嶺.基于機械創新設計大賽的“機械設計”教學實踐[J].農業技術與裝備,2021(01):117-118.

[5] 蔣東霖,邵麗穎,丁頌.以學科競賽為導向的應用型高校機械工程專業實踐教學體系研究[J].長春師范大學學報,2020,39 (02):146-150.

[6] 王純,趙棟,孟開元,等.芻議以學科競賽為導向的實驗室開放所面臨的困境與實踐——以西安石油大學為例[J].科技與創新,2019(24):38-39.

[7] 唐皓,張籽林,唐果寧.基于金工實習課程“主題”和“內容”的教改之探討——以全國大學生機械創新設計大賽為例[J].當代教育理論與實踐,2019,11(02):67-72.

Cultivation of College Students' Innovative Practical Ability Guided by Mechanical Innovative Design Competition

ZHANG Jutao, ZHANG Di

( Academic Affairs Office of Tangshan University, Hebei Tangshan 063000 )

Mechanical innovation design competition is a discipline competition for mechanical majors to cultivate students' innovation ability, engineering practice ability and teamwork spirit. At present, the innovation and practice ability of college students is poor, by analyzing the problems existing in the current cultivation of college students' practical ability, reform the theory teaching, reform the practice teaching and establish the system safeguard, this paper puts forward the construction of a competition- oriented teaching system, in which students' interests in active learning will be aroused, and the innovation ability together with teamwork sprit will be improved, and it can be used for reference for engineering students to cultivate their ability of innovation and practice.

Discipline competition; Teaching system; Innovation ability; Practical ability; CultivationCLC NO.:G642.0

A

1671-7988(2022)01-169-05

G642.0

A

1671-7988(2022)01-169-05

張聚濤（1980—），男，實驗師，碩士研究生，就職于唐山學院教務處，從事機械工程教學與科研工作。基金項目：河北省高等教育教學改革研究與實踐項目：基于學科競賽的工科類學生創新實踐能力研究——以機械創新設計大賽為例（項目編號：2019GJ552），主持人：張聚濤。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.001.038