機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)研究與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

林曉華 王賢民 馮勇

摘 要：為了深化教育改革，適應(yīng)新形勢(shì)下國(guó)家與社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型技術(shù)人才的需求，以機(jī)械設(shè)計(jì)課程教改為研究課題，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向，分析了當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)和課程設(shè)計(jì)中存在的問題，并針對(duì)這些問題提出了對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式的改革，具體是從課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和課程考核這四個(gè)方面探討機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)的改進(jìn)與創(chuàng)新。通過教學(xué)實(shí)踐，取得了較為滿意的效果，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的提升也有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì) 教學(xué)方法 教學(xué)改革 創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G 642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

機(jī)械設(shè)計(jì)傳授如何把理論技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)方法運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐， 因此這門課程具有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)性、多樣性和實(shí)踐性[1]。 在新形勢(shì)下，國(guó)家大力推進(jìn)創(chuàng)新型國(guó)家的建設(shè)，核心就是把自主創(chuàng)新能力作為發(fā)展的戰(zhàn)略基點(diǎn)，因此要求大學(xué)課程鼓勵(lì)和激發(fā)出學(xué)生的創(chuàng)造能動(dòng)性。 然而，目前高校學(xué)生普遍存在實(shí)踐動(dòng)手能力不強(qiáng)的問題，更遑論創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。 這就導(dǎo)致學(xué)生的能力與社會(huì)需求存在一定的斷層。究其原因，客觀上這門課程知識(shí)點(diǎn)多且散，人均實(shí)驗(yàn)設(shè)備少及實(shí)踐活動(dòng)有限，學(xué)生前期接觸實(shí)際工程的機(jī)會(huì)很少甚至沒有，這些都會(huì)給教學(xué)增添困難，因此需要通過良好的教學(xué)方式進(jìn)行克服[2]。然而目前傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題無法解決客觀的困難，束縛了學(xué)生綜合能力的發(fā)展。

1 傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

目前高校的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)普遍存在以下問題：

（1） 學(xué)生興趣不足，積極性、主動(dòng)性不強(qiáng)。由于機(jī)械設(shè)計(jì)課程綜合性很強(qiáng)，并且與實(shí)踐聯(lián)系緊密，對(duì)于從基礎(chǔ)課剛轉(zhuǎn)入到專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)的學(xué)生來說，這門課程內(nèi)容相對(duì)復(fù)雜、抽象，再加上學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，對(duì)知識(shí)點(diǎn)很難理解到位。這些問題導(dǎo)致學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程的興趣缺乏，學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性很難調(diào)動(dòng)起來。

（2） 學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力不強(qiáng)。相對(duì)于枯燥的課堂理論學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)比較感興趣，但由于有限的實(shí)驗(yàn)條件以及安全等因素的考慮，實(shí)驗(yàn)教學(xué)單位往往只能安排學(xué)生開展幾個(gè)有限的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并且多是在現(xiàn)成的模型上觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況或者測(cè)繪，學(xué)生的實(shí)際參與度其實(shí)并不高，更談不上讓學(xué)生參與設(shè)計(jì)或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力提高不大。

（3） 難以提高學(xué)生的創(chuàng)造能力。多年來，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目一直局限在二級(jí)圓柱/斜齒齒輪減速器的總體設(shè)計(jì)上，這個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)象能夠把機(jī)械設(shè)計(jì)課本中的帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸、軸承等大部分內(nèi)容都應(yīng)用進(jìn)去，可以說是對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程內(nèi)容的一次完整回顧與運(yùn)用。但人人都是一樣的題目，僅具體參數(shù)略有不同，設(shè)計(jì)思路與步驟都已成固定模式，嚴(yán)重影響學(xué)生的創(chuàng)造性，可想而知，課程設(shè)計(jì)的效果堪憂。

（4） 考核形式單一。機(jī)械設(shè)計(jì)考試一般采用閉卷形式，注重考查學(xué)生對(duì)通用零件的基本理論知識(shí)的掌握程度，而對(duì)工程實(shí)踐問題的設(shè)計(jì)與分析能力考核較少，無法反映學(xué)生的創(chuàng)新能力。課程設(shè)計(jì)雖然采用了一對(duì)一答辯的形式，但考核重點(diǎn)在圖紙上的錯(cuò)誤之處及對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的認(rèn)知程度上，而沒有對(duì)學(xué)生在設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新給予更多有針對(duì)性的指導(dǎo)，無法起到啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維的作用。

因此，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方法已經(jīng)無法完全滿足新時(shí)代下培養(yǎng)優(yōu)秀技術(shù)人才的教學(xué)需求，充分發(fā)揮高校的人才培養(yǎng)、知識(shí)傳承與創(chuàng)新和服務(wù)社會(huì)的職能。那么就需要教師改革現(xiàn)有教學(xué)方式和方法，嚴(yán)格掌控教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的質(zhì)量，不僅使學(xué)生掌握通用零件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，更是要重點(diǎn)培養(yǎng)其創(chuàng)新和實(shí)踐能力。

2 教學(xué)內(nèi)容與方式的改革創(chuàng)新

（1） 課堂教學(xué)創(chuàng)新

課堂教學(xué)是學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐的基礎(chǔ)，首先要從課堂教學(xué)入手引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性，那么就必須將創(chuàng)新意識(shí)融入課堂教學(xué)。

第一，教師需要改變以往采取的“滿堂灌”的教學(xué)方式，為了激發(fā)學(xué)生的活躍思維，應(yīng)當(dāng)采取靈活的講課方式與方法，能夠啟發(fā)學(xué)生的思想，特別是要給學(xué)生創(chuàng)造思考和學(xué)術(shù)討論的機(jī)會(huì)。比如，當(dāng)講授“齒輪傳動(dòng)”這一章內(nèi)容時(shí)，需要在上一節(jié)內(nèi)容快結(jié)束時(shí)，引出齒輪傳動(dòng)相關(guān)的實(shí)際問題；簡(jiǎn)單地介紹該齒輪傳動(dòng)的載荷及工況要求后，要求學(xué)生課后自行分析思考：宜選用何種齒輪傳動(dòng)形式，如何設(shè)計(jì)齒輪的具體參數(shù)等等。到下一節(jié)課，就先由幾個(gè)學(xué)生提出各自的設(shè)計(jì)方案，其他學(xué)生對(duì)他們的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，給出意見和建議，對(duì)方案進(jìn)行改進(jìn)和完善。集思廣益，在討論的基礎(chǔ)上確定出最為合適的設(shè)計(jì)方案。最后，由教師進(jìn)行歸納和總結(jié)。通過這種形式，可以活躍課堂氛圍，促使學(xué)生積極思考，課外也能自覺去查找資料、數(shù)據(jù)；此外，通過這種思考和討論，學(xué)生也能把之前所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用和鞏固，提高了其分析問題、解決問題的能力。

第二、課堂的講課內(nèi)容需要做調(diào)整，由于教材編寫、出版需要較長(zhǎng)的周期，導(dǎo)致教材內(nèi)容跟學(xué)科發(fā)展前沿的理論、技術(shù)存在滯后性。因此，為了開拓學(xué)生的視野，了解學(xué)科當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀，教師上課應(yīng)當(dāng)結(jié)合自己的科研課題或者查閱最新文獻(xiàn)作一定的選取和補(bǔ)充。實(shí)踐證明，這種啟發(fā)式創(chuàng)新教學(xué)，以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的形式能夠?qū)崿F(xiàn)師生的良好互動(dòng)，達(dá)到思維上的“共振”，進(jìn)而提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

（2） 實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)課堂教學(xué)的必要補(bǔ)充，不僅對(duì)理論知識(shí)起到驗(yàn)證作用，而且能夠提高學(xué)生的動(dòng)手能力。但長(zhǎng)期以來，機(jī)械設(shè)計(jì)有限的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)也只停留在演示、驗(yàn)證的階段，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)無太多益處。實(shí)驗(yàn)課中，往往是幾個(gè)學(xué)生一組圍著一臺(tái)設(shè)備按著既定的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中的一些現(xiàn)象和結(jié)果，學(xué)生很少會(huì)去思考為什么，這種被動(dòng)接受的情況顯然不利于開闊學(xué)生的創(chuàng)新思維。因此，有必要加大投入，增加實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)，爭(zhēng)取讓每個(gè)學(xué)生都能親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。另外，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)室采取開放管理的形式，比如對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)創(chuàng)意組合實(shí)驗(yàn)，可采用階段式全天開放，方便學(xué)生在規(guī)定時(shí)段內(nèi)隨時(shí)觀察、自學(xué)和實(shí)驗(yàn)。

至于實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒矫?，可以采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ酵摂M實(shí)驗(yàn)相結(jié)合進(jìn)行改革。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞菍W(xué)生通過操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器來完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在此過程中，學(xué)生往往對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏感性認(rèn)識(shí)，實(shí)際操作起來也往往諸多困難，以至于在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)無法很好的觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。而虛擬實(shí)驗(yàn)是在計(jì)算機(jī)上對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及其過程進(jìn)行模擬，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生是通過控制特定的課件來演示實(shí)驗(yàn)過程，可以幫助學(xué)生更好的理解實(shí)驗(yàn)原理和概念。并且，學(xué)生不僅可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，還可以通過拷貝軟件到個(gè)人電腦上實(shí)驗(yàn)或者聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行在線實(shí)驗(yàn)，這就使得實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間和空間的限制，不僅可以提高教學(xué)效果，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和學(xué)習(xí)能力。

（3） 課程設(shè)計(jì)創(chuàng)新

對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新改革，首先，設(shè)計(jì)題目要多樣，采用基本指定和學(xué)生自主選題相結(jié)合的方式。鼓勵(lì)學(xué)生選取與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密，并且自身對(duì)其已有一些感性認(rèn)識(shí)的系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在具體設(shè)計(jì)過程中，可以應(yīng)用變異設(shè)計(jì)和適應(yīng)設(shè)計(jì)的原理參照設(shè)計(jì)樣本進(jìn)行設(shè)計(jì)。其次，改革設(shè)計(jì)方法和手段。在設(shè)計(jì)中要融入現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念與方法，比如可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)，還要引入計(jì)算機(jī)技術(shù)手段[3]。目前，企業(yè)普遍采用輔助設(shè)計(jì)軟件Pro/E， UG， Ansys等[4]，比如采用UG對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模，接著采用ANSYS對(duì)建好的虛擬模型進(jìn)行CAE分析，然后根據(jù)分析結(jié)果不斷改進(jìn)模型，最后得到一個(gè)符合創(chuàng)新設(shè)計(jì)要求的虛擬模型。因此，研究者也鼓勵(lì)學(xué)生利用這些輔助設(shè)計(jì)、分析軟件進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。

（4） 課程考核創(chuàng)新

考試是教學(xué)評(píng)價(jià)的重要手段，也是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的一次綜合檢驗(yàn)，不管是對(duì)教師還是學(xué)生都具有非常重要的導(dǎo)向作用。研究者將考核分作考勤、作業(yè)、筆試和實(shí)驗(yàn)四部分，每個(gè)部分根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定所占比重?？记诓捎貌欢ㄆ诘男问?。作業(yè)分課內(nèi)作業(yè)和課外作業(yè)。課內(nèi)作業(yè)由教師隨堂布置，馬上上交，以避免學(xué)生抄襲，這樣可以更好的反映學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)情況。課外作業(yè)題目應(yīng)偏向設(shè)計(jì)型，一題多解，鼓勵(lì)學(xué)生自己去查閱資料、上網(wǎng)檢索、綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來解決問題，如此可以培養(yǎng)他們收集信息、整理歸納資料及分析處理信息的能力。筆試還是采取以往閉卷形式，筆試成績(jī)所占比重要縮小。實(shí)驗(yàn)成績(jī)則有實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的具體情況來定。通過這樣一個(gè)綜合的考核方式，能夠給予學(xué)生一個(gè)比較公平、科學(xué)、客觀的成績(jī)。

3 結(jié)語

實(shí)踐證明，通過對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)改革和學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與實(shí)踐，教學(xué)效果得到明顯的提升，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用各類相關(guān)知識(shí)、信息去分析和解決工程實(shí)踐問題的能力，同時(shí)學(xué)生的創(chuàng)新能力明顯增強(qiáng)。教學(xué)的改進(jìn)與創(chuàng)新能夠?yàn)榕囵B(yǎng)綜合型、創(chuàng)新型的機(jī)械設(shè)計(jì)人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著教育改革的不斷深化，圍繞國(guó)家和社會(huì)對(duì)新時(shí)代科技人才培養(yǎng)的要求，今后還將進(jìn)一步改革該課程的教學(xué)、考核方式，不斷提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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