基于創(chuàng)新思維培養(yǎng)的機械優(yōu)化設計教學研究

劉菊蓉++王旭飛

摘 要 通過對機械優(yōu)化設計課程中教學內(nèi)容、課堂教學模式、實驗教學模式等的研究，闡述機械優(yōu)化設計課程在改革中對于學生創(chuàng)新思維及創(chuàng)新能力的開發(fā)與培養(yǎng)。

關鍵詞 機械優(yōu)化設計課程；創(chuàng)新思維；教學研究

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）22-0080-02

Teaching Research of Mechanical Optimization Design based on Cultivation of Innovative Thinking//LIU Jurong， WANG Xufei

Abstract Teaching content， classroom teaching mode， experimental teaching mode of the mechanical optimization design course is researched. In the reform of the mechanical optimization design courses the creative thinking and innovation ability of students is developed and trained.

Key words mechanical optimization design course； innovative thinking； teaching research

1 前言

在當前我國要發(fā)展成為創(chuàng)新型國家的背景下，激發(fā)國人的創(chuàng)新潛力勢在必行，而大力培養(yǎng)我國大學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力更是順應時代發(fā)展潮流的一項措施。對于大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應該表現(xiàn)在整個教育教學的方方面面，貫穿于大學生的整個學習過程之中。最有效的方法就是把學生所學習的課程與創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力培養(yǎng)結(jié)合起來，在課程的教學過程中給學生滲透創(chuàng)新的思想，把創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入學生的學習和生活當中。

對于機械類專業(yè)的專業(yè)基礎課機械優(yōu)化設計來說，它主要是將機械設計、優(yōu)化理論與計算機技術等相關內(nèi)容結(jié)合起來，并用以解決工程設計領域中的復雜問題的一門課程[1]?，F(xiàn)階段，機械優(yōu)化設計課程的教學一般表現(xiàn)為講授建立所求解問題的數(shù)學模型、選擇適當?shù)膬?yōu)化方法與上機編制相應程序[2-3]。由于機械優(yōu)化設計課程的特點，在本門課程的講授過程中，會涉及很多理論性較強的數(shù)學知識，以及程序設計相關的知識。這對于沒有具備將工程問題轉(zhuǎn)化成數(shù)學模型能力的學生來說，只是學習數(shù)學知識的理論推導，就會覺得該門課程枯燥、抽象、乏味[4]。而進行程序編制或只是使用軟件進行驗證，會導致學生不知道自己算的結(jié)果有什么用，甚至結(jié)果是對是錯都不清楚。有很多學生在學習機械優(yōu)化設計過程中，都會認為這門課程很難，學不會，學了好像也沒有什么用處。

那么在機械優(yōu)化設計這門課程的教學中想要打破學生的這種思維定式，達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的教學目的，一定要在整個教學工程中給學生灌輸創(chuàng)新思維模式，轉(zhuǎn)變教學的方式方法，讓學生能體會到本課程的作用。要知道，對于應用型的工科大學生來說，創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有時候要比某項技能培養(yǎng)更為重要，技能只是當前的謀生手段，而創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力則是今后工科大學生謀求職業(yè)發(fā)展的動力源泉。通過機械優(yōu)化設計課程教學研究，希望能達到培養(yǎng)學生根據(jù)現(xiàn)有條件發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力，以及應用新理論完成從設計思想到產(chǎn)品實現(xiàn)的創(chuàng)新能力。

2 機械優(yōu)化設計教學中創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

將機械優(yōu)化設計課程與創(chuàng)新思想結(jié)合在一起，是為適應我國創(chuàng)新型國家建設的需求，對培養(yǎng)應用型工科大學生的創(chuàng)新能力做的嘗試，具體的措施包括以下方面。

首先，對于機械優(yōu)化設計中最重要的一項內(nèi)容——建立數(shù)學模型，通過對同一個優(yōu)化問題列舉不同的數(shù)學模型并進行對比，讓學生不要只是關注問題中所表現(xiàn)出的表面現(xiàn)象，不要拘泥于使用已有的公式進行數(shù)學模型的建立；鼓勵學生拓寬思維模式，盡量使用最簡單的公式表達要滿足的目標，必要時要對原有的問題進行適當?shù)暮喕妥冃?，盡量做到復雜問題簡單化。這不僅是思考優(yōu)化模型如何建立，更是要把創(chuàng)新的思維模式添加進來，讓學生從不同角度考慮問題。如何將工程問題或者文字描述的事物表達成數(shù)學形式，這不僅是對于數(shù)學知識以及相關專業(yè)知識的掌握，更重要的是一種思維方式，是一種想法、一種能力。所以說機械優(yōu)化設計是想辦法建立一個既能真實反映問題本質(zhì)特征，又簡單、理想的數(shù)學模型。數(shù)學模型的建立過程是一個解決矛盾的過程，也是一個提高學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的過程。數(shù)學模型的建立是機械優(yōu)化設計中關鍵的一步，也是最困難的一步[5]。

其次，在實驗教學中一般都是用某種語言進行編程，采用這種實驗方式，如果程序沒有調(diào)試成功，就看不到任何運算結(jié)果，學生不知道所學優(yōu)化方法是否有效；甚至有的時候即使看到了運算結(jié)果，大部分學生也不知道結(jié)果有什么含義，運算結(jié)果到底對還是不對，運算結(jié)果錯誤或者沒有結(jié)果到底是程序有問題還是初始點選擇有問題，等等。這些情況的出現(xiàn)，會使學生對于課堂上教師所講的優(yōu)化方法到底能不能解決實際問題產(chǎn)生質(zhì)疑。

為此，在機械優(yōu)化設計課程的講授過程中，為了讓學生更形象地了解數(shù)值迭代法中迭代的含義，初始點選取對結(jié)果的影響，以及針對同一問題不同的優(yōu)化算法是否收斂，不同的優(yōu)化算法的應用領域等，可以使用Excel進行編程，在機械優(yōu)化設計課程中為學生演示不同算法的優(yōu)化過程。Excel不僅可以簡單方便地進行數(shù)學規(guī)劃問題的求解，而且可以將整個迭代過程顯示出來，當改變某一位置處的數(shù)值，就會引起相關其他位置結(jié)果的變動，不僅直觀，也便于學生對運算結(jié)果的理解[6]。另外，使用Excel進行編程演示一般不會受到多媒體設備上軟件安裝不全的影響。使用Excel進行編程演示，也從另一個方面開拓了學生的思維方式，讓學生體會到除了使用到某種具體的語言編程，還有其他的解決方案。這對于學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)有著重要的作用，利于學生發(fā)散思維模式的培養(yǎng)。endprint

再次，要讓學生深刻體會到，機械優(yōu)化設計所講的方法，不只是用于機械工程問題的求解，還可以具有更廣闊的應用領域。只要有優(yōu)化需求的地方，不論是生活中、學習中，還是其他領域，都可以使用優(yōu)化設計方法，優(yōu)化的過程實際是一個取舍的過程。可以讓學生試著應用優(yōu)化的方法，安排考研過程中各門課程的復習時間，或挑選參加課外科技活動中的團隊成員，等等。通過與自己切身相關的例子，學生更容易理解優(yōu)化的理念，更容易在腦海中形成創(chuàng)新思維模式。這樣做不僅是讓學生學習一門課程，而且是讓學生樹立優(yōu)化思維，認真觀察周圍環(huán)境，發(fā)現(xiàn)問題并想辦法利用現(xiàn)有的資源解決問題。

最后，講課過程中不要只講課本上的優(yōu)化方法，要在課堂上引入一些先進的優(yōu)化設計方法，讓學生對這些先進方法有一個感性上的了解。很多先進的優(yōu)化方法都是交叉學科的產(chǎn)物，讓學生通過了解這些先進的優(yōu)化方法，體會一下學科交叉所產(chǎn)生創(chuàng)新思維形式。

3 小結(jié)

總之，在機械優(yōu)化設計課程中不能只強調(diào)本課程的知識，應該鼓勵學生將本課程與創(chuàng)新思維相結(jié)合。比如在機械優(yōu)化設計課程中將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成無約束優(yōu)化問題進行求解，就體現(xiàn)出創(chuàng)新思想中將復雜問題簡單化的思維方式；同一個無約束優(yōu)化問題中搜索方向的不同得到不同的優(yōu)化方法，就體現(xiàn)出創(chuàng)新思想中發(fā)散的思維方式；等等。另外，鼓勵學生多觀察周圍事物，發(fā)現(xiàn)有需要改進的地方，應用優(yōu)化和創(chuàng)新的思維方式去思考和改進；鼓勵學生在課外實踐活動中用優(yōu)化和創(chuàng)新的理念解決實踐中所遇到的問題；鼓勵有獨特想法的學生對相關的設計申請專利保護。如此種種，將會在學生的潛意識中留下優(yōu)化和創(chuàng)新的痕跡，在走上工作崗位后有利于其對老產(chǎn)品的改進和對新產(chǎn)品的研發(fā)。

當然創(chuàng)新不是一句話的問題，優(yōu)化也不是一蹴而就的，通過這門課程的學習，只能起到激起學生創(chuàng)新的潛在意識，給學生提供了創(chuàng)新的思維方式，而不是說學了一門課就有了創(chuàng)新能力，還要學生在實際中不斷地應用創(chuàng)新和優(yōu)化的方法，才能逐步加強自身的創(chuàng)新能力?！?/p>

參考文獻

[1]蔣占四，王衍學，鄭偉光.面向工程能力培養(yǎng)的《機械優(yōu)化設計》課程理論及實驗教學研究[J].輕工科技，2015（2）：

154-155.

[2]林桂娟.《機械優(yōu)化設計》課程的項目驅(qū)動式教學方法探討[J].赤峰學院學報：自然科學版，2014（20）：256-257.

[3]馬良.基于CDIO理念的“教學—實踐”模塊構(gòu)造探析：以新疆工程學院機械優(yōu)化設計課程教學為例[J].化工高等教育，2014（5）：71-74.

[4]王靜，孟廣耀.關于《機械優(yōu)化設計》教學的實施與思考[J].教育教學論壇，2013（8）：212-213.

[5]馬如宇.《機械優(yōu)化設計》課程教學方法探討[J].教育教學論壇，2013（39）：98-99.

[6]王全福，張?zhí)炀?Microsoft Excel在機械優(yōu)化設計中的應用[J].山西機械，2002（2）：47-48.endprint