基于知識(shí)供給和流動(dòng)規(guī)律的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)創(chuàng)新人才全息培養(yǎng)

曹蔚 朱育權(quán) 楊科 田建輝 沈云波 彭潤玲

摘 要：文章研究了機(jī)械設(shè)計(jì)過程的知識(shí)流動(dòng)規(guī)律，分析了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)關(guān)鍵因素，進(jìn)行了機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學(xué)改革探索。以產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中知識(shí)流動(dòng)規(guī)律為主線，科學(xué)育人，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)；在此基礎(chǔ)上以學(xué)生為主體，教師為輔助，構(gòu)建校園機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)服務(wù)體系；綜合利用多種現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手段，形成多角度全息機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

關(guān)鍵詞：知識(shí)流動(dòng)；機(jī)械設(shè)計(jì)；創(chuàng)新人才；全息

中圖分類號(hào)：C961 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）16-0020-04

Abstract： In this paper， the rule of knowledge flow of mechanical design process is studied， the key factors of innovative design of products are analyzed and the mechanical design innovative talent training progress is reformed. Based on the rule of knowledge flow， students are trained scientifically and the cultivation method of students' innovative ability and quality is strengthened. Then， students， with the teacher's assistant， can build the knowledge service system of campus mechanical design. Through comprehensively utilizing a variety of modern mechanical design methods， the innovative personnel training mode of multi-angle holographic mechanical design is constructed.

Keywords： knowledge flow； machine design； innovation personnel； holography

一、概述

機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新、快速設(shè)計(jì)已經(jīng)成為制造業(yè)競爭的焦點(diǎn)，設(shè)計(jì)知識(shí)的有效積累、流動(dòng)和供給是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)的內(nèi)生動(dòng)力。因此，必須深化機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)方式改革，結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層次性的特點(diǎn)，研究產(chǎn)品全生命周期信息知識(shí)的表示與集成，從多層次全方位角度研究機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)流動(dòng)規(guī)律， 以該規(guī)律為主線，將其貫穿機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)方向人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)特別是西部高校機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)在教學(xué)理念、方法和手段、創(chuàng)新能力等方面尚不完善，具體表現(xiàn)如下：

（1）教學(xué)僅注重已有理論知識(shí)灌輸，缺少對(duì)學(xué)生獲取設(shè)計(jì)新知識(shí)和整合已有知識(shí)能力的培養(yǎng)，未從機(jī)械產(chǎn)品的生命周期、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層次等角度分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本要素，難以提高學(xué)生創(chuàng)新知識(shí)應(yīng)用能力。

（2）設(shè)計(jì)訓(xùn)練基本上都是傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析，設(shè)計(jì)過程按步就班，設(shè)計(jì)方法缺乏新意。這樣的設(shè)計(jì)訓(xùn)練雖然能夠加深學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)主干課程基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握，但卻不利于激發(fā)學(xué)生的探索創(chuàng)新和自主研究精神。

（3）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐活動(dòng)缺少對(duì)分布式資源環(huán)境和知識(shí)服務(wù)平臺(tái)的有效利用，較少借助互聯(lián)網(wǎng)+、智能化平臺(tái)、大數(shù)據(jù)等手段獲取新知識(shí)以進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新，沒有實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)知識(shí)流動(dòng)。

三、多角度的全息機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式構(gòu)建

基于知識(shí)流動(dòng)規(guī)律，以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)知識(shí)獲取能力為中心；優(yōu)化課堂教學(xué)、改進(jìn)設(shè)計(jì)訓(xùn)練過程、革新課外實(shí)踐活動(dòng)；多方協(xié)同聯(lián)動(dòng)，形成多角度的全息機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，如圖1所示。

圖1 多角度全息機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式

四、實(shí)施措施

（一）探索知識(shí)流動(dòng)規(guī)律，革新機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)理念和方法

1. 立足知識(shí)流動(dòng)本質(zhì)-挖掘產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)關(guān)鍵因素

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)多注重具體理論知識(shí)點(diǎn)的灌輸，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新思維缺少引導(dǎo)和訓(xùn)練，歸根究底是沒有厘清產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。

機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)關(guān)鍵因素包括創(chuàng)新精神、創(chuàng)新點(diǎn)、創(chuàng)新理論與方法、創(chuàng)新設(shè)計(jì)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)及知識(shí)流動(dòng)幾方面的因素，關(guān)鍵因素與創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力及創(chuàng)新知識(shí)的關(guān)系模型如圖2所示。

圖2 關(guān)鍵因素與創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的關(guān)系模型

基于上述設(shè)計(jì)過程關(guān)鍵因素的認(rèn)識(shí)，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識(shí)將得到進(jìn)一步分層。

2. 細(xì)化知識(shí)類別-機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)分層表述

在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)過程中，過于關(guān)注知識(shí)點(diǎn)細(xì)節(jié)，忽視各知識(shí)點(diǎn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的作用及彼此之間的區(qū)別與聯(lián)系。學(xué)生設(shè)計(jì)過程中也側(cè)重圍繞各孤立的知識(shí)點(diǎn)展開，缺乏對(duì)系統(tǒng)總體上的理解和把握。因此首先需要將機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)分層表述，如圖3所示：

圖3 機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)分層表述

新產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程可以分為概念層、系統(tǒng)層、零件層等幾個(gè)層次，不同層次的設(shè)計(jì)流程以及所需的知識(shí)類型完全不同。

在教學(xué)過程中，教師有必要根據(jù)內(nèi)容所屬的不同層次選擇關(guān)鍵知識(shí)進(jìn)行講授。

3. 打破思維定勢(shì)-營造基于知識(shí)流動(dòng)供給的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念

在認(rèn)清機(jī)械設(shè)計(jì)關(guān)鍵因素后，首先可將創(chuàng)新思維貫穿始終，引導(dǎo)學(xué)生打破思維定勢(shì)。例如： 在產(chǎn)品確定功能后，教師可利用一個(gè)準(zhǔn)確的脫離結(jié)構(gòu)的描述來激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

為改變傳統(tǒng)機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)將整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程割裂，各部分知識(shí)獨(dú)立的現(xiàn)狀，在厘清機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)流動(dòng)規(guī)律及其設(shè)計(jì)知識(shí)表述方式后，將原設(shè)計(jì)類課程內(nèi)容重新組合，按照知識(shí)供給和流動(dòng)的規(guī)律來培養(yǎng)學(xué)生。例如在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中，向?qū)W生灌輸知識(shí)集成的概念，培養(yǎng)學(xué)生在掌握已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，學(xué)會(huì)如何對(duì)多類知識(shí)資源進(jìn)行集成。

以往的機(jī)械設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)過程中，各門主干課程割裂，給學(xué)生的感覺就是每門課學(xué)完往往不知有什么用，整合運(yùn)用知識(shí)能力很差。因此遵循設(shè)計(jì)過程知識(shí)流動(dòng)規(guī)律，給學(xué)生適當(dāng)?shù)膯l(fā)，引導(dǎo)學(xué)生提出問題、搜索已有知識(shí)、獲取已有知識(shí)、集成創(chuàng)成新知識(shí)，最終解決問題。調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，在潛移默化中增進(jìn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。

（二）優(yōu)化知識(shí)供給， 構(gòu)建校園機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)服務(wù)體系

在吸納整合其他社會(huì)資源的基礎(chǔ)上，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)+思維，構(gòu)建以高校為基礎(chǔ)、融合多源知識(shí)單元的全息設(shè)計(jì)知識(shí)服務(wù)體系，從“知識(shí)流動(dòng)”角度引領(lǐng)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)。動(dòng)員和激發(fā)廣大師生廣泛關(guān)注，營造濃厚的校園知識(shí)流動(dòng)氛圍，將創(chuàng)新思維、知識(shí)流動(dòng)規(guī)律、創(chuàng)新設(shè)計(jì)訓(xùn)練貫穿機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中，培育了與高等教育相融合的“校園知識(shí)服務(wù)”創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)文化。

如圖4所示：我校利用微信、QQ、短信、貼吧等交流平臺(tái)構(gòu)建校園機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)服務(wù)體系，形成校園知識(shí)流網(wǎng)絡(luò)，面向全校提供知識(shí)服務(wù)。平臺(tái)與校內(nèi)幕課、微課平臺(tái)互相補(bǔ)充。

圖4 校園機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)服務(wù)體系

通過搜索校園機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)已有的知識(shí)和服務(wù)，產(chǎn)品的各項(xiàng)功能與某一領(lǐng)域的知識(shí)對(duì)應(yīng)起來，將所有的知識(shí)服務(wù)組合最終獲得一個(gè)全新的機(jī)械產(chǎn)品。從而完成了概念層的設(shè)計(jì)。

（三）推動(dòng)知識(shí)流動(dòng)，革新機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)

1. 基于知識(shí)分層的設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練

機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)人才的培養(yǎng)應(yīng)更加注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和知識(shí)獲取能力，因此我們引導(dǎo)學(xué)生沿著概念層、系統(tǒng)層、零件層等設(shè)計(jì)過程的幾個(gè)層次路線依次完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，幫助學(xué)生經(jīng)歷機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)流動(dòng)全過程。要求學(xué)生完成需求調(diào)研、功能分解、機(jī)械零件選型與組合、最終獲取知識(shí)完成運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析等。如圖5所示為機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)課程設(shè)計(jì)知識(shí)流動(dòng)全過程。通過知識(shí)分層，從本質(zhì)上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，促使學(xué)生主動(dòng)獲取創(chuàng)新設(shè)計(jì)的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)。

2. 基于資源共享的項(xiàng)目訓(xùn)練

畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的實(shí)訓(xùn)題目與科研案例結(jié)合，綜合利用多角度多方位手段。以學(xué)生為主體，教師只起輔助引導(dǎo)作用，鼓勵(lì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和各類設(shè)計(jì)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)獲取新知識(shí)，對(duì)海量信息進(jìn)行合理篩選匹配，整合各資源單元的知識(shí)服務(wù)項(xiàng)目，創(chuàng)成新知識(shí)，構(gòu)建自己的知識(shí)流網(wǎng)。

如圖6所示：我校開發(fā)了校園現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。充分發(fā)揮橋梁和紐帶作用，連接校園與企業(yè)，溝通學(xué)生和實(shí)施單元，可服務(wù)于大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)和就業(yè)創(chuàng)業(yè)。

另一方面師生可以借助現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)觀摩企業(yè)實(shí)際機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)案例，增強(qiáng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了“走出去”使機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生深度參與機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)流動(dòng)過程。

3. 基于設(shè)計(jì)過程訓(xùn)練的課內(nèi)外感性認(rèn)知

利用選修課等課余時(shí)間培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法和手段解決實(shí)際問題的思維方法和基本技能。培訓(xùn)學(xué)生用三維建模及有限元分析軟件進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)建模和分析，提升學(xué)生興趣，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)知識(shí)流動(dòng)提供有力支持。如圖7所示：通過選修課學(xué)習(xí)，學(xué)生需完成某機(jī)械零件或系統(tǒng)的三維建模及有限元分析訓(xùn)練。

實(shí)踐環(huán)節(jié)在機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)過程中不可或缺。我校將實(shí)踐能力培養(yǎng)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)結(jié)合，一方面，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)了機(jī)械方案創(chuàng)意設(shè)計(jì)五位一體化實(shí)驗(yàn)儀（如圖8所示），建設(shè)機(jī)構(gòu)模擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，通過利用該實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)踐，讓學(xué)生親自動(dòng)手設(shè)計(jì)，培養(yǎng)感性認(rèn)知能力，進(jìn)一步獲取機(jī)械系統(tǒng)基本機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵知識(shí)。另一方面借助知識(shí)服務(wù)平臺(tái)，使學(xué)生得到“機(jī)構(gòu)方案選型-尺度綜合-分析”一系列完整的設(shè)計(jì)訓(xùn)練。

（四）加速成果轉(zhuǎn)化，發(fā)揮示范效應(yīng)

為加速成果轉(zhuǎn)化，我校有針對(duì)性地引導(dǎo)社團(tuán)成員參加課外實(shí)踐與競賽活動(dòng)、按照設(shè)計(jì)過程的層次步驟進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)訓(xùn)練，結(jié)合設(shè)計(jì)知識(shí)流動(dòng)規(guī)律引導(dǎo)社團(tuán)學(xué)生去獲取整合知識(shí)并完成任務(wù)，要求團(tuán)隊(duì)成員利用已有知識(shí)提出問題，采取各種手段獲取知識(shí)，整合資源，得出設(shè)計(jì)結(jié)果，刺激團(tuán)隊(duì)內(nèi)部知識(shí)融合與流動(dòng)，激發(fā)創(chuàng)造潛能。

近幾年我校學(xué)生借助知識(shí)服務(wù)平臺(tái)開展大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、三維造型設(shè)計(jì)大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽等各類創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)與項(xiàng)目，獲得多項(xiàng)國家級(jí)和省級(jí)科技競賽獎(jiǎng)勵(lì)，學(xué)生積極與指導(dǎo)教師聯(lián)合申報(bào)專利、軟件著作權(quán)等。近三年來，本專業(yè)學(xué)生參與發(fā)表科研論文40余篇，申報(bào)各類專利、軟件著作權(quán)等近120項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利14項(xiàng)，實(shí)用新型專利38項(xiàng)，外觀設(shè)計(jì)專利7項(xiàng)，獲軟件著作權(quán)28項(xiàng)，取得了良好的效果。促進(jìn)了科技成果轉(zhuǎn)化，充分調(diào)動(dòng)學(xué)校廣大教師的積極性，發(fā)揮了示范效應(yīng)。

五、結(jié)束語

針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)方向育人現(xiàn)狀，我校立足高校優(yōu)勢(shì)資源，基于知識(shí)流動(dòng)規(guī)律，以學(xué)生為主體，從教學(xué)觀念、教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)等幾個(gè)方面進(jìn)行改革。形成了機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)主干課程新型教學(xué)方式與教學(xué)內(nèi)容，借助現(xiàn)代設(shè)計(jì)知識(shí)服務(wù)平臺(tái)和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)資源組織和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在學(xué)生已具備專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，逐步形成獲取組織設(shè)計(jì)知識(shí)的思維習(xí)慣。通過參與教師課題項(xiàng)目和各種專業(yè)競賽，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行典型機(jī)械裝備與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分析，使學(xué)生學(xué)會(huì)利用外部的知識(shí)服務(wù)與專家資源解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中碰到的技術(shù)問題。構(gòu)建學(xué)生自主創(chuàng)新、設(shè)計(jì)方案分析與設(shè)計(jì)資源組織的能力。

本項(xiàng)目的實(shí)施，使眾多學(xué)生受益，不僅使學(xué)生獲得創(chuàng)新設(shè)計(jì)的完整訓(xùn)練過程，同時(shí)又能使學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中成長為創(chuàng)新知識(shí)的傳播者、實(shí)踐者和最大獲益者，很大程度地調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主獲取知識(shí)積極性。借助設(shè)計(jì)平臺(tái)，學(xué)生根據(jù)自己的需要獲取已有知識(shí)和方法，進(jìn)一步使已有知識(shí)在實(shí)踐中更新，進(jìn)一步形成新知識(shí)。激發(fā)了學(xué)生內(nèi)在的求知意識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力，成功地將知識(shí)內(nèi)化成綜合實(shí)踐能力，最終實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)人才的螺旋上升式成長。本項(xiàng)目培養(yǎng)模式的改革也可滲透應(yīng)用到其他專業(yè)方向的各教學(xué)環(huán)節(jié)中，以機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)關(guān)鍵因素為抓手、以產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)流動(dòng)規(guī)律為主線，以分布的知識(shí)資源為支撐，最終構(gòu)建多層次、多角度、多維度的全息機(jī)械創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝友柏.高校的聚焦點(diǎn)是培養(yǎng)創(chuàng)新人才[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29（9）：1-3.

[2]Suh N P.Axiomatic Design[M].London：Oxford University Press，2001.

[3]謝友柏.設(shè)計(jì)科學(xué)中關(guān)于知識(shí)的研究——經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變中要考慮的重要問題[J].中國工程科學(xué)，2013（04）：14-22.

[4]謝友柏.現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論中若干基本概念研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007，43（11）：7-16.

[5]郝凝輝，覃京燕.大數(shù)據(jù)+互聯(lián)網(wǎng)+智能化：傳播新環(huán)境對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)教育的啟示[J].現(xiàn)代傳播（中國傳媒大學(xué)學(xué)報(bào)），2016（10）：146-151.

[6]謝友柏.現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2004，40（4）：1-9.

[7]陳永琴，李團(tuán)結(jié)，朱敏波，等.工程教育認(rèn)證背景下《機(jī)械設(shè)計(jì)》教學(xué)模式探討[J].中國電子教育，2015（03）：28-31.