談“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

呂 宏，劉大力，楊春梅

(東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱150040)

創(chuàng)新是人類(lèi)進(jìn)步的原動(dòng)力，是社會(huì)發(fā)展的源泉，也是培養(yǎng)和造就科技人才的重要途徑［1］。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是機(jī)械類(lèi)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，也是一門(mén)設(shè)計(jì)性、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。本課程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力起到十分重要的作用［2］。但目前由于多種原因使本課程的一些實(shí)踐環(huán)節(jié)不能充分發(fā)揮其作用，例如:實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)減少、經(jīng)費(fèi)投入不足、實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)不能滿(mǎn)足學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)時(shí)間難以保證以及達(dá)不到預(yù)期效果等等。這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了學(xué)生掌握本課程要領(lǐng)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為此筆者做了一些初步改革與探索，并收到較好的教學(xué)效果。

1 重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中的重要組成部分，是學(xué)生獲得工程實(shí)踐知識(shí)的重要手段。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生可了解實(shí)驗(yàn)的基本原理和基本方法，了解各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用和調(diào)試、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，通過(guò)這些基本技能的訓(xùn)練，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)和動(dòng)手能力，而且為專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［3］。同時(shí)也啟迪了學(xué)生創(chuàng)新思維、激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)造潛能。

但傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)試驗(yàn)多為演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)少，影響了學(xué)習(xí)積極性。由于缺乏研究性和創(chuàng)造性，對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新能力十分不利。為此我們?cè)趯?shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法上進(jìn)行了改革，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由傳統(tǒng)的“單一型”向“綜合型”轉(zhuǎn)變，實(shí)驗(yàn)方法上由傳統(tǒng)的“示范型”、 “驗(yàn)證型”向“開(kāi)發(fā)型”、“設(shè)計(jì)型”轉(zhuǎn)變。淘汰一些過(guò)時(shí)陳舊的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，保留了經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如，“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖繪制”實(shí)驗(yàn)是機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中的保留項(xiàng)目。因?yàn)橥ㄟ^(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以全面地認(rèn)識(shí)機(jī)器及機(jī)構(gòu)組成，學(xué)會(huì)如何把實(shí)物機(jī)器和機(jī)構(gòu)抽象出幾何模型，并繪出其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，從而表達(dá)出機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，為今后研究機(jī)構(gòu)及機(jī)器奠定基礎(chǔ)。在做此實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們除了讓學(xué)生觀看傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和零部件陳列柜外，還補(bǔ)充了一些與現(xiàn)實(shí)生活和實(shí)際生產(chǎn)有關(guān)的新型機(jī)構(gòu)、典型模型和實(shí)物，學(xué)生可以通過(guò)動(dòng)手裝拆機(jī)構(gòu)和機(jī)器，加以直觀地認(rèn)識(shí)。例如購(gòu)置一些機(jī)械玩具，讓學(xué)生來(lái)操作玩耍這些玩具并拆開(kāi)玩具進(jìn)行分析研究，明確某一個(gè)動(dòng)作通過(guò)什么機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)、怎樣實(shí)現(xiàn)，并繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)械玩具的趣味性，大大增加了學(xué)生的興趣，使學(xué)習(xí)更加主動(dòng)。在學(xué)生學(xué)完一些典型機(jī)構(gòu)后，教師把這個(gè)實(shí)驗(yàn)向綜合性創(chuàng)新性方面延伸拓展。形成綜合性設(shè)計(jì)性較強(qiáng)的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，準(zhǔn)備不同長(zhǎng)度的軸、桿和滑塊等構(gòu)件及動(dòng)力源讓學(xué)生展開(kāi)探索，自己動(dòng)腦思考、動(dòng)手設(shè)計(jì)，組裝成各種形式、各種功能的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在組裝這些機(jī)構(gòu)的過(guò)程中加深對(duì)課堂知識(shí)的理解，如曲柄存在條件、急回特性和四桿機(jī)構(gòu)的其它特性等。因?yàn)闄C(jī)械原理主要研究的是機(jī)構(gòu)，研究實(shí)質(zhì)是方案設(shè)計(jì)，正確的選擇和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)方案是整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，而方案設(shè)計(jì)又是創(chuàng)新的最主要環(huán)節(jié)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)激發(fā)了學(xué)生認(rèn)識(shí)機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的熱情，很多學(xué)生做了多套方案，進(jìn)行了多種搭接組合，從而更加熟悉了學(xué)習(xí)內(nèi)容，積累了一些機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，為課外創(chuàng)新活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力打下基礎(chǔ)。

在機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方面，購(gòu)置了機(jī)械傳動(dòng)綜合試驗(yàn)工作臺(tái)，讓學(xué)生自己構(gòu)思，自己設(shè)計(jì)傳動(dòng)部分，把學(xué)過(guò)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等傳動(dòng)裝置和四桿機(jī)構(gòu)及凸輪機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)組合出相應(yīng)的機(jī)械系統(tǒng)，并進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試，觀察其運(yùn)動(dòng)情況，然后進(jìn)行綜合比較，分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案。這樣不僅鍛煉了動(dòng)手能力，同時(shí)也把各章節(jié)學(xué)過(guò)的知識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。

另外，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中按照培養(yǎng)目標(biāo)的要求，對(duì)于原有實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)不足的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加了臺(tái)套數(shù)，更新了儀器和設(shè)備，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，盡可能做到人人都能動(dòng)手操作，扭轉(zhuǎn)了以前少數(shù)學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，多數(shù)學(xué)生在旁觀看的局面，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。并按照學(xué)生的愿望，積極創(chuàng)造條件，使機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的各個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)茉谡n余時(shí)間向?qū)W生開(kāi)放。

2 重視課程設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的的重要組成部分，也是機(jī)械類(lèi)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生第一次綜合以前所學(xué)知識(shí)，解決工程實(shí)際問(wèn)題的訓(xùn)練。此時(shí)課堂教學(xué)的那種教師講、學(xué)生聽(tīng)的教學(xué)模式被改變，取而代之的是學(xué)生要獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)［4］。設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生是設(shè)計(jì)者，教師是指導(dǎo)者或幫助者，學(xué)生習(xí)慣的被動(dòng)學(xué)習(xí)方式消失了。對(duì)于設(shè)計(jì)中遇到的各種問(wèn)題，學(xué)生必須通過(guò)自己分析，與同學(xué)討論，向教師請(qǐng)教以及查閱有關(guān)資料等方式來(lái)解決，從而使教學(xué)以教師為中心轉(zhuǎn)變到以學(xué)生為中心，對(duì)學(xué)生能從各種渠道獲取知識(shí)是一次有效的鍛煉。

但以往課程設(shè)計(jì)都集中在課程設(shè)計(jì)專(zhuān)用周中完成，課程設(shè)計(jì)題目一般是帶式運(yùn)輸機(jī)，主要設(shè)計(jì)傳動(dòng)部分，要求學(xué)生完成的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有:運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算 (選電機(jī))、傳動(dòng)件設(shè)計(jì) (帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng));軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核;軸承、鍵和聯(lián)軸器的選擇及校核;減速器箱體和附件的設(shè)計(jì)等等，畫(huà)圖方面要求學(xué)生繪制一張減速器的裝配圖 (0號(hào)圖)、兩張零件圖 (傳動(dòng)零件和軸)。由于設(shè)計(jì)內(nèi)容較多，畫(huà)圖量較大，設(shè)計(jì)周又不停課，加上此時(shí)又處于期末復(fù)習(xí)考試階段，學(xué)生的精力不能全部放在課程設(shè)計(jì)上，使得一些學(xué)生設(shè)計(jì)任務(wù)不明確，設(shè)計(jì)思路不清晰，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程稀里糊涂，有個(gè)別學(xué)生只是抄張圖交差了事，課程設(shè)計(jì)效果大打折扣。而目前授課過(guò)程中，將課程設(shè)計(jì)中的一些內(nèi)容如帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軸承的選擇等設(shè)計(jì)內(nèi)容在講授機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中作為相應(yīng)章節(jié)的作業(yè)來(lái)布置，穿插在整個(gè)理論教學(xué)過(guò)程中，使得理論教學(xué)和課程設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，與工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生在理論教學(xué)過(guò)程中通過(guò)實(shí)例真正熟悉了機(jī)器的組成，熟悉了原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和工作機(jī)之間的功率、效率等關(guān)系，對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)器有了整體的概念。又使得學(xué)生在課程設(shè)計(jì)專(zhuān)用周能集中精力進(jìn)行減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整體設(shè)計(jì)。當(dāng)理論教學(xué)結(jié)束時(shí)，課程設(shè)計(jì)部分中的設(shè)計(jì)計(jì)算部分也相繼完成。在設(shè)計(jì)周正式畫(huà)圖前，要求學(xué)生對(duì)各部分計(jì)算理清思路，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臋z查和調(diào)整，以便于繪圖。這樣處理后，使學(xué)生在設(shè)計(jì)周，有充分時(shí)間應(yīng)用以前所學(xué)的知識(shí)來(lái)解決減速器中軸與軸上零件的安裝和固定、軸承的潤(rùn)滑、密封和間隙調(diào)整、減速器箱體以及附件等問(wèn)題，把以前學(xué)過(guò)的有關(guān)材料、熱處理、公差和制造工藝等問(wèn)題應(yīng)用到減速器設(shè)計(jì)中。

另外由于學(xué)生的知識(shí)接受能力不同，因此掌握知識(shí)水平上出現(xiàn)了不同的層次，如果課程設(shè)計(jì)題目完全相同的話(huà)，必然造成成績(jī)好的學(xué)生不能夠完全發(fā)揮自己的水平，所以對(duì)知識(shí)掌握較好或者有創(chuàng)造能力的學(xué)生，可以分級(jí)命題，做到物盡其用，人盡其才［5］。充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造積極性，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

應(yīng)該特別指出的是，在設(shè)計(jì)周集中設(shè)計(jì)之前，讓學(xué)生對(duì)減速器裝置進(jìn)行安裝和拆卸是非常必要的，可以使學(xué)生熟悉減速器裝置的基本構(gòu)造，各個(gè)零部件之間的連接特點(diǎn)、布置形式和空間位置關(guān)系等［6］。并重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，許多參數(shù)不可能完全由計(jì)算決定，而是要借助畫(huà)圖及考慮多方面因素初選或初估等手段來(lái)確定。同時(shí)告訴學(xué)生設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵照邊畫(huà)圖、邊計(jì)算和邊修改，交叉進(jìn)行的“三邊原則”，讓學(xué)生有反復(fù)修改的心理準(zhǔn)備。只有這樣，才能更加熟悉設(shè)計(jì)過(guò)程，熟能生巧，為將來(lái)創(chuàng)新機(jī)械打下基礎(chǔ)。

3 重視課外創(chuàng)新活動(dòng)

為培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，在重視課堂教學(xué)質(zhì)量，上好每一堂課的同時(shí)，利用課余時(shí)間，將本課程的課堂教學(xué)內(nèi)容擴(kuò)展到課堂以外，建立第二課堂［7］。在教室非常緊張的條件下，學(xué)院建立了幾個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，滿(mǎn)足創(chuàng)新活動(dòng)的開(kāi)展。鼓勵(lì)廣大學(xué)生積極參加校級(jí)、省級(jí)和國(guó)家級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽，積極參加課外科技活動(dòng)。在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，幫助學(xué)生建立科學(xué)的思維方式和完整的現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)理念，營(yíng)造科技創(chuàng)新氛圍，注重學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)以及學(xué)生的優(yōu)良個(gè)性發(fā)展。教師積極承擔(dān)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的指導(dǎo)工作，為科技創(chuàng)新奠基了理論基礎(chǔ)。許多學(xué)生的科技成果的雛形就是來(lái)自這門(mén)課的引導(dǎo)課題，到目前為止，很多學(xué)生在全省和全國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大賽中獲獎(jiǎng)。由于學(xué)生在參與機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽中理論知識(shí)、動(dòng)手能力及創(chuàng)新思維都得到了鍛煉和提升，使得這些學(xué)生在就業(yè)時(shí)得到用人單位的認(rèn)可，有了更廣闊的發(fā)展空間。

總之以上這些改革各有側(cè)重又相互聯(lián)系，圍繞著實(shí)踐性環(huán)節(jié)組成一個(gè)不可分割的整體，在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)中，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力起到積極的作用。

［1］呂 宏，馬 巖.淺談機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［J］.機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2010(5):162 －163.

［2］胡玲鳳.工業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005(12):8－9.

［3］朱維兵，蔡長(zhǎng)韜，陳衛(wèi)澤.機(jī)械基礎(chǔ)系列課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.高等教育研究(成都)，2007，23(1):55 －56.

［4］王紅閣.《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革探究［J］.長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)理工卷，2009，6(4):336 －337.

［5］杜 韌，高振玲.機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革與創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)研究［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［6］薛 偉，辛 穎，侯衛(wèi)萍.基于持色專(zhuān)業(yè)的森林工程人才質(zhì)量培養(yǎng)體系的研究［J］.森林工程，2011，27(5):87 －89.

［7］王 玉.“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的研究與實(shí)踐［J］.教育與職業(yè)，2010(12):103－104.