獨立學(xué)院機械設(shè)計課程設(shè)計中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力研究與實踐

彭三河，眭滿倉

（長江大學(xué)機械工程學(xué)院，湖北荊州434023長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北荊州434020）

創(chuàng)新能力是指在學(xué)習(xí)中有所發(fā)明、有所創(chuàng)造，能夠極大地發(fā)揮主觀能動性，主動地去改造環(huán)境，創(chuàng)造未來。黨的十五大報告指出：“創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不竭動力。一個沒有創(chuàng)新能力的民族難于屹立于世界之林?！保?］作為高等教育，更應(yīng)當(dāng)承擔(dān)起這個重要的責(zé)任?！稒C械設(shè)計》是獨立學(xué)院機械類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，一般在大學(xué)三年級第一學(xué)期開設(shè)，學(xué)完理論課后緊接著進行4周的課程設(shè)計，其教學(xué)目標(biāo)在于培養(yǎng)學(xué)生對一項設(shè)計的整體規(guī)劃能力，一定的設(shè)計能力、較強的團隊合作精神以及綜合的創(chuàng)新能力，能夠為接下來的畢業(yè)設(shè)計和將來實際設(shè)計工作提供一定的技術(shù)支持。但是，在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，如果單純依賴傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段，并不能獲得良好的教學(xué)效果，多數(shù)學(xué)生在學(xué)完這門課程以后，僅僅掌握了常用零件的一些計算，所學(xué)的知識不夠系統(tǒng)，難以實現(xiàn)該課程的教學(xué)目標(biāo)，更談不上對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為此筆者從課程設(shè)計題目選擇、教師指導(dǎo)方法、強化融入社會實際、強調(diào)計算機輔助設(shè)計等幾個方面進行了探索與實踐，以求最大限度的提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。

1 以興趣為先導(dǎo)，結(jié)合實際、科研和創(chuàng)新大賽選題

合理地選擇課程設(shè)計題目十分重要。以前，《機械設(shè)計》課程設(shè)計一直以傳統(tǒng)的普通減速器作為設(shè)計題目，每屆學(xué)生沿用，一個題目在被使用了幾十年以后，學(xué)生對它早已失去了新鮮感，而且與減速器設(shè)計有關(guān)的資料已是多如牛毛，學(xué)生在做課程設(shè)計的時候，在圖書館中可以找到許多相關(guān)資料，只要按著資料上的步驟，按部就班地做，就能輕松地完成設(shè)計任務(wù)［2］。因此，這個設(shè)計題目對學(xué)生來說沒有什么挑戰(zhàn)性。興趣是學(xué)習(xí)最好的老師，失去了興趣，再好的設(shè)計題目，學(xué)生也必然會采取敷衍了事的態(tài)度，這樣，學(xué)生在設(shè)計過程中解決問題的能力就得不到提高。為此，在近幾年的課程設(shè)計選題上，筆者進行了一些嘗試。

第一，參考其他院校引入一些新的題目。例如機械式無極變速器、齒輪連桿式步進機構(gòu)等。這些新題目無論是從設(shè)計量的要求、涉及零部件的類型、受力分析等諸多方面都與傳統(tǒng)的有級變速器較為接近，能夠滿足該教學(xué)環(huán)節(jié)的要求和目的。

第二，課程設(shè)計融入教師的科研項目。如2010年機械工程學(xué)院機械專業(yè)課程設(shè)計有8個題目與教師的科研項目掛鉤，占總題目數(shù)的7.5%。

第三，課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計掛鉤，從往屆畢業(yè)設(shè)計的題目中截選出合適的傳動裝置設(shè)計部分作為題目。例如畢業(yè)設(shè)計題目有抽油機設(shè)計、魚加工預(yù)處理機設(shè)計、繞線機設(shè)計、剝麻設(shè)計等，其傳動裝置部分都可以稍加修改拿來作為課程設(shè)計的題目。

第四，課程設(shè)計與機械創(chuàng)新大賽相結(jié)合，作為提高大學(xué)生創(chuàng)新能力的一個平臺。國家級和省級機械創(chuàng)新大賽對大學(xué)生很有吸引力，為了提高學(xué)生對課程設(shè)計的興趣，可以將大賽作為一種標(biāo)桿引導(dǎo)學(xué)生作好課程設(shè)計。由于每屆大賽都有一個設(shè)計主題，可以結(jié)合主題尋找一些題目作為課程設(shè)計題目，由于有了明確目標(biāo)，學(xué)生興致很高，投入精力很大，課程設(shè)計效果明顯，如機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學(xué)生有多人參加湖北省大學(xué)生機械創(chuàng)新大賽，有3項作品獲獎，獲獎作品均來自前期作過精心準(zhǔn)備的課程設(shè)計題目。

2 老師主導(dǎo)，學(xué)生主動，加強協(xié)作，突出能力培養(yǎng)

在課程設(shè)計中，只有充分發(fā)揮指導(dǎo)教師的主導(dǎo)作用，又同時調(diào)動學(xué)生的主動性，才有可能實現(xiàn)培養(yǎng)設(shè)計構(gòu)思和設(shè)計技能的目的。以往的課程設(shè)計以教授傳統(tǒng)的經(jīng)驗型手工設(shè)計為目的，學(xué)生總習(xí)慣于照搬指導(dǎo)書，一般是老師逐步講解，學(xué)生機械模仿，被動接受知識，設(shè)計訓(xùn)練效果不甚理想。在重擬了設(shè)計題目后，可以拋開設(shè)計指導(dǎo)書，只給學(xué)生以必要提示，并列出參考書目，鼓勵學(xué)生去查資料，培養(yǎng)他們對各種信息及數(shù)據(jù)的歸納整理能力［3］。每個題目由2～3名學(xué)生組成1個組來完成，設(shè)計方案由本組同學(xué)一起研究共同提出，由老師組織方案研討會，各組同學(xué)均參加，每組派一位代表宣講自己的設(shè)計方案，由老師和其他組同學(xué)對方案分析、質(zhì)疑和評論。這種相互交流，每組同學(xué)除了自己的課程設(shè)計之外，也可以了解其他題目設(shè)計方法和思路，拓展了同學(xué)們設(shè)計的知識面，也利于打開和改進自己的設(shè)計思路，最后由老師作出總結(jié)，給出指導(dǎo)性意見。在接下來的整個設(shè)計過程中，力求培養(yǎng)學(xué)生的團隊精神，要求每組學(xué)生分工明確，相互合作，共同完成設(shè)計任務(wù)。如在鋼筋彎箍機設(shè)計中，要求3個學(xué)生共同完成，1個學(xué)生主要完成送料部分設(shè)計，1個學(xué)生則完成鋼筋定位夾緊及彎頭部分設(shè)計，另一個學(xué)生完成自動控制部分設(shè)計，這3個學(xué)生的設(shè)計數(shù)據(jù)是一樣的，中間的連接部分和外部結(jié)構(gòu)需要2個人合作完成，最后將3個人的設(shè)計合并為一個整體。通過這樣的課程設(shè)計改革，學(xué)生自然會在設(shè)計的過程中體會到如何調(diào)整自己，相互交流，與其他人一起完成設(shè)計任務(wù)，從而達到培養(yǎng)協(xié)作設(shè)計能力和團隊精神的目的。在指導(dǎo)工程中，教師的主導(dǎo)作用應(yīng)該體現(xiàn)在善于引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生逐步學(xué)會思考、分析問題。如對學(xué)生在設(shè)計過程中提出的各種問題，教師不宜直接簡單做出答復(fù)，而應(yīng)根據(jù)情況處理。對于學(xué)生沒有認(rèn)真閱讀資料、沒有獨立思考的問題，就應(yīng)引導(dǎo)他們?nèi)㈤営嘘P(guān)設(shè)計資料和認(rèn)真思考，不讓他們一味依賴；有的則可采用質(zhì)疑的方式提出與之相關(guān)的問題，啟發(fā)學(xué)生逐步掌握分析問題和處理問題的方法；對于那些經(jīng)過認(rèn)真考慮并有一定看法但在設(shè)計中拿不準(zhǔn)的學(xué)生，則通過討論，肯定其正確部分，而對其錯誤或考慮不周之處則可在和他們共同分析、討論的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生作進一步思考，最后讓他們自己來解決問題。如有的學(xué)生在設(shè)計滾動軸承內(nèi)側(cè)的甩油環(huán)時，由于結(jié)構(gòu)和位置都不合理，不但起不到擋油的效果，而且還使得軸承也無法拆卸。這時，就可以提出為什么要設(shè)甩油環(huán)？如何甩油？軸承壞了如何拆下來等問題，引導(dǎo)他們思考。

3 加強動手實踐，強化創(chuàng)新能力培養(yǎng)

為提高學(xué)生學(xué)以致用及創(chuàng)新能力，盡量帶學(xué)生接觸實際，擴大學(xué)生眼界，積累和豐富創(chuàng)新設(shè)計知識與經(jīng)驗，如帶學(xué)生去機械廠看了裝配線上的機械手后，回來就讓學(xué)生設(shè)想它的設(shè)計是如何實現(xiàn)這些運動的，如果機械手不是抓金屬零件而是抓雞蛋，那么機械手的設(shè)計將要作些什么改進［4］。教師還建議學(xué)生參觀相關(guān)展覽，如機械博覽會、石油機械、醫(yī)療機械、包裝機械、農(nóng)業(yè)機械等行業(yè)機械展覽。鼓勵和支持學(xué)生參與一些工程設(shè)計，如長江大學(xué)機械工程學(xué)院07級有位學(xué)生，在學(xué)習(xí)機械設(shè)計課程期間，他在同學(xué)家長開辦的鋼構(gòu)廠參觀時，發(fā)現(xiàn)人工彎曲鋼筋速度慢，質(zhì)量也不易保證，他建議該家長開發(fā)一種相應(yīng)的鋼筋彎曲設(shè)備，并且告知該家長自己正在學(xué)習(xí)機械設(shè)計，可以試著設(shè)計，同學(xué)家長覺得這小伙子有志向，是學(xué)機械專業(yè)的，又有老師指導(dǎo)，欣然答應(yīng)了他的要求，并投資了研制經(jīng)費。這位同學(xué)進行了相關(guān)調(diào)研，收集了大量的相關(guān)資料，運用機械設(shè)計課程中所掌握的各種設(shè)計知識，在老師的指導(dǎo)下，畫出了設(shè)備的三維動畫，對傳動部分進行了創(chuàng)新設(shè)計，對主要零件進行了強度計算，繪制了裝配圖和零件圖，進行了零件加工工藝設(shè)計和制造，創(chuàng)新性地設(shè)計出了一臺全新的鋼筋彎曲機，該機現(xiàn)已在鋼構(gòu)廠投入生產(chǎn)，效果較好。

4 加強計算機的運用能力

隨著計算機應(yīng)用的迅速普及，CAD （計算機輔助設(shè)計）技術(shù)發(fā)展很快。特別是在機械設(shè)計領(lǐng)域，由于CAD技術(shù)具有計算速度快、計算準(zhǔn)確性高的特點，同時具有分析、判斷和邏輯推理能力，使得CAD技術(shù)在機械設(shè)計中從方案設(shè)計、運動學(xué)分析、強度、剛度計算到結(jié)構(gòu)設(shè)計、繪制零件工作圖和裝配圖等一系列設(shè)計過程中得到了廣泛的應(yīng)用。從而使機械設(shè)計的技術(shù)水平和設(shè)計質(zhì)量不僅有了很大的提高，而且大大減輕了設(shè)計人員的勞動強度。熟練掌握CAD技術(shù)已成為工科院校大學(xué)生必須具備的基本技能?；谝陨系脑颍瑥呐囵B(yǎng)學(xué)生CAD應(yīng)用能力出發(fā)，必須在 《機械設(shè)計》課程設(shè)計階段提供必要的CAD應(yīng)用訓(xùn)練，所以要求學(xué)生的設(shè)計圖紙必須用CAD軟件繪制。通過這樣的CAD應(yīng)用，學(xué)生就能夠在設(shè)計過程中把他們在前期的 “工程制圖”課程中學(xué)到的CAD知識加以鞏固深化，不知不覺地提高了他們的CAD應(yīng)用能力。計算機不但可以用于輔助繪圖，還可以用來輔助設(shè)計計算。針對學(xué)生的具體情況的不同，鼓勵一部分程序設(shè)計能力較強的學(xué)生，自己編制程序進行設(shè)計計算。機械設(shè)計中軸系零、部件的強度、壽命計算都比較復(fù)雜，比較適合于應(yīng)用計算機程序進行輔助計算。在設(shè)計過程中，學(xué)生首先提出自己的設(shè)計思路，比如，如何選擇各種設(shè)計參數(shù)、如何優(yōu)化設(shè)計參數(shù)、如何顯示設(shè)計結(jié)果等，然后再按照該思路編寫出相應(yīng)的程序。這樣可以使一部分計算機編程能力較強的同學(xué)得到更為全面的CAD應(yīng)用能力的鍛煉。

5 結(jié)語

在面向21世紀(jì)培養(yǎng) “能力型、素質(zhì)型”的應(yīng)用人才方面，《機械設(shè)計》課程設(shè)計是一個重要的環(huán)節(jié)。在這個環(huán)節(jié)中，要充分調(diào)動學(xué)生參與課程設(shè)計的積極性，改進課程設(shè)計教學(xué)指導(dǎo)方式，強調(diào)思考訓(xùn)練，培養(yǎng)整體設(shè)計意識和團隊協(xié)作創(chuàng)新意識，鍛煉計算機繪圖能力，加強動手實踐，強化創(chuàng)新能力培養(yǎng)，這樣才能改進和提高 《機械設(shè)計》課程設(shè)計的教學(xué)效果，使學(xué)生切實增強工程設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。

［1］李良軍，龍振宇.創(chuàng)新教育在機械設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)中的運用 ［J］.高等建筑教育，2003，（9）：102－104.

［2］郭 玲.機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計改革與實踐 ［J］.遼寧高職學(xué)報，2004，（6）：111－113.

［3］肖 猛.獨立學(xué)院機械專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的探討 ［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2008，（4）：119－121.

［4］劉向陽.獨立學(xué)院機械工程專業(yè)高級應(yīng)用型人才培養(yǎng)的探索與實踐 ［J］.科技信息，2008，（17）：71－73.

［5］王忠祥.加強CAD教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的計算機應(yīng)用能力 ［J］.中國輕工教育，1999，（4）：30－31.