基于協(xié)同創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《機(jī)械設(shè)計》課程設(shè)計改革初探

劉敬春，劉利國

（江南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

0 引言

機(jī)械設(shè)計是高等工科院校機(jī)械類專業(yè)及近機(jī)類專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課，具有基礎(chǔ)性、設(shè)計性、實踐性和綜合性等特點，是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識分析和解決工程實際問題能力、訓(xùn)練工程師的基本技能、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維和設(shè)計能力的重要課程。其課程設(shè)計環(huán)節(jié)對于學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有十分重要的作用。一方面，為了適應(yīng)新世紀(jì)科技發(fā)展和社會競爭對人才培養(yǎng)的要求，高等教育中必須加強(qiáng)對學(xué)生協(xié)同創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。以學(xué)生為主體，注重教學(xué)法研究，激發(fā)學(xué)生協(xié)同創(chuàng)新意識，不斷豐富教學(xué)改革成果，提高學(xué)生解決實際問題的能力。另一方面，提升創(chuàng)新能力的時代內(nèi)涵和重要意義早已超出單一主體、單一領(lǐng)域、單一行業(yè)的范疇，迫切需要突破自主創(chuàng)新的體制機(jī)制性障礙，推動社會各類創(chuàng)新力量的協(xié)同共進(jìn)，從而實現(xiàn)國家創(chuàng)新能力和競爭實力的根本提升[1]。高校與科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)開展協(xié)同創(chuàng)新，離不開協(xié)同創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。培養(yǎng)大學(xué)生協(xié)同創(chuàng)新能力對于實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新戰(zhàn)略、建設(shè)創(chuàng)新型國家具有重要意義。

1 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的現(xiàn)狀及存在的問題

針對機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生接受能力的實際和解決工程問題的能力，設(shè)計題目確定為帶式輸送機(jī)傳動裝置中的二級圓柱齒輪減速器設(shè)計，傳動系統(tǒng)的方案和設(shè)計參數(shù)，均由指導(dǎo)教師給予設(shè)定，學(xué)生按照課程設(shè)計指導(dǎo)書上的步驟，進(jìn)行相應(yīng)的計算和減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后繪制減速器的裝配圖、零件圖和編寫設(shè)計計算說明書；完成減速器裝配圖1 張，減速器零件圖2 張；時間安排在機(jī)械設(shè)計課程教學(xué)的下學(xué)期，集中2～4 周進(jìn)行[2]。課程設(shè)計對于第一次搞綜合設(shè)計的學(xué)生有很大幫助，對學(xué)生提高自身的系統(tǒng)學(xué)習(xí)能力，是一次很好的實踐機(jī)會。但機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計對先修課程的綜合知識的運用能力要求高，要求學(xué)生要能夠靈活運用以前學(xué)過的基礎(chǔ)知識。該課程在教學(xué)過程中存在以下幾方面問題：

1.1 學(xué)生對課程設(shè)計的重要性認(rèn)識不足

機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計在機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中占有重要的位置。這一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)好壞對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)機(jī)械工程師的基本設(shè)計素質(zhì)具有重要的影響。但在教學(xué)實施過程中，總有部分學(xué)生對這一環(huán)節(jié)的重要性認(rèn)識不足。不能以負(fù)責(zé)的態(tài)度對待課程設(shè)計。加上時間比較緊，他們對課程設(shè)計始終存在著應(yīng)付差事，走走過場的想法。對設(shè)計中出現(xiàn)的一些問題不是認(rèn)真思考，查找資料并加以妥善解決，而是掩蓋問題，敷衍了事，盲目模仿，甚至照搬照抄。這部分學(xué)生即使通過了課程設(shè)計，也只能收效甚微，達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)要求和課程設(shè)計目的。

1.2 學(xué)生普遍缺乏工程實際知識

學(xué)生普遍缺乏工程實際知識，對零部件的結(jié)構(gòu)、尺寸和裝配工藝認(rèn)識不足，尤其在機(jī)械傳動裝置方面的感性知識更少。在確定減速器整體及零件的結(jié)構(gòu)尺寸、工藝過程和精度要求等方面，只能比照書本與資料進(jìn)行模仿設(shè)計，很少或不能結(jié)合工程實際綜合考慮來進(jìn)行設(shè)計[3]。因此大多數(shù)學(xué)生的設(shè)計方案可以說純屬“理論型”，而無工程實際意義。在確定減速器及零件的主要尺寸時，注重理論計算結(jié)果，不能綜合考慮多方面的要求來最終確定。由于學(xué)生們對減速器的制造、安裝、調(diào)整、維護(hù)等工藝過程缺乏實際的感性知識，致使對大量的工藝問題缺乏認(rèn)真的考慮，不能把零件必須具備的良好工藝性要求貫穿于設(shè)計過程中。另外，還由于學(xué)生們對工廠現(xiàn)有的設(shè)備情況、加工手段及加工能力缺乏必要的感性知識，因此在設(shè)計中對零件的加工精度，裝配精度和技術(shù)條件等重要內(nèi)容提不出合理的要求。由此可見，工程實踐知識的缺乏，是制約機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計量提高的重要原因。

1.3 學(xué)生對先修課程的綜合應(yīng)用能力較差

學(xué)生對課程設(shè)計的先修課程（工程制圖、互換性與技術(shù)測量、工程力學(xué)等）掌握不好，綜合應(yīng)用能力比較差，尤其是工程制圖[4]。主要表現(xiàn)為：不能很好地應(yīng)用工程力學(xué)知識，對在復(fù)合外載荷作用下的軸及軸承進(jìn)行強(qiáng)度校核；不能正確應(yīng)用工程制圖基本知識繪制裝配圖和零件圖（裝配圖中的尺寸不會標(biāo)注、零件圖中尺寸公差和位置公差不知道怎樣確定，甚至基本的零件圖不會畫，不認(rèn)識粗糙度符號，標(biāo)題欄的位置及尺寸不知道，標(biāo)準(zhǔn)件簡化圖不會畫等）。

1.4 學(xué)生熟練運用設(shè)計資料（手冊、標(biāo)準(zhǔn)、圖冊）的能力比較差

學(xué)生對課程設(shè)計過程中的參考資料（手冊、標(biāo)準(zhǔn)、圖冊）利用不夠，綜合運用能力比較差。主要表現(xiàn)為：不能很好地根據(jù)手冊標(biāo)準(zhǔn)，選擇標(biāo)準(zhǔn)件；不能夠很好地根據(jù)手冊標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行公差配合的選擇；不能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識和手冊、標(biāo)準(zhǔn)中的知識協(xié)同利用起來，為課程設(shè)計服務(wù)。

1.5 學(xué)生之間協(xié)同合作的能力較差

課程設(shè)計由于時間緊張，工作量大，學(xué)生之間各自為戰(zhàn)，很少或沒有經(jīng)驗交流，缺乏協(xié)同合作意識[5]。因此，學(xué)生的創(chuàng)新才能很難真正地發(fā)揮出來。

2《機(jī)械設(shè)計》課程設(shè)計協(xié)同創(chuàng)新能力培養(yǎng)的改革措施

21 世紀(jì)的人才培養(yǎng)模式是：“低重心、寬口徑、重實踐、強(qiáng)能力”。為此我們必須更新教育思想和觀念，加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的改革和建設(shè)，著重培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)同創(chuàng)新能力。加強(qiáng)課程建設(shè)，主要從下面幾個方面著手：

2.1 課程設(shè)計與理論教學(xué)協(xié)同進(jìn)行

機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計是在機(jī)械設(shè)計課程理論和實驗教學(xué)完成后進(jìn)行的一個實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，其設(shè)計題目所要求的設(shè)計內(nèi)容涵蓋了機(jī)械設(shè)計課程中大部分內(nèi)容，因此在機(jī)械設(shè)計課程理論教學(xué)中，教師應(yīng)該把理論教學(xué)與課程設(shè)計緊密結(jié)合起來。

教師可根據(jù)以往指導(dǎo)機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)經(jīng)驗，把課程設(shè)計中容易出現(xiàn)的問題作為實際例子，比如理論計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、潤滑摩擦等問題，在理論教學(xué)中涉及到這些問題時，具有針對性地進(jìn)行講解和剖析，指出往屆學(xué)生在機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計中常犯的錯誤，當(dāng)遇到的是結(jié)構(gòu)性問題時，可實時讓學(xué)生在課堂中做相關(guān)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)設(shè)計作業(yè)題，培養(yǎng)學(xué)生動手能力。在機(jī)械設(shè)計課理論教學(xué)中，根據(jù)課程內(nèi)容的進(jìn)展情況和需要，把機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的題目和主要任務(wù)不同程度地介紹給學(xué)生。這樣既理論聯(lián)系了實際，獲得了較好的教學(xué)效果，又抓住時機(jī)培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生對課程設(shè)計有一些初步認(rèn)識和興趣，為高質(zhì)量完成課程設(shè)計教學(xué)工作奠定理論基礎(chǔ)。

2.2 工程實踐與理論學(xué)習(xí)的協(xié)同強(qiáng)化訓(xùn)練

針對現(xiàn)在學(xué)生工程實踐知識普遍貧乏的問題，借助于校工程實踐中心、校辦工廠等實習(xí)工廠，本課程設(shè)計過程中增加機(jī)器拆裝和虛擬樣機(jī)實體造型及裝配等環(huán)節(jié)。拆裝分析重點放在對機(jī)械系統(tǒng)的認(rèn)識和系統(tǒng)表述，先修課程中典型的零部件、機(jī)械系統(tǒng)中各零件的尺寸、公差與裝配關(guān)系的理解和再設(shè)計上。虛擬樣機(jī)實體造型可由各小組通過分工和協(xié)調(diào)合作，完成三維設(shè)計、加工工藝編制、數(shù)控加工編程、數(shù)控機(jī)床操作和零件裝配等工作。這一理論聯(lián)系實際的鍛煉不僅強(qiáng)化了他們的整機(jī)觀念，提高了綜合設(shè)計能力和動手能力，還培養(yǎng)了他們協(xié)同工作的能力和綜合素質(zhì)。

2.3 分組設(shè)計、分組考核，增強(qiáng)團(tuán)隊協(xié)作意識

鑒于學(xué)生之間各自為戰(zhàn)，很少或沒有經(jīng)驗交流，缺乏協(xié)同合作意識，機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的題目不宜過多，學(xué)生在進(jìn)行課程設(shè)計時，根據(jù)學(xué)生的興趣點和學(xué)生的專業(yè)特長，把學(xué)生分成若干個設(shè)計小組，鼓勵學(xué)生更加靈活、多樣的個性化設(shè)計方案，提倡運用計算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的優(yōu)勢，以及現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計方法與理論。不但使學(xué)生在課程設(shè)計中就接受了全面的訓(xùn)練，而且培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊精神和協(xié)作創(chuàng)新精神。

2.4 課程設(shè)計與大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽相結(jié)合

機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計與大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽相結(jié)合，作為提高大學(xué)生協(xié)同創(chuàng)新能力的一個新平臺，注重學(xué)生的后續(xù)培養(yǎng)[6]。機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的目標(biāo)之一即為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，但課程設(shè)計的時間畢竟有限，而學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一個持續(xù)、漫長的過程。課程設(shè)計之后，繼續(xù)引導(dǎo)有較強(qiáng)創(chuàng)新思維的學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新活動，將是一個更加重要的過程。

為提高學(xué)生對課程設(shè)計興趣，把大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽作為一個標(biāo)桿，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新潛能的開發(fā)。本著以學(xué)生為本，知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高、協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念和能力培養(yǎng)為核心的后續(xù)教育，有利于多樣化創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，滿足國家對社會緊缺的復(fù)合型拔尖創(chuàng)新人才和應(yīng)用人才的需要。

3 結(jié)束語

針對工科院校機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計存在的普遍問題，本文直面現(xiàn)實，勇于改革與探索，提出了基于協(xié)同創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的目標(biāo)，進(jìn)行了《機(jī)械設(shè)計》課程設(shè)計的教學(xué)改革與實踐。這一探索體現(xiàn)了一切從學(xué)生角度考慮，“以學(xué)生為本”的思想，使得機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提高。只有進(jìn)行符合學(xué)科發(fā)展規(guī)律的實踐探索，才能不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，更好地培養(yǎng)具有協(xié)同創(chuàng)新能力的機(jī)械設(shè)計人才。

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[5]王硯軍，李長春，王玉增.“機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計”的改革探索——基于CDIO 教育理念[J].中國電力教育，2011，23.

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