基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械類課程教學(xué)改革

張紅霞 桂偉

摘 要：本文論證了機械創(chuàng)新設(shè)計大賽對機械類專業(yè)課程改革的促進(jìn)作用。以機械專業(yè)比賽為契機，對機械類專業(yè)課程進(jìn)行大力改革，從課程體系、教學(xué)內(nèi)容和考核方式上進(jìn)行改革創(chuàng)新，促進(jìn)機械專業(yè)人才創(chuàng)新能力和專業(yè)綜合知識應(yīng)用能力的培養(yǎng)和提高。

關(guān)鍵詞：機械創(chuàng)新；課程改革；教學(xué)改革

機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計是國家工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，為各行各業(yè)提供先進(jìn)技術(shù)裝備。行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展需要具有創(chuàng)新能力的高級機械技術(shù)專業(yè)人才。高等教育的任務(wù)就是要培養(yǎng)學(xué)生在機械設(shè)計方面的創(chuàng)新能力，即機械設(shè)計的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新知識和創(chuàng)新技能等。

一、機械創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的問題

1. 創(chuàng)新設(shè)計理論知識嚴(yán)重不足

由于近年來人才培養(yǎng)計劃的專業(yè)基礎(chǔ)課時和學(xué)分的消減，致使學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識不扎實，對一些常見零件、機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、功用等認(rèn)識不深，掌握不夠全面，學(xué)生在課堂教學(xué)中只能學(xué)到最簡單的基礎(chǔ)知識，卻沒有掌握深層次的理論知識，并且各知識點之間的連貫性較差，知識相對獨立，不能成為一個較完整的系統(tǒng)，使得學(xué)生在進(jìn)行機械創(chuàng)新設(shè)計比賽或課程設(shè)計時理論知識不夠用。

2. 實踐教學(xué)環(huán)節(jié)創(chuàng)新能力培養(yǎng)效果不理想

機械專業(yè)課程的實驗大都是驗證性的實驗，創(chuàng)新性與綜合性的實驗比例和學(xué)時很少，加之大多數(shù)高校業(yè)余時間實驗室對外不開放或開放時間較短，使實驗室的利用率很低，影響了學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。并且國內(nèi)普通高等本科院校機械類專業(yè)的創(chuàng)新類實驗教學(xué)平臺普遍不足，無法開展創(chuàng)新型實驗項目。硬件環(huán)境的不足和利用率低直接導(dǎo)致學(xué)生實踐動手能力差、理論聯(lián)系實際能力不足等。機械工程方面的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，必須緊密結(jié)合企業(yè)實際的工程項目設(shè)計、制造、裝配、調(diào)試等過程，沒有工程實例教學(xué)項目為載體，學(xué)生就無法真正學(xué)以致用。

3. 創(chuàng)新技能亟須提高

大學(xué)生思維活躍，經(jīng)過教師指導(dǎo)，會有很多靈感和創(chuàng)新點產(chǎn)生，但是由于沒有扎實的創(chuàng)新技能，無法使靈感成為現(xiàn)實。如機械類大學(xué)生實踐技能的訓(xùn)練主要是通過工程實踐環(huán)節(jié)、專業(yè)實訓(xùn)環(huán)節(jié)，在短短的幾周時間內(nèi)，只能讓學(xué)生掌握最基本的車、鉗、刨、銑、磨、鑄、鍛、焊等基本操作，而如何將設(shè)計圖紙變成產(chǎn)品還需具備更高水平的技能。

二、機械類課程教學(xué)改革

1. 教學(xué)內(nèi)容改革

（1）機械基礎(chǔ)系列課程體系優(yōu)化

機械基礎(chǔ)系列課程主要由機械制圖、工程材料、工程力學(xué)、機械原理和機械設(shè)計等課程組成，各課程自成獨立體系，內(nèi)容重復(fù)較多，而連貫性差，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中沒有一個明確的主線和目標(biāo)，沒有系統(tǒng)設(shè)計的整體觀。而在這些機械基礎(chǔ)課程中，學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)是能利用所學(xué)知識設(shè)計三維機械產(chǎn)品或工業(yè)產(chǎn)品，所以在機械基礎(chǔ)課程體系中貫穿整體的核心能力可以認(rèn)為是對三維設(shè)計能力的培養(yǎng)?？蓪⒍嚅T機械基礎(chǔ)課程作為一個系統(tǒng)，對各課程教學(xué)內(nèi)容上重復(fù)交叉的地方進(jìn)行必要的精簡和刪除，將三維設(shè)計、分析、制造理念全面引入機械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)中，建立基于三維技術(shù)的機械基礎(chǔ)系列課程新體系。在機械制圖相關(guān)課程教學(xué)中，借助三維軟件的建模和運動仿真分析功能直觀地再現(xiàn)產(chǎn)品三維—二維—三維設(shè)計的過程，培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。在工程力學(xué)等課程教學(xué)中，要求學(xué)生掌握三維設(shè)計的有限元分析及動力學(xué)分析，提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力。在機械原理和機械設(shè)計相關(guān)課程中，要求學(xué)生學(xué)會機構(gòu)的三維仿真及運動設(shè)計，加強機構(gòu)及系統(tǒng)設(shè)計的教學(xué)，在教學(xué)過程中充分應(yīng)用SolidWorks等軟件進(jìn)行機械工程項目的分析、設(shè)計、計算與仿真等，設(shè)計出滿足加工及工藝要求的合理機構(gòu)，并對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，參與模仿實物—模擬性設(shè)計—工程性設(shè)計—創(chuàng)新性設(shè)計的全過程學(xué)習(xí)實踐，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。

（2）創(chuàng)新型大作業(yè)設(shè)計

以機械原理課程為例，單一機構(gòu)學(xué)習(xí)訓(xùn)練是必要的，如凸輪機構(gòu)、四桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)等。要有意加強訓(xùn)練多種機構(gòu)協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)設(shè)計，比如學(xué)到連桿機構(gòu)時，可以布置升降臺的設(shè)計、助力機械手的設(shè)計等作業(yè)。還可以在后期分組布置一個復(fù)雜的機械創(chuàng)新設(shè)計項目，這類項目不是一個單一的機構(gòu)，而是幾種機構(gòu)的組合，如硬幣清分機或紙幣分離機設(shè)計，這樣的大作業(yè)題目要求可以靈活多樣化，提出主要功能要求，鼓勵創(chuàng)新設(shè)計。課堂教學(xué)是機械原理教學(xué)的主體，作業(yè)設(shè)計應(yīng)該是課堂教學(xué)的有益的和必要的補充，創(chuàng)新型大作業(yè)不僅使理論與實踐真正融會貫通，更是促進(jìn)人才綜合應(yīng)用多門專業(yè)課程知識能力解決實際問題的載體，對綜合實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新思維的訓(xùn)練大有裨益。

（3）比賽作品嵌入課程學(xué)習(xí)

教師可將近年來學(xué)生競賽項目如“S”形和“8”形無碳小車設(shè)計作品引入課堂教學(xué)中，要求學(xué)生分組合作最終完成小車設(shè)計和加工。教師將題目按課程需要進(jìn)行拆解，分為機構(gòu)運動分析、方案設(shè)計、選材加工、裝配調(diào)試等，在相關(guān)的課程教學(xué)中對小車的設(shè)計和加工過程進(jìn)行分步式學(xué)習(xí)和探索。例如在“機械設(shè)計”中，傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計講解涉及齒輪傳動、帶輪傳動、間歇傳動和凸輪傳動，演示往屆學(xué)生的比賽作品，引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析傳動機構(gòu)的運動效果，在學(xué)習(xí)前人設(shè)計作品的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新改造設(shè)計。如在“機械制造技術(shù)基礎(chǔ)”中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考在選材、加工環(huán)節(jié)中減輕重量和減少加工工序的方法，學(xué)生可利用業(yè)余時間加工制造小車，帶著任務(wù)和目標(biāo)學(xué)習(xí)更能提高學(xué)習(xí)的主動性，增強學(xué)習(xí)的緊迫感。將基礎(chǔ)課程有機地聯(lián)系起來，使學(xué)生能自主地融會貫通，把原來單項的課程教學(xué)變成現(xiàn)在“一條龍服務(wù)式”的教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識并參與到機械產(chǎn)品設(shè)計及加工的全過程中。

2. 考核方式改革

改革機械基礎(chǔ)相關(guān)課程考核方式，取消期末試卷考試的形式，可以同學(xué)期相關(guān)課程二合一、多合一考試，以綜合應(yīng)用型設(shè)計大作業(yè)或作品為考核形式，不再統(tǒng)一題目，題目多樣化、答案多樣化，從文字性的死記硬背考核轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合知識應(yīng)用能力考核，這種考核方式更能檢驗學(xué)生的真實專業(yè)水平，體現(xiàn)創(chuàng)新能力和專業(yè)知識綜合應(yīng)用能力。把學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)作為考核學(xué)生專業(yè)水平的一項指標(biāo)。例如，在各項專業(yè)競賽中，獲得不同獎項給予不同加分獎勵，在學(xué)年獎學(xué)金評定及選優(yōu)、保研推薦中作為額外加分，在學(xué)年平均成績上加分，國家級、省級不同等級給予不同分?jǐn)?shù)獎勵。只有考核標(biāo)準(zhǔn)明文規(guī)定加分制，才能大力調(diào)動學(xué)生的比賽積極性，而專業(yè)比賽是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的最有效的手段。

在創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機械課程改革中，學(xué)生和教師都需要有一個適應(yīng)的過程，特別是教師工作量和知識量的增加非常明顯。改革最大的受益者是學(xué)生，學(xué)校學(xué)生參加機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、工程訓(xùn)練比賽均獲得較好的成績，2016年機械創(chuàng)新設(shè)計大賽獲得湖北省一、二、三等獎等多個獎項，并獲得優(yōu)秀組織獎，2017年工程訓(xùn)練比賽其中一支隊伍獲得國家二等獎的好成績，參賽作品中學(xué)生的很多想法和實踐水平超出預(yù)期。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要體現(xiàn)在每一門課程課堂教學(xué)中、課后作業(yè)中以及專業(yè)比賽項目里，只有時刻有意識地培養(yǎng)機械創(chuàng)新能力，才能滿足時代對機械專業(yè)人才的要求，提高人才的可持續(xù)發(fā)展能力。

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基金項目：武漢市教育科學(xué)規(guī)劃課題“應(yīng)用技術(shù)型人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐與研究——以機械創(chuàng)新設(shè)計大賽為平臺”（課題編號：2016C276）的研究成果。

作者簡介：張紅霞（1982— ），女，湖北孝感人，碩士，副教授，研究方向：自動控制技術(shù)、高等教育。