基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)改革探索

石云霞++王新華++陳彩鳳

摘要：以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力為導(dǎo)向，針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行改革。在“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)中，改革設(shè)計(jì)內(nèi)容與形式，并結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，提高設(shè)計(jì)的新穎性和可視性，探索學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)與“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；課程設(shè)計(jì)；三維參數(shù)化設(shè)計(jì)；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)： G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（c）-0000-00

機(jī)械設(shè)計(jì)是高等工科院校機(jī)械類專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課程，而機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是其重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它是學(xué)生首次綜合運(yùn)用所學(xué)的工程制圖、工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、公差與測(cè)量技術(shù)等課程的理論知識(shí)來解決工程實(shí)際問題的實(shí)踐訓(xùn)練[3]，也是對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力鍛煉和培養(yǎng)的重要途徑。為了適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型人才的需求，并結(jié)合現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，我們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)行了改革和探索，以強(qiáng)化提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及問題

1.1 課程設(shè)計(jì)題目單一

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，通常是設(shè)計(jì)固定的一種或幾種機(jī)械傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)系統(tǒng)的方案和設(shè)計(jì)參數(shù)均由指導(dǎo)教師給定，學(xué)生按照設(shè)計(jì)指導(dǎo)書或老師的要求，按部就班地進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于是固定的題目，學(xué)生缺乏新鮮感，也很容易形成思維定式，不利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。相同的設(shè)計(jì)題目也給了部分同學(xué)抄襲別的同學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)果的可能。

1.2 時(shí)間緊任務(wù)重

通常課程設(shè)計(jì)安排在理論教學(xué)結(jié)束之后，集中在2～3周的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)。由于時(shí)間短，任務(wù)重，為了保證設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠與完整性，設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)過程不太可能變化，必須按部就班地完成。所以設(shè)計(jì)題目往往相對(duì)固定，設(shè)計(jì)形式相對(duì)單一，這嚴(yán)重制約了學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。

1.3 缺乏團(tuán)隊(duì)合作的訓(xùn)練

由于設(shè)計(jì)題目的固化，學(xué)生往往是參考設(shè)計(jì)指導(dǎo)書上的設(shè)計(jì)實(shí)例，按照固定套路各自埋頭苦干，相互之間缺乏交流、溝通與合作。這樣的教學(xué)模式，既不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，也缺乏團(tuán)隊(duì)合作訓(xùn)練。

1.4 缺乏現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，由指導(dǎo)老師給定設(shè)計(jì)題目、機(jī)械系統(tǒng)方案和設(shè)計(jì)參數(shù)，學(xué)生按照固定套路進(jìn)行傳動(dòng)、聯(lián)接等零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算，再手工或采用二維CAD軟件畫出裝配圖和零件圖。設(shè)計(jì)過程枯燥乏味，缺乏直觀立體的感覺，學(xué)生興趣不高，效果也不理想。而且這種設(shè)計(jì)模式?jīng)]有傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)有效地結(jié)合起來，也不利于學(xué)生將來很好地適應(yīng)企業(yè)對(duì)現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的技術(shù)需求。

2 基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)改革實(shí)踐

2.1 創(chuàng)新的設(shè)計(jì)選題

為了改變以往課程設(shè)計(jì)中由于固定的設(shè)計(jì)題目導(dǎo)致的設(shè)計(jì)缺乏創(chuàng)新性，學(xué)生沒有興趣的現(xiàn)象，我們?cè)谡n程設(shè)計(jì)中大膽地把選題權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生通過調(diào)研，自己擬定設(shè)計(jì)題目和設(shè)計(jì)對(duì)象，指導(dǎo)老師通過學(xué)生提交的開題報(bào)告來審核其題目的合理性和可行性，進(jìn)行把關(guān)。這種選題方式從根本上杜絕了以往的課程設(shè)計(jì)普遍存在的抄襲現(xiàn)象。現(xiàn)在改變?cè)O(shè)計(jì)課程選題形式之后，學(xué)生因?yàn)榇蠖嗍亲约簶?gòu)思的新題目和設(shè)計(jì)方案，不會(huì)也不太可能去抄襲別人的設(shè)計(jì)了。這既是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的一次挑戰(zhàn)和鍛煉，也極大的鼓舞激發(fā)了他們的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造力。

2.2 分散的時(shí)間布置

現(xiàn)在的設(shè)計(jì)選題變革后，面對(duì)全新的設(shè)計(jì)對(duì)象，設(shè)計(jì)進(jìn)度往往難以把控，短時(shí)間內(nèi)很難確保順利完成?；诖?，我們把設(shè)計(jì)分散到一個(gè)學(xué)期中，采用每周兩節(jié)課集中指導(dǎo)，學(xué)生在一個(gè)學(xué)期內(nèi)完成的形式，這樣學(xué)生的設(shè)計(jì)時(shí)間就比較寬裕了，他們可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，對(duì)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行修正，同時(shí)也便于學(xué)生學(xué)習(xí)新的知識(shí)技能來完成自己的設(shè)計(jì)課題。

2.3 分組的設(shè)計(jì)模式

在課程設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生可以根據(jù)課題的復(fù)雜程度，各自的興趣特長自由分組進(jìn)行設(shè)計(jì)。小組一般2到4人，在開題報(bào)告中明確各人分工，由每組組長來統(tǒng)籌課題進(jìn)度安排。這種分組設(shè)計(jì)的模式，避免了學(xué)生以往單兵作戰(zhàn)的狀態(tài)，培養(yǎng)鍛煉了他們的團(tuán)隊(duì)合作能力。學(xué)生可以選擇自己喜歡的課題，做著自己擅長的事情，同時(shí)集合團(tuán)隊(duì)的力量，這樣的方式肯定能設(shè)計(jì)出更高質(zhì)量的設(shè)計(jì)作品。

2.4 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和技術(shù)的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)在工程實(shí)際中的應(yīng)用日益廣泛，已成為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的主流技術(shù)手段[4]?；诖耍箤W(xué)生掌握一定的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與技術(shù)十分必要 ，因此在課程設(shè)計(jì)過程中，我們摒棄了傳統(tǒng)的手工作圖或用CAD軟件進(jìn)行二維繪圖的做法，要求學(xué)生應(yīng)用常用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析軟件如 Solidworks、Pro-E、CATIA等進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建模及仿真分析。這些軟件界面友好、功能強(qiáng)大、操作靈活、易學(xué)易用，基于學(xué)生對(duì)新事物的興趣，他們很快就能掌握相關(guān)軟件的操作。而三維參數(shù)化的設(shè)計(jì)直觀易操作，又便于修改設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)的水平和效率，同時(shí)也符合現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)趨勢(shì)。借助三維參數(shù)化的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，把枯燥的設(shè)計(jì)理論轉(zhuǎn)換為直觀形象的設(shè)計(jì)結(jié)果，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣被極大地激發(fā)出來，設(shè)計(jì)水平和能力也得到極大地鍛煉和提高。而且計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的掌握，在他們參加創(chuàng)新活動(dòng)、后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)中都發(fā)揮了極大的作用。

下面是學(xué)生的一些課程設(shè)計(jì)作品，都閃耀著創(chuàng)新的火花。

設(shè)計(jì)作品一：螺旋式硬幣包裝機(jī)

設(shè)計(jì)作品二：輔助畫線裝置

學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中，首先要進(jìn)行調(diào)研，確定設(shè)計(jì)的題目，再根據(jù)要設(shè)計(jì)機(jī)器的功能原理，進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，方案擬定的階段也是設(shè)計(jì)中最能發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新性思維的階段，在對(duì)擬定的若干方案進(jìn)行優(yōu)選之后再進(jìn)行三維建模、仿真分析，檢驗(yàn)其是否能實(shí)現(xiàn)機(jī)器預(yù)期的功能。

幾年下來，《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革實(shí)踐取得了較好的效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、創(chuàng)造性被激發(fā)出來，新創(chuàng)意、新作品層出不窮，徹底改變了過往機(jī)械課程設(shè)計(jì)題目老舊雷同、設(shè)計(jì)結(jié)果基本相同的的局面。教師和學(xué)生都對(duì)全新的設(shè)計(jì)對(duì)象充滿興趣，設(shè)計(jì)過程非常投入。

2.5 成績的評(píng)定方法

課程設(shè)計(jì)考察的是學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的基本方法和步驟的掌握程度、分析解決工程實(shí)際問題的能力及語言表達(dá)和論述能力。因此，學(xué)生的成績是依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、對(duì)基本知識(shí)的掌握以及能力水平給出。

學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度根據(jù)其出勤情況，設(shè)計(jì)過程中與老師的溝通交流來評(píng)定。對(duì)基本知識(shí)的掌握可以從其開題報(bào)告、設(shè)計(jì)報(bào)告、設(shè)計(jì)的作品等情況判定。能力水平則反映在其創(chuàng)新思維能力、主動(dòng)學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力、文獻(xiàn)資料的查閱能力、語言表達(dá)能力等方面。

設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)各小組要進(jìn)行15分鐘左右的答辯，小組組長介紹設(shè)計(jì)課題的總體情況，小組成員分別對(duì)各自負(fù)責(zé)部分的工作進(jìn)行答辯，指導(dǎo)教師根據(jù)題目的復(fù)雜程度、創(chuàng)新性、任務(wù)完成情況和語言組織表達(dá)能力分別進(jìn)行評(píng)分。這樣每個(gè)同學(xué)都得到了鍛煉，也有效避免了個(gè)別學(xué)生偷懶，自己不做完全依賴別人的現(xiàn)象，同時(shí)鍛煉了他們的團(tuán)隊(duì)合作能力。而設(shè)計(jì)題目的各不相同也限制了學(xué)生互相抄襲的可能，所以指導(dǎo)老師給分就有了公平的基礎(chǔ)。這樣的成績?cè)u(píng)分方法還是相對(duì)公平和客觀的，也得了到學(xué)生的認(rèn)可。

3 結(jié)語

針對(duì)高等工科院?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)普遍存在的問題，我們對(duì)課程設(shè)計(jì)的選題、教學(xué)方式、方法、設(shè)計(jì)手段以及考核方式等進(jìn)行了大膽地變革和探索，目的是改變課程設(shè)計(jì)的陳舊面貌，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)其創(chuàng)新思維意識(shí)和創(chuàng)新能力。課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐結(jié)果也表明，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性、創(chuàng)新思維能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、語言表達(dá)能力都得到了很好的鍛煉和顯著地提高，學(xué)生的工程創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)能力得到了明顯的提升，這在他們后續(xù)課程的學(xué)習(xí)、一系列的創(chuàng)新大賽活動(dòng)中以及畢業(yè)設(shè)計(jì)都有顯著體現(xiàn)，并將對(duì)他們未來的工作學(xué)習(xí)帶來深刻的影響。

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