基于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新力的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革初探

劉艷華

【摘 要】《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是機(jī)械工程專業(yè)一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。結(jié)合這門課的特點(diǎn)，針對(duì)教學(xué)現(xiàn)狀不足之處，提出了理論教學(xué)多樣性、實(shí)踐教學(xué)比重增加、改進(jìn)課程設(shè)計(jì)、鼓勵(lì)參加機(jī)械大賽等思路和改革措施，對(duì)后續(xù)教學(xué)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；創(chuàng)新能力；實(shí)踐教學(xué)；理論教學(xué)

0 引言

在“中國制造2025”規(guī)劃中，明確提出我國要從“制造大國”轉(zhuǎn)變成“制造強(qiáng)國”。其基本方針是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，堅(jiān)持把創(chuàng)新擺在制造業(yè)發(fā)展全局的核心位置。而這需要大量具有國際認(rèn)可的高級(jí)工程技術(shù)人才和創(chuàng)新研發(fā)型高端人才。所以，對(duì)機(jī)械工程專業(yè)而言，要求培養(yǎng)學(xué)生不僅熟練掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，還要工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。這也是我系加入2014年高?！白吭焦こ處煛闭J(rèn)證的培養(yǎng)目標(biāo)。

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)包括了機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)兩門課，它綜合了前期已所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)如工程材料、互換性與測(cè)量技術(shù)、材料力學(xué)等等，把過去孤立的一門門課串聯(lián)起來，用它去解決工程中實(shí)際問題。它是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和現(xiàn)代技術(shù)裝備創(chuàng)新的基礎(chǔ)，是技術(shù)創(chuàng)新的核心。所以，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)，如何采取更好方式方法，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力是值得研究的課題。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程開設(shè)在第四學(xué)期，共有3大部分，分別為理論教學(xué)102學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)8學(xué)時(shí)及課程設(shè)計(jì)機(jī)械原理1周、機(jī)械設(shè)計(jì)2周。教師理論教學(xué)占去大部分課時(shí)，實(shí)踐教學(xué)太少，重視理論而輕視實(shí)踐。課堂講解使學(xué)生對(duì)機(jī)械原理部分解僅限制于四桿、凸輪、齒輪等機(jī)構(gòu)或它們的組合，見到的是課本機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，缺乏感性認(rèn)識(shí)，只憑概念去理解知識(shí)點(diǎn)。不能將所學(xué)知識(shí)點(diǎn)與工程實(shí)際聯(lián)系起來，更不會(huì)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。再者，機(jī)械設(shè)計(jì)部分各章獨(dú)立而少用綜合性強(qiáng)的理論章節(jié)，學(xué)生感覺知識(shí)點(diǎn)散、多、空洞，理解特困難，學(xué)習(xí)一段時(shí)間就失去興趣了。興趣是創(chuàng)新的源動(dòng)力，缺少動(dòng)力何來創(chuàng)新激情。

課程設(shè)計(jì)題目單一，機(jī)設(shè)常年用“二級(jí)減速箱設(shè)計(jì)”為題目。由于該題目經(jīng)多年發(fā)展已成熟，與其配套的指導(dǎo)書和相關(guān)資料較多，設(shè)計(jì)思路和模式已成標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生不用太多思考，翻翻書，就可照搬模仿設(shè)計(jì)。這就不能培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。加之，課程設(shè)計(jì)安排在期末考試前兩周或一周，學(xué)生要準(zhǔn)備考試，本來設(shè)計(jì)時(shí)間就不夠，為了趕進(jìn)度，學(xué)生往往應(yīng)付了事，分析問題，解決問題能力得不到鍛煉。

2 “機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程的改革與創(chuàng)新

針對(duì)在課程教授中存在的問題，為了培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力，提出了以下改革措施。

2.1 理論教學(xué)采用多種教學(xué)方法，聯(lián)系工程實(shí)際，激發(fā)學(xué)生興趣

課堂教學(xué)形式要生動(dòng)，采用啟發(fā)式、討論式、開放式等教學(xué)方法，鼓勵(lì)學(xué)生利用書本知識(shí)來分析現(xiàn)實(shí)世界。如在講授四桿機(jī)構(gòu)這一部分，注意引入機(jī)構(gòu)在工程中的應(yīng)用如“垃圾車鉤臂裝置，挖掘機(jī)的反鏟裝置，汽車雨刮器，公交車車門機(jī)構(gòu)等”，講述它們?nèi)绾卫盟臈U機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其功能，并且對(duì)比講解不同機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)，極位夾角、急回特性、壓力角和死點(diǎn)位置對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響，使大家感受機(jī)構(gòu)運(yùn)用到工程實(shí)際的奧妙，書本中原先一個(gè)個(gè)枯燥的參數(shù)變得生動(dòng)靈活起來，不再只是個(gè)符號(hào)和數(shù)字，對(duì)后續(xù)的綜合機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)選型打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在教學(xué)中，可適當(dāng)加入綜合性討論題目。例如在設(shè)計(jì)汽車變速箱機(jī)構(gòu)中，可由學(xué)生自己設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案，再組織小組討論和現(xiàn)場(chǎng)發(fā)言，各抒己見，通過方案對(duì)比優(yōu)劣，得出合理的最優(yōu)方案。

同時(shí)，適當(dāng)補(bǔ)充并引入創(chuàng)新設(shè)計(jì)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法、基本方案構(gòu)思、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)等科學(xué)前沿與工程應(yīng)用緊密知識(shí)。因?yàn)閱沃恢v傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)與現(xiàn)實(shí)有一定差距?？梢栽跈C(jī)械原理教學(xué)中，適當(dāng)引入對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)仿真分析；在受力計(jì)算與校核中，引入有限元分析。把理論教學(xué)和實(shí)際機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)發(fā)展結(jié)合起來，提高對(duì)這門課的理解。

2.2 實(shí)踐教學(xué)比重增加，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、工程能力和創(chuàng)新思維

實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)是要有相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室，且實(shí)驗(yàn)室“開放式”管理，鼓勵(lì)學(xué)生積極利用實(shí)驗(yàn)室，鍛煉動(dòng)手能力。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)要循序漸進(jìn)，可分為3個(gè)層次——認(rèn)識(shí)訓(xùn)練、分析訓(xùn)練和創(chuàng)新設(shè)計(jì)訓(xùn)練。

首先，認(rèn)識(shí)訓(xùn)練。讓學(xué)生通過參觀機(jī)械實(shí)物（如機(jī)械陳列柜、二級(jí)減速箱）和動(dòng)手拆裝機(jī)器（如自行車）積極了解認(rèn)識(shí)機(jī)械，配合理論教學(xué)進(jìn)度，在教學(xué)課間時(shí)間，有針對(duì)性的給學(xué)生播放“我愛發(fā)明欄目”，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)機(jī)械，激發(fā)創(chuàng)新熱情。同時(shí)，開展驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)如四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等，讓學(xué)生直觀明白機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、性質(zhì)。

然后，分析訓(xùn)練。在認(rèn)識(shí)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上，根據(jù)所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)并制作機(jī)構(gòu)模型，加深對(duì)課堂知識(shí)理解運(yùn)用。開始，對(duì)機(jī)構(gòu)組成方式特點(diǎn)不太熟悉，可先根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，完成各種機(jī)構(gòu)搭建。如針對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的汽車門、雨刮器，軸系搭建的齒輪傳動(dòng)、間歇傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)，對(duì)慧魚模型的搭建如挖掘機(jī)、坦克、起重機(jī)等。讓學(xué)生熟悉機(jī)械結(jié)構(gòu)、組成和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化，鍛煉動(dòng)手能力，分析問題能力。

最后，創(chuàng)新設(shè)計(jì)訓(xùn)練。創(chuàng)新設(shè)計(jì)目標(biāo)是對(duì)所要求機(jī)械的功能改進(jìn)，對(duì)現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備的完善，或者根據(jù)預(yù)期功能創(chuàng)造發(fā)明新機(jī)械，并且要求機(jī)械產(chǎn)品有良好的經(jīng)濟(jì)效益。這需要設(shè)計(jì)者突破原有思維模式，重新組織已有知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)等，提出新的方案?！跋氲絼e人沒有想到的觀念”?？捎山處熖岢鲆?，對(duì)指定的幾種機(jī)構(gòu)改進(jìn)。要學(xué)生在分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)新的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，傳動(dòng)方式，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，出圖紙。例如，對(duì)機(jī)械手的分析和改進(jìn)，學(xué)生們提出了16種方案，令人眼界大開。再利用實(shí)驗(yàn)室，把各自設(shè)計(jì)的方案帶進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，通過實(shí)際搭建驗(yàn)證機(jī)構(gòu)合理性和可行性。再進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)，形成一個(gè)良性反復(fù)過程。不僅學(xué)生動(dòng)手能力得到鍛煉，解決問題能力也得到鍛煉，激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新熱情。

2.3 豐富課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，加強(qiáng)設(shè)計(jì)中的過程控制，提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力

為開拓學(xué)生思維，應(yīng)增加課程設(shè)計(jì)題目的多樣性和新穎性。不能僅是傳統(tǒng)的“二級(jí)減速箱設(shè)計(jì)”，可擬定一些學(xué)生感興趣、又能結(jié)合工程實(shí)際的題目。可借鑒各種“機(jī)械設(shè)計(jì)大賽”的題目，如無碳小車、休閑娛樂機(jī)械、家用機(jī)械等。這些題目更符合工程實(shí)際情況，又能調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，讓學(xué)生了解和參與競(jìng)賽中，將理論知識(shí)用來解決實(shí)際問題。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，教師指導(dǎo)學(xué)生們定期交流討論，負(fù)責(zé)解決遇到的問題，檢查學(xué)生完成進(jìn)度。設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，采取答辯形式匯報(bào)其成果。老師通過學(xué)生設(shè)計(jì)說明書、圖紙、現(xiàn)場(chǎng)回答問題，得出課程設(shè)計(jì)成績(jī)。加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)過程控制，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和綜合設(shè)計(jì)能力。

2.4 鼓勵(lì)學(xué)生參加全國各種“機(jī)械設(shè)計(jì)大賽”

參加“機(jī)械設(shè)計(jì)大賽”。首先，要求學(xué)生根據(jù)大賽題目進(jìn)行查閱大量相關(guān)資料，了解題目是否有人做過或存在的問題，培養(yǎng)學(xué)生快速而準(zhǔn)確的獲取信息能力。接著，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，方案對(duì)比，討論，選擇最優(yōu)方案。這階段是大腦智慧的碰撞，創(chuàng)新思維的展現(xiàn)。最后，實(shí)物制作，學(xué)生自行財(cái)務(wù)預(yù)算，采購，機(jī)械加工及裝配調(diào)試。鍛煉工程能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

3 結(jié)論

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是機(jī)械工程專業(yè)十分重要的課程，為了培養(yǎng)創(chuàng)新人才，對(duì)它的教學(xué)改革勢(shì)在必行。既要理論教學(xué)多樣性、生動(dòng)，又要增加實(shí)踐環(huán)節(jié)。在各種實(shí)訓(xùn)中，增強(qiáng)工程能力，建立創(chuàng)新思維。

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[責(zé)任編輯：鄧麗麗]