培養(yǎng)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計能力的教學(xué)方法探析

宋井玲+夏連明+孫霞

摘要：“自動機(jī)械設(shè)計”課程是機(jī)械設(shè)計類本科的專業(yè)課，對機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起著重要的作用。本文從該課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、考核方式的多樣化、課程設(shè)計等方面探討培養(yǎng)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計能力的教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)械;創(chuàng)新設(shè)計能力;教學(xué);培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）24-0160-02

一、引言

“自動機(jī)械設(shè)計”課程是機(jī)械設(shè)計類本科的專業(yè)課，為了加強(qiáng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計綜合能力的培養(yǎng)，我校2003年開始作為機(jī)械設(shè)計及自動化專業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化專業(yè)的專業(yè)課開課?，F(xiàn)已建設(shè)成為專業(yè)核心課程，對提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計水平和創(chuàng)新設(shè)計能力起到了重要作用。

二、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

自動機(jī)械是指自動化程度較高的機(jī)械系統(tǒng)，其教學(xué)內(nèi)容與“機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計”類似。要培養(yǎng)創(chuàng)新能力，必須先具備堅實的基礎(chǔ)理論和設(shè)計方法，因此我們根據(jù)自動機(jī)械與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，有自動化程度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容上以自動機(jī)械的四大結(jié)構(gòu)組成部分，即驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)為主要內(nèi)容展開，著重共性問題，力求照顧到系統(tǒng)性和完整性，深入闡述了自動機(jī)械設(shè)計中普遍性的理論問題，重點(diǎn)分析自動機(jī)械中普遍應(yīng)用的機(jī)構(gòu)、裝置的設(shè)計原理和方法以及現(xiàn)代控制技術(shù)，注重機(jī)械設(shè)計與現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論和方法相結(jié)合，同時列舉了大量實例，力求做到理論聯(lián)系實際，突出專業(yè)特色和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平。課程內(nèi)容不僅體現(xiàn)傳統(tǒng)的機(jī)械及其設(shè)計方法，還體現(xiàn)了現(xiàn)代自動機(jī)械及其制造技術(shù)的新進(jìn)展和現(xiàn)代設(shè)計方法的新應(yīng)用，注重教學(xué)內(nèi)容的更新。我們主要參考了崔久浩的“自動機(jī)械設(shè)計”一書，編輯出版了“自動機(jī)械設(shè)計”教材，在基本內(nèi)容上比一般的“機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計”教材更全面和豐富。

在教學(xué)中，力求把發(fā)明創(chuàng)新意識貫穿于整個教學(xué)過程。教學(xué)過程中除了上述主要內(nèi)容外，充分利用多媒體教學(xué)手段，通過大量的自動機(jī)械和機(jī)構(gòu)的工作視頻和照片提高教學(xué)效率，創(chuàng)造視覺的新感受，增強(qiáng)感性認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，同時有效提高了教學(xué)效果和學(xué)生的知識面。在教學(xué)過程中，注重自動機(jī)械各組成部份的基本工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計方法，淡化理論模型和推導(dǎo)。利用啟發(fā)式、提問式、反問式等方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和想象力，提高綜合應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行機(jī)械設(shè)計、探索新知識、新技術(shù)、開發(fā)新的機(jī)械產(chǎn)品的能力和水平。推薦并組織學(xué)生觀看中央電視臺的“我愛發(fā)明”節(jié)目，提高發(fā)明創(chuàng)造的興趣，學(xué)習(xí)發(fā)明創(chuàng)造的一般思路和方法。支持鼓勵學(xué)生參與教師發(fā)明專利的申請工作。

增加課堂討論環(huán)節(jié)，設(shè)計能激發(fā)學(xué)生發(fā)明創(chuàng)新意識的討論題。例如：原理方案設(shè)計時，每組提出至少3種機(jī)器，每種機(jī)器采用兩種以上的原理實現(xiàn)其功能?？傮w設(shè)計時，以小型代步工具為例，不限定條件，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，分組提出方案并討論其特點(diǎn)和可行性。在講述執(zhí)行機(jī)構(gòu)有關(guān)內(nèi)容時，讓學(xué)生提出分解用機(jī)器代替手工操作的動作，并提出可能實現(xiàn)這些動作的機(jī)構(gòu)或組合機(jī)構(gòu)并加以比較。在講間歇機(jī)構(gòu)和供料機(jī)構(gòu)時，提示學(xué)生生活中可能應(yīng)用的場合并讓學(xué)生注意觀察后，討論為什么在此場合會應(yīng)用此機(jī)構(gòu)，是否可用其他機(jī)構(gòu)代替，如果能用其他機(jī)構(gòu)代替，就有可能創(chuàng)新發(fā)明新的裝置或機(jī)器。另外，鼓勵學(xué)生參加山東省機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽等各類校、省、全國創(chuàng)新大賽，并可在討論課中做專題討論論證方案，指導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性開發(fā)新的機(jī)械產(chǎn)品。在歷年“山東省大學(xué)生機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計競賽”中獲得了多個一等獎，在其他創(chuàng)新競賽中也屢創(chuàng)佳績。

三、考試考核方式的多樣化

考試考核目標(biāo)是使學(xué)生在掌握基本理論、基本知識和基本技能的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)職業(yè)素養(yǎng)與專業(yè)技能，提高分析問題及解決問題的能力，成為具有較強(qiáng)創(chuàng)新意識和實踐能力的高技能人才?？荚嚳己艘杂欣趯W(xué)生運(yùn)用知識能力、實際工作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)方法的改變?yōu)橹笇?dǎo)思想，使教學(xué)工作的重點(diǎn)落實到學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和自身素質(zhì)的提高上。為了激勵學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新性，筆者設(shè)計了以下考試考核方式。

1.大作業(yè)。分組整理討論課中的討論結(jié)果以及新的創(chuàng)新想法方案形成大作業(yè)，內(nèi)容可是完整機(jī)械，也可是關(guān)鍵機(jī)構(gòu)、部件;時間可從課程開始到最后筆試之前，期間還可通過郵件、QQ和微信以及校核心課程網(wǎng)等及時得到教師的指導(dǎo)。

2.答辯式。建立具有綜合性、適宜答辯的試題庫，成立答辯小組，答辯小組由至少3位教師組成，可包括助課研究生?？己藭r每個學(xué)生按順序先后隨機(jī)抽取題目，準(zhǔn)備10分鐘。準(zhǔn)備時可翻閱參考資料以及和同學(xué)討論，此時學(xué)生參與討論的積極性非常高，不僅有利于抽到考題的學(xué)生掌握該知識，也使參與討論的學(xué)生學(xué)習(xí)掌握了考題中的知識點(diǎn)，每個學(xué)生表面上是考核自己抽到的有限的考題，實際上在整個考核過程中，參與了幾乎全部學(xué)生的考題準(zhǔn)備，從而將考試變成了學(xué)生積極主動的學(xué)習(xí)、交流、鞏固所學(xué)內(nèi)容的過程，學(xué)生不再是應(yīng)付考試，厭煩、害怕考試，同時也鍛煉了學(xué)生綜合利用所學(xué)知識、收集資料、口頭表達(dá)的能力以及答辯和應(yīng)變能力等，有利于將來找工作時的面試，這使得學(xué)生的收益是全方位的。

3.筆試。筆試在課程結(jié)束后，時間由學(xué)校統(tǒng)一安排，主要考核基本概念和理論。創(chuàng)新發(fā)明必須在掌握扎實的機(jī)械設(shè)計基本概念和理論基礎(chǔ)上，因此，掌握這些概念非常重要。例如自動機(jī)械生產(chǎn)率的概念、評價工作性能的指標(biāo)等。

四、緊密結(jié)合實際應(yīng)用的課程設(shè)計

課程設(shè)計是自動機(jī)械設(shè)計課程的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)知識、綜合分析和解決工程實際問題能力的重要教學(xué)步驟，為學(xué)生將來從事工程技術(shù)工作和畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。在此教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生可將所學(xué)的自動機(jī)械設(shè)計知識應(yīng)用于設(shè)計中，這是有效的練兵和檢驗，同時還可以提高、鞏固教學(xué)效果的環(huán)節(jié)。因此，我們要緊密結(jié)合實際應(yīng)用進(jìn)一步加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械創(chuàng)新能力，使學(xué)生在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中的創(chuàng)新性想法得以進(jìn)一步實現(xiàn)，距實際應(yīng)用更進(jìn)一步。注重培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力、綜合設(shè)計能力與團(tuán)隊協(xié)作精神。endprint

1.課程設(shè)計內(nèi)容。在自動機(jī)械的四大結(jié)構(gòu)組成部分，即驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)中，驅(qū)動系統(tǒng)通常為選型設(shè)計，包括在總體設(shè)計的內(nèi)容中，不單獨(dú)作為課程設(shè)計題目，控制系統(tǒng)涉及電氣電子液壓、計算機(jī)等相關(guān)的學(xué)科知識較深，在課程設(shè)計中我們將這部分作為選做內(nèi)容。因此，課程設(shè)計的主要內(nèi)容包括傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和總體設(shè)計三種。比較復(fù)雜的機(jī)械3個人一組，自由組合，每人主要負(fù)責(zé)一部分內(nèi)容，其中總體設(shè)計的學(xué)生由小組成員推薦選舉產(chǎn)生并擔(dān)任組長，除了自己承擔(dān)的內(nèi)容外還要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)3個人的方案應(yīng)能滿足整機(jī)的任務(wù)書要求，完整一致。各種題目的具體內(nèi)容如下是。

（1）自動機(jī)械總體方案設(shè)計。①根據(jù)給定機(jī)械的工作要求，確定實現(xiàn)功能要求的原理方案。②根據(jù)原理方案確定工藝方案。③確定工作循環(huán)時間，擬定機(jī)械的工作循環(huán)圖。④確定采用的動力形式、總體布置、總體結(jié)構(gòu)來設(shè)計機(jī)架。

（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計。①參與原理方案和工藝過程的設(shè)計。分析確定工藝操作動作、順序、運(yùn)動形式和運(yùn)動規(guī)律。②擬定機(jī)構(gòu)的選型與組合方案，提出多個方案分析并選擇最佳的。③機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算，主要構(gòu)件的運(yùn)動分析、仿真等。④機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫機(jī)構(gòu)簡圖，包括運(yùn)動軌跡、極限位置圖。

（3）自動機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計。①參與原理方案和工藝過程的設(shè)計。分析工藝操作動作、各機(jī)構(gòu)運(yùn)動形式和運(yùn)動規(guī)律選擇動力機(jī)。②確定傳動機(jī)構(gòu)方案和采用的傳動形式，分析傳動效率和傳動精度，提出多個方案并分析選擇最佳的。③傳動比分配、設(shè)計計算，主要零件的強(qiáng)度校核。④傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

2.課程設(shè)計題目。筆者精心設(shè)計了多于學(xué)生人數(shù)的課程設(shè)計題目和相應(yīng)的任務(wù)書，制定了課程設(shè)計大綱和指導(dǎo)書。學(xué)生選題具有靈活性，可從給定的題目中選題，也鼓勵自選題目。學(xué)生自選題目要經(jīng)過論證方可作為課程設(shè)計題目并有一定的加分，同時要與教師的科研以及各種創(chuàng)新競賽題目緊密結(jié)合，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與的積極性、主動性。山東省大學(xué)生機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計競賽每年暑期進(jìn)行，而自動機(jī)械課程設(shè)計正好是每學(xué)年的第二學(xué)期，可以說這個學(xué)期是學(xué)生申請準(zhǔn)備方案、進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的階段。采取提前選題的方法可以使學(xué)生在上課期間有目的的聽課，有充分的時間醞釀設(shè)計方案，使自動機(jī)械課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)不局限于培養(yǎng)方案中設(shè)置的1周時間，有效地提高了課程設(shè)計的質(zhì)量和效果，有些題目最后還申請了發(fā)明專利?！坝糜诖罅７N子的精密排種器”、“家用瓜子去皮機(jī)”、“頂尖可收集式仿形棉花打頂機(jī)”等項目就獲得了山東省大學(xué)生機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計競賽的一等獎。

五、結(jié)語

“自動機(jī)械設(shè)計”是一門實踐性較強(qiáng)的專業(yè)課，對培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新能力起著重要作用。因此，筆者在整個教學(xué)環(huán)節(jié)中，始終貫穿創(chuàng)新意識，調(diào)動鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，開發(fā)創(chuàng)新思維，并取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]帥玉妹.大學(xué)生機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新能力的培養(yǎng)思路[J].中國西部科技，2009，（31）：58-61.

[2]宋井玲.自動機(jī)械設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011.endprint