《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教學(xué)中創(chuàng)新思維的建構(gòu)

李鋒 李長河

摘要：針對創(chuàng)新思維的要求，文章提出了《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)創(chuàng)新思維的思路和方法，即通過增加教學(xué)層次，拓展課程覆蓋面，傳授創(chuàng)新方法和改革教學(xué)考核方式來實(shí)現(xiàn)，同時要根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行反饋和修正，保證學(xué)生建立正確的創(chuàng)新思維模式。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)；教學(xué)；創(chuàng)新；建構(gòu)

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）52-0071-02

在當(dāng)前歷史背景下，科技創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)中國社會主義現(xiàn)代化的客觀要求，也是中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技發(fā)展的本質(zhì)要求。江澤民同志曾多次強(qiáng)調(diào)“無論從世界的發(fā)展變化還是從國內(nèi)改革和建設(shè)的要求看，我們都需要比以往任何時候都更加注意加速科技進(jìn)步，加強(qiáng)科技創(chuàng)新”，“面對世界經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的新形勢，我們必須在全國興起一個科技進(jìn)步和創(chuàng)新的高潮，必須堅(jiān)持創(chuàng)新、創(chuàng)新、再創(chuàng)新”[1]。國家主席習(xí)近平同志在看望全國政協(xié)十二屆一次會議代表時，進(jìn)一步提出了加強(qiáng)科技人才隊(duì)伍建設(shè)，變“要我創(chuàng)新”為“我要創(chuàng)新”，進(jìn)一步把主觀能動性放到了首位。作為中國社會培養(yǎng)機(jī)械專業(yè)科技人才的高校，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)是“我要創(chuàng)新”的基礎(chǔ)和必由之路。創(chuàng)新的核心內(nèi)容是每一個人自身運(yùn)用已有知識創(chuàng)造新知識的能力，是個體適應(yīng)周圍環(huán)境，結(jié)合創(chuàng)造的新知識和新思維并改造環(huán)境的能力。創(chuàng)新并不是無根之木，它有自身的基礎(chǔ)所在。工科專業(yè)的特點(diǎn)是實(shí)踐性較強(qiáng)，國外許多著名高校都圍繞創(chuàng)新來培養(yǎng)學(xué)生的能力。德國高等教育體系中，包含了大量創(chuàng)新實(shí)踐活動，學(xué)生除了完成課程學(xué)習(xí)中要求的實(shí)踐內(nèi)容，還要完成獨(dú)立于課程體系之外的六項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計任務(wù)和長達(dá)二十六周的實(shí)習(xí)工作，通過創(chuàng)新設(shè)計任務(wù)和有目的的實(shí)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生工程動手實(shí)踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力[2]。還有美國麻省理工學(xué)院等世界級名校，提出了“基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)”的工程教育改革，通過將構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)踐和運(yùn)作整合起來，達(dá)到培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的機(jī)械類專業(yè)人才的目標(biāo)[3]。國內(nèi)許多高校也采用不同方法以提高學(xué)生的實(shí)踐能力并取得了一定效果。胡宏佳等[4]通過開設(shè)綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法及成績評定辦法，同時采用推動實(shí)驗(yàn)室開放工作等方式，將創(chuàng)新思維植入整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，取得了良好的效果。陳波等[5]用機(jī)械設(shè)計課程群的方式，通過全面統(tǒng)籌規(guī)劃，將學(xué)生的綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作為改革的首要目標(biāo)。目前使用的《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》教材中主要圍繞著機(jī)構(gòu)組成和規(guī)律研究及機(jī)械零件設(shè)計的基本方法來論述，缺乏與工程實(shí)際問題的聯(lián)系。課程中也有大量實(shí)例，但是落腳點(diǎn)在解釋機(jī)構(gòu)或零件的原理上，無法滿足靈活運(yùn)用并創(chuàng)新發(fā)展的要求。這種教師滿堂灌的教學(xué)模式，對學(xué)生的教學(xué)效果并不理想。要想獲得良好的教學(xué)效果，必須改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，摒除只滿足于解釋機(jī)構(gòu)和零件的要求，引入學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，幫助學(xué)生建構(gòu)屬于自己的創(chuàng)新思維。下面結(jié)合課程授課內(nèi)容，探討一下幫助學(xué)生建構(gòu)創(chuàng)新思維的幾個方面的問題。

一、區(qū)分教學(xué)層次，拓展課程覆蓋面

以培養(yǎng)優(yōu)秀工科人才為目標(biāo)，改革現(xiàn)有的課程模式，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力。在教學(xué)準(zhǔn)備過程中，首先根據(jù)學(xué)生的具體情況制定三個層次的目標(biāo)，即理論基礎(chǔ)型、提高加強(qiáng)型和設(shè)計創(chuàng)新型。根據(jù)學(xué)生的不同學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)階段，采用不同的目標(biāo)層次，通過鼓勵和引導(dǎo)重點(diǎn)把學(xué)生引入設(shè)計創(chuàng)新型目標(biāo)中。同時在教學(xué)初應(yīng)該給學(xué)生明確教學(xué)中層次的劃分內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生向深層次學(xué)習(xí)的興趣，并根據(jù)學(xué)生的層次進(jìn)行相應(yīng)獎勵。為拓展課程覆蓋面，要將課程建立與工廠實(shí)踐相結(jié)合，建立實(shí)驗(yàn)室定期開放制度，拓展課程中包含的范圍，增加對學(xué)生進(jìn)入設(shè)計創(chuàng)新層次的支撐。通過把原來進(jìn)行的驗(yàn)證性實(shí)例變?yōu)閯?chuàng)新設(shè)計題目，將學(xué)生的積極性調(diào)動起來，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動手能力。教學(xué)中緊密結(jié)合機(jī)械相關(guān)課題項(xiàng)目的新技術(shù)、新方法和新理念，把工程前沿知識與課程教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系起來。比如可以圍繞產(chǎn)品設(shè)計，在學(xué)生思維中建立并明確機(jī)械設(shè)計課程體系的關(guān)系，將零碎分散的知識整合，讓學(xué)生知道如何才能將所學(xué)課程整合并應(yīng)用到創(chuàng)新設(shè)計中。

二、以創(chuàng)新方法為先導(dǎo)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

創(chuàng)新是產(chǎn)品設(shè)計特別是機(jī)械設(shè)計的支柱，創(chuàng)新原理和方法就是機(jī)械設(shè)計的靈魂。常見創(chuàng)新原理有綜合創(chuàng)新、分離創(chuàng)新、組合創(chuàng)新和移植創(chuàng)新等多種方法。創(chuàng)新設(shè)計技法則又包括智力激勵法、分析列舉法、聯(lián)想類比法和組成創(chuàng)新法等。這些創(chuàng)新原理和創(chuàng)新設(shè)計技法，在機(jī)械的相關(guān)課程中可以得到很好的應(yīng)用。在目前的大部分高校的工科課程體系中，缺少對于創(chuàng)新理論和方法的介紹。原來有的是最簡單的機(jī)械方案設(shè)計的內(nèi)容，內(nèi)容比較單薄且并沒有結(jié)合實(shí)例給學(xué)生以直觀印象，對現(xiàn)代機(jī)構(gòu)創(chuàng)新和優(yōu)化設(shè)計工具的講解也很少，與公司需要的產(chǎn)品設(shè)計有很大差距，需要引進(jìn)國外大學(xué)類似產(chǎn)品設(shè)計的課程進(jìn)行學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和完善，以達(dá)到促進(jìn)創(chuàng)新思維建立的目的。比如，可以增加TRIZ理論的講解，介紹技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)系統(tǒng)的演變規(guī)律，幫助學(xué)生跳出定式思維，培養(yǎng)發(fā)明精神和拓展發(fā)明思路。創(chuàng)新方法的傳授中還需要包括產(chǎn)品生命周期設(shè)計的內(nèi)容，這需要將創(chuàng)新設(shè)計與產(chǎn)品的生命周期相聯(lián)系，以期有效延長產(chǎn)品的生命周期。當(dāng)前國際關(guān)注的節(jié)能減排、綠色制造和碳排放等各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，通過創(chuàng)新設(shè)計能夠得到不同程度的解決，這些與日常生活息息相關(guān)的內(nèi)容都是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的優(yōu)良路徑。

三、教學(xué)考核方式的革新

教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的領(lǐng)路人，是學(xué)生前進(jìn)的指引者，教師要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和合作精神。教學(xué)中要不斷開展與學(xué)生的互動，營造熱情洋溢的課堂氣氛。這就需要改變原有的照本宣科的學(xué)習(xí)模式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入積極自由而又寬松活潑的學(xué)習(xí)氛圍中。增加自主創(chuàng)新設(shè)計項(xiàng)目、課題小組討論和自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)等主動學(xué)習(xí)模式，使學(xué)生在教師教課過程中不斷提出自己獨(dú)立的見解，同時，給教師提供完善自身教學(xué)的機(jī)會，減少學(xué)生對老師的敬畏感和距離感。考核中融入創(chuàng)新元素的部分，讓學(xué)生意識到創(chuàng)新對自身學(xué)習(xí)的重要性，把“我要創(chuàng)新”的教學(xué)目標(biāo)放在課堂教學(xué)的首要目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生熱愛創(chuàng)新并勇于創(chuàng)新的習(xí)慣。展示圖片、動畫和視頻等工程實(shí)例給學(xué)生以啟發(fā)和幫助，使其樹立突破原有的慣性思維，激發(fā)其學(xué)習(xí)機(jī)械課程的決心。創(chuàng)新思維的鍛煉中，自主實(shí)踐的考核是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維的很好方式。比如，在四桿機(jī)構(gòu)的學(xué)習(xí)中，作業(yè)可設(shè)計為讓學(xué)生自己根據(jù)課本內(nèi)容構(gòu)建教具進(jìn)行實(shí)踐活動，以獲得四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性參數(shù)，這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時培養(yǎng)了動手能力，激發(fā)了學(xué)生的好奇心，并且由于每個學(xué)生都有自己的理解，因此也增加了創(chuàng)造性的空間。

四、保持良好的反饋和修正，建構(gòu)創(chuàng)新思維

在認(rèn)知發(fā)展領(lǐng)域中，日內(nèi)瓦學(xué)派的皮亞杰認(rèn)為“兒童是在與周圍環(huán)境相互作用的過程中，逐步建構(gòu)起關(guān)于外部世界的知識，從而使自身認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到發(fā)展的?！苯?gòu)主義知識觀認(rèn)為，學(xué)習(xí)者對于知識的理解是由學(xué)習(xí)者自身基于自己的經(jīng)驗(yàn)背景而建構(gòu)起來的，知識是認(rèn)知主體的一個意義建構(gòu)的過程，只有相對的正確性[6]?！稒C(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程中概念和理論很多，學(xué)生建立這些理論和概念的過程本身就是一個建構(gòu)的過程。作為進(jìn)行教學(xué)工作的教師，要時刻意識到學(xué)生的生活背景、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和成長環(huán)境是不同的，這意味著每個學(xué)生對課程內(nèi)容的建構(gòu)形式和內(nèi)容是有差異的。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會出現(xiàn)新舊知識和經(jīng)驗(yàn)的雙向相互作用，這直接影響了對創(chuàng)新思維方式的建構(gòu)過程。為防止出現(xiàn)偏差有必要在學(xué)習(xí)過程中，通過各種方式進(jìn)行創(chuàng)新思維的檢驗(yàn)，對學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中對信息的選擇、加工和處理進(jìn)行干預(yù)，因此，對教學(xué)方法進(jìn)行調(diào)整或修改是很有必要的。建構(gòu)正確的創(chuàng)新思維將可以讓學(xué)生對當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容所反映的機(jī)構(gòu)的性質(zhì)、規(guī)律和其他機(jī)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系達(dá)到較為深刻的理解，學(xué)生能夠在機(jī)械零件內(nèi)容中將前面所學(xué)靈活應(yīng)用。因此，學(xué)生的創(chuàng)新思維的質(zhì)量并不取決于其記憶和背誦教師講授的內(nèi)容的能力，而是取決于學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)知識并創(chuàng)新知識的能力。

創(chuàng)新思維的建立是一個長期的過程，創(chuàng)新思維是工程技術(shù)不斷進(jìn)步的不竭動力。讓學(xué)生認(rèn)識創(chuàng)新，了解創(chuàng)新的基本方法和規(guī)律，掌握創(chuàng)新設(shè)計的精髓并應(yīng)用到今后的工作和學(xué)習(xí)中，是每個教師的責(zé)任所在。在《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》的教學(xué)中逐步提高創(chuàng)新思維培養(yǎng)的力度，對于提高學(xué)生素質(zhì)，增加學(xué)生的就業(yè)競爭力，是十分必要的。

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基金項(xiàng)目：青島理工大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（D2012-23）

作者簡介：李鋒（1982-），講師，主要從事機(jī)械設(shè)計等課程的教學(xué)和研究工作。