基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)計改革與實踐

于克強+楊松華+宋勝偉

[摘要]傳統(tǒng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)設(shè)計在很多方面已經(jīng)不能達到目前創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，在學(xué)校“創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”辦學(xué)理念的基礎(chǔ)上，采用傳統(tǒng)與培養(yǎng)創(chuàng)新能力相對比的方法對機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計進行改革。通過教學(xué)實踐表明，基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計相比較，可使學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、動手操作能力、分析解決問題的能力及創(chuàng)新能力得到很大提高。通過研究，可為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供理論基礎(chǔ)和可靠支撐，同時也可為機械相關(guān)課程的教學(xué)設(shè)計改革研究提供參考。

[關(guān)鍵詞]創(chuàng)新能力培養(yǎng)；機械設(shè)計基礎(chǔ)；教學(xué)設(shè)計

[中圖分類號]G642.0[文獻標(biāo)識碼]A[文章編號]10054634（2017）03008205

0引言

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》是工科高等院校中一門重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課[1]，是培養(yǎng)學(xué)生了解和掌握機械基礎(chǔ)知識、具備機械設(shè)計初步能力的重要課程，該課程對學(xué)生掌握機械多方面能力起到非常重要的作用，教學(xué)設(shè)計（即如何做到教師教好及學(xué)生學(xué)好）是該課程教學(xué)過程的關(guān)鍵，同時也是學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵。

目前高校機械設(shè)計基礎(chǔ)課程大多仍以傳統(tǒng)的灌輸式教育及理論教育為主，大多數(shù)學(xué)生只是死背理論知識，不能靈活運用，動手能力不強，缺少創(chuàng)新意識，難以滿足企業(yè)創(chuàng)新人才的要求， 不能適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟建設(shè)和工程技術(shù)發(fā)展的要求。創(chuàng)新是一個民族的靈魂，也是一個國家發(fā)展的內(nèi)在動力[2]。在21世紀(jì)科技革命迅猛發(fā)展、國際競爭日趨激烈的形勢下，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的跨世紀(jì)人才已成為我國高等教育十分緊迫和重要的任務(wù)[3]， 因此，很有必要對基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)設(shè)計進行研究與改革。

1基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)計的構(gòu)建傳統(tǒng)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計主要以教為中心，即以教師為中心，只強調(diào)教師的“教”而忽視學(xué)生的“學(xué)”，課程的教學(xué)設(shè)計都是圍繞如何教而展開，很少涉及如何促進學(xué)生自主地學(xué)、如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維及如何提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。按此理論設(shè)計的課堂教學(xué)，學(xué)生主動參與教學(xué)活動的機會少，大部分時間處于被動接受狀態(tài)，學(xué)生的主動性、積極性及創(chuàng)新性難以發(fā)揮，更不利于創(chuàng)造型人才的成長[4]。

基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)設(shè)計主要特點為：教學(xué)設(shè)計由以教為中心轉(zhuǎn)向為要同時兼顧教和學(xué)，突出創(chuàng)新性，并且教學(xué)設(shè)計應(yīng)用范圍由單一走向多樣化，理性設(shè)計轉(zhuǎn)向融理性和創(chuàng)造性為一體的設(shè)計。上述特點可簡單總結(jié)為：為什么學(xué)、學(xué)什么、怎么學(xué)、學(xué)得如何。基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)設(shè)計和該課程傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計的對比見表1。

1.1學(xué)生分析

為了選擇和組織學(xué)習(xí)內(nèi)容、闡明學(xué)習(xí)目標(biāo)、設(shè)計教學(xué)活動、選用合理的教學(xué)方法與教學(xué)媒體等教學(xué)外因條件，需要對學(xué)生特征進行分析，總結(jié)出學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣及學(xué)習(xí)起點。同時還要分析學(xué)生對感知到的刺激做出的反應(yīng)，要做到真正的“因材施教”，提高教學(xué)的針對性和創(chuàng)新性。

1.2教學(xué)目標(biāo)的分析與確定

教學(xué)目標(biāo)主要從創(chuàng)新性思維培養(yǎng)、能力培養(yǎng)以及學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)需要3個維度進行分析和確定，如圖1所示。

1） 創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。通過機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，進而提高創(chuàng)新能力。創(chuàng)新思維主要包括引發(fā)思維、發(fā)散思維、聯(lián)想思維、深化思維、升華思維及綜合式思維等。

2） 能力的培養(yǎng)。通過該課程的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生具有設(shè)計簡單機械系統(tǒng)、零部件的能力，對于機械工程問題建立模型、分析求解和論證的能力，在機械工程實踐中初步掌握并使用各種技術(shù)、技能和現(xiàn)代化工程工具的能力。

3） 學(xué)習(xí)需求分析。學(xué)習(xí)需求在教學(xué)設(shè)計中是一個特定的內(nèi)容，包括以下兩方面：（1）學(xué)生目前的學(xué)習(xí)狀況與期望值之間的差距，也就是學(xué)生目前水平與期望學(xué)習(xí)者達到的水平之間的差距，即（學(xué)習(xí)）期望達到的狀況—（學(xué)習(xí)）目前狀況 =（差距）學(xué)習(xí)需要；（2）根據(jù)學(xué)生所在專業(yè)對機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的要求，以及畢業(yè)設(shè)計和將來就業(yè)對機械設(shè)計相關(guān)知識的需求來制定學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

1.3教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

1） 案例教學(xué)。針對創(chuàng)新性能力培養(yǎng)的需要，在教學(xué)過程中應(yīng)引入教學(xué)案例。教學(xué)案例具有直觀性、典型性、系統(tǒng)性等特點[5]，利用生活中的實例、工程機械、常用機構(gòu)或典型機械中的零部件來啟發(fā)學(xué)生了解課程相關(guān)內(nèi)容，并導(dǎo)入本次課的內(nèi)容，在此過程中學(xué)生可以相互討論并主動提出問題，由此可促進學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

2） 主體教學(xué)內(nèi)容組成?；趧?chuàng)新能力培養(yǎng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容要與人才培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)[6]，教學(xué)內(nèi)容在滿足大綱要求的前提下，要充分體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。主體教學(xué)內(nèi)容設(shè)計主要包括教學(xué)方式、教學(xué)過程設(shè)計及創(chuàng)新思維培養(yǎng)等內(nèi)容。

3） 增加拓展知識。在講解課程授課計劃內(nèi)容后，還應(yīng)增加知識拓展內(nèi)容，即在學(xué)生學(xué)習(xí)完教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教師擴展一些與教材內(nèi)容相關(guān)且前沿的知識，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，開拓學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力和創(chuàng)新能力。

1.4教學(xué)策略

教學(xué)策略是對完成特定的教學(xué)目標(biāo)而采用的教學(xué)活動程序、教學(xué)方法、教學(xué)媒體和課外作業(yè)等因素的總體思考，它主要是解決教師“如何教”的問題。為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師必須主動構(gòu)思，并制定相應(yīng)的教學(xué)策略，并通過教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)策略主要包括以下內(nèi)容。

1） 教學(xué)方法。教學(xué)方法是教師和學(xué)生為了達到教學(xué)目標(biāo)，在教學(xué)原則的指導(dǎo)下借助教學(xué)手段而進行的師生相互作用的活動，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，除了采用傳統(tǒng)的講授法、發(fā)現(xiàn)教學(xué)法、合作學(xué)習(xí)法等教學(xué)方法外，突出采用演示法、實驗法、實習(xí)法等。

2） 教學(xué)媒體的設(shè)計。機械設(shè)計基礎(chǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式是“粉筆加黑板”，課堂上大量的教學(xué)時間都用在了書寫和畫圖上，真正有效的教學(xué)時間大打折扣，學(xué)生得不到足夠的視覺刺激，他們只能去想象，一些復(fù)雜的工程案例的圖片或是視頻則無法向?qū)W生展示，很難達到較好的教學(xué)效果。所以為了滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，且能達到理想的教學(xué)效果，需要開發(fā)適合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的多媒體課程課件進行教學(xué)。

3） 課外大作業(yè)。從國內(nèi)機械設(shè)計基礎(chǔ)的教學(xué)現(xiàn)狀來看，機械設(shè)計基礎(chǔ)的習(xí)題大多是常規(guī)課后習(xí)題，學(xué)生仍然是抄題、畫圖及計算這樣千篇一律的做作業(yè)形式，這從形式到內(nèi)容都不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?；谶@種情況，在原有作業(yè)形式的基礎(chǔ)上還應(yīng)該增加課外大作業(yè)以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。課外大作業(yè)是在講解完一部分后，根據(jù)課程內(nèi)容讓學(xué)生結(jié)合實際進行相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計。通過課外大作業(yè)的形式可以提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題的能力，對提高學(xué)生工程實踐能力起到很重要的推動作用。

1.5教學(xué)評價

當(dāng)前使用的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程成績考核的方法已沿用多年，主要是以考試為主，以學(xué)生考試分?jǐn)?shù)的高低評定學(xué)生的掌握程度，無法檢驗學(xué)生的實踐能力、動手能力和創(chuàng)新能力，所以這種考核方式已不能滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求。結(jié)合黑龍江科技大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程改革的開展情況，制定機械設(shè)計基礎(chǔ)課程新的考核方式：考核內(nèi)容主要包括平時討論成績、課堂作業(yè)成績、課外大作業(yè)成績、創(chuàng)新實踐成績、實驗成績及考試成績等6部分，每一部分的比重可根據(jù)實際教學(xué)情況和學(xué)生的掌握情況自行調(diào)整。通過這種考核方式既可改變以往考題分?jǐn)?shù)決定制的弊端，也可提高學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣和熱情，提升學(xué)生的工程實踐的能力和創(chuàng)新能力。

2基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)計的實踐 為驗證基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)計改革的效果，本文以第四章連桿機構(gòu)為例進行實踐教學(xué)。

2.1學(xué)生分析及教學(xué)目標(biāo)的確定

授課班級為焊接131班，共有30個學(xué)生，學(xué)生大多來自黑龍江省，所以學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣及學(xué)習(xí)起點基本一致。以連桿機構(gòu)中死點的應(yīng)用為例，為學(xué)生播放了飛機起落架的視頻，通過該教學(xué)視頻對學(xué)生進行學(xué)習(xí)反映測試，結(jié)果顯示，學(xué)生對來自新知識的刺激做出的反應(yīng)相似，全班95%以上的學(xué)生對連桿機構(gòu)內(nèi)容都有極大興趣，并顯示出對學(xué)習(xí)連桿機構(gòu)知識的渴望。

連桿機構(gòu)為焊接專業(yè)學(xué)生必須掌握的內(nèi)容，在該專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計及就業(yè)中都能起到一定作用。通過連桿機構(gòu)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在了解連桿機構(gòu)的基礎(chǔ)上，掌握連桿機構(gòu)的類型、特點及工作原理，并能運用相關(guān)知識進行連桿機構(gòu)的設(shè)計。同時，學(xué)生在消化現(xiàn)有知識的基礎(chǔ)上，能夠設(shè)計出新的機構(gòu)或組合機構(gòu)，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維。

2.2教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

在正式講課之前引入切貝謝夫四足步行機作為應(yīng)用案例進行教學(xué)，通過該案例讓學(xué)生對連桿機構(gòu)的應(yīng)用有大致了解，同時讓學(xué)生對本章內(nèi)容產(chǎn)生興趣，具體教學(xué)內(nèi)容設(shè)計見表2。

2.3教學(xué)策略

1） 教學(xué)方法。在講解連桿機構(gòu)內(nèi)容時，通過演示連桿機構(gòu)的小制作，讓學(xué)生產(chǎn)生興趣，加深對該章內(nèi)容的理解。同時安排本章試驗，在實驗室學(xué)生通過自己操作、測繪及重新組裝連桿機構(gòu)，鞏固課堂所學(xué)內(nèi)容。最后根據(jù)學(xué)校辦學(xué)條件，組織學(xué)生到學(xué)校實訓(xùn)創(chuàng)新基地進行創(chuàng)新實習(xí)，根據(jù)學(xué)生所學(xué)內(nèi)容并結(jié)合想象力制作出新的連桿機構(gòu)或組合機構(gòu)，圖2為學(xué)生制作的連桿和齒輪的組合機構(gòu)。

2） 教學(xué)媒體。課程應(yīng)用自主開發(fā)的機械設(shè)計基礎(chǔ)多媒體課件，該教學(xué)課件主要以authorware為開發(fā)平臺，結(jié)合巨星、格式工廠、flash以及photoshop等軟件，集文字、圖片、聲音、視頻動畫于一體，切合教學(xué)主題，搭配得當(dāng)。課件包含教學(xué)指導(dǎo)、教學(xué)素材、演示文稿、電子教案、答疑集錦、能力測試、強化訓(xùn)練及模擬試題8個模塊，課件主頁如圖3所示。圖4為講授本章內(nèi)容時課件中程序控制的連桿機構(gòu)類型變化圖。

該課件已經(jīng)在教學(xué)中運用了兩學(xué)期，效果良好。適用該課件的專業(yè)和學(xué)生很多，在學(xué)校每學(xué)期使用本課件的非機械專業(yè)學(xué)生有近350人，由于課件有大量的案例、圖片和視頻，所以大大調(diào)動了學(xué)生的興趣和積極性。此外，大量的自測題和模擬題的使用，大大提高了學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握程度，最后考試成績也得到了普遍的提高。

3） 課外大作業(yè)。根據(jù)本章內(nèi)容，大作業(yè)的題目為“結(jié)合工程實際設(shè)計一個連桿機構(gòu)的組合機構(gòu)”。焊接13-1班共30人，將其分為5組，然后每組選一名組長來負(fù)責(zé)任務(wù)細(xì)化，掌控進度，保證能按時將作業(yè)完成。完成任務(wù)后可分組對所設(shè)計內(nèi)容進行討論，然后每組選一位代表向全班學(xué)生講解該組所設(shè)計的內(nèi)容，最后教師做出總結(jié)。通過課外大作業(yè)，提高了學(xué)生們的協(xié)作能力，同時提升了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力及創(chuàng)新能力。

通過教學(xué)實踐表明，基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)設(shè)計與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計相比較，在很多方面都得到了提高，具體見表3。

3結(jié)束語

本文基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)，以拓寬知識為基礎(chǔ)、以培養(yǎng)能力為主線，以提高素質(zhì)為前提，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力為核心，充分利用學(xué)?，F(xiàn)有的機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)研究成果、實驗條件和辦學(xué)條件進行教學(xué)設(shè)計研究與改革，并通過教學(xué)實踐充分顯示本研究取得一定效果，其中機械設(shè)計基礎(chǔ)多媒體課件獲得黑龍江省多媒體課件大賽一等獎。同時由于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高，期末考試成績平均為85分，較上一屆高出近10分，學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力和動手操作能力得到了提高，就業(yè)方面也取得很好的效果，和以前相比，就業(yè)于世界500強單位的學(xué)生人數(shù)翻了一倍，為學(xué)校被評為“全國就業(yè)50強高?！弊龀隽素暙I。

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AbstractInstructional design of traditional machinery design foundation course has been unable to reach the current innovative talents training target requirements in many respects，based on the school′s cultivate innovative talents theory on school management，In view of teaching design of machinery design foundation adopt the method of tradition and develop innovation ability compared to reform of instructional design of the course. At the same time carries on the teaching practice，through teaching practice shows that the teaching design of machinery design foundation based on the cultivation of innovative ability can make the students′ Learning results，hands-on ability，the ability of analysizing and solving the problem and novation ability is greatly improved than traditional teaching design.This paper provides the theoretical basis and reliable support for the cultivation of innovative talents，while providing a reference for the study of teaching reform of mechanical design related courses.

Keywordsinnovation ability training；Machinery Design Foundation；teaching design