以學(xué)生創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革

朱明

摘要：機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。文章對目前機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中所存在的問題進(jìn)行了分析，從課堂教學(xué)方式、考核方式、實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面入手，提出了以學(xué)生創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的教學(xué)改革，以提高機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量和加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為培養(yǎng)合格的工程師提供保證。

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

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）29-0127-02

一、引言

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程專業(yè)本科生的主干課程之一，也是培養(yǎng)應(yīng)用型人才不可或缺的專業(yè)技能課程。這門課程對于學(xué)生的綜合能力要求較高，需要學(xué)生在課程中綜合應(yīng)用機(jī)械制圖、材料力學(xué)、機(jī)械原理等前期課程的知識并要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識去分析和解決實(shí)際工程問題的能力。尤其是在科技飛速進(jìn)步的時(shí)代，學(xué)生更應(yīng)學(xué)會融會貫通，注重培養(yǎng)創(chuàng)新精神和能力。

目前，我校機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)都是采用齒輪減速器裝置作為課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，但是多年來減速器一直作為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，存在內(nèi)容陳舊、思路單一并且網(wǎng)上現(xiàn)成資料過多等諸多問題。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐課的教學(xué)改革已迫在眉睫。

二、教學(xué)現(xiàn)狀分析

雖然目前的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容包含了機(jī)械設(shè)計(jì)課程的絕大部分的知識內(nèi)容，對提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識解決問題的能力打下了基礎(chǔ)，但也暴露出不少的問題。

1.抄襲現(xiàn)象。以我校為例，雖然可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)號選擇不同的設(shè)計(jì)參數(shù)，但是減速器總體的結(jié)構(gòu)是相同的，在學(xué)生中抄襲現(xiàn)象還是比較普遍的，甚至有學(xué)生直接照搬網(wǎng)上現(xiàn)成的資料，幾乎很少有學(xué)生會去思考適合自己參數(shù)的結(jié)構(gòu)、裝配、密封等問題。

2.缺乏重視。雖然課程設(shè)計(jì)對機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生是一門極其重要的課程，但大部分學(xué)生還是把它當(dāng)作一項(xiàng)任務(wù)，并未足夠重視，也沒有將此設(shè)計(jì)課程當(dāng)作提高自己創(chuàng)新能力的一個(gè)很好的機(jī)會。在設(shè)計(jì)中往往都是直接照搬設(shè)計(jì)手冊，不去探究和思考產(chǎn)生問題的原因，并且在整個(gè)過程中缺乏與教師交流、探討的積極性。

3.方式陳舊。我校的課程設(shè)計(jì)工作量為手工繪制減速器裝配圖一張、零件圖兩張和一份設(shè)計(jì)報(bào)告。雖然通過此過程可以提高作圖能力，但是目前虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)非常成熟，包括CAD軟件以及動力學(xué)、力學(xué)分析軟件已經(jīng)普遍被應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，而僅有一小部分學(xué)生會去主動學(xué)習(xí)虛擬仿真技術(shù)。這種狀況已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的需求，學(xué)生的競爭力也會下降。

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)和課程設(shè)計(jì)有著重知識輕能力等弊端，因而存在學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新能力較差和與實(shí)際生產(chǎn)脫節(jié)等問題。作為新一代的大學(xué)生不僅需要扎實(shí)的基礎(chǔ)知識，還應(yīng)具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用能力。目前國內(nèi)各高校都在大力推行“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，其核心就是培養(yǎng)高質(zhì)量的工程技術(shù)人才。而上述機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中存在的這些問題已經(jīng)成為制約實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的因素之一。

三、教學(xué)改革內(nèi)容

國外尤其是歐美發(fā)達(dá)國家的高等教育，非常重視對學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，具有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)。他們鼓勵(lì)學(xué)生提出新的想法和做法，對成績的考核包括課程的報(bào)告、演講、實(shí)踐等多個(gè)方面。我校通過反思高等教育的現(xiàn)狀，借鑒國外高校的經(jīng)驗(yàn)，做出如下改革。

1.建立基于實(shí)際工程項(xiàng)目的衍生設(shè)計(jì)題庫。以往的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容雖然包含了機(jī)械設(shè)計(jì)課程的絕大部分內(nèi)容，但是題目老舊，缺少內(nèi)容的創(chuàng)新，學(xué)生的積極性不高。并且，學(xué)生對自己完成的方案是否可實(shí)現(xiàn)也缺少途徑去驗(yàn)證。因此，引入基于實(shí)際工程項(xiàng)目或者大學(xué)生創(chuàng)新比賽相關(guān)的題目可以有效地?cái)U(kuò)大課程設(shè)計(jì)的題目范圍，挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛力。當(dāng)然，這對授課教師也提出了更高的要求，即不能拘泥于課本。授課教師在備課時(shí)，可以對以往的科研項(xiàng)目進(jìn)行歸納總結(jié)，結(jié)合工程實(shí)際整理出適合作為課程設(shè)計(jì)的題目，也可以鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合“挑戰(zhàn)杯”等比賽自主選擇課題。教師則需對自主選擇的課題從難度、可行性、工作量等方面進(jìn)行把關(guān)，保證課程設(shè)計(jì)能夠順利進(jìn)行。學(xué)生也可以通過這個(gè)過程提高查閱文獻(xiàn)資料以及獨(dú)立思考的能力。

2.虛擬仿真分析。過去學(xué)生主要任務(wù)是完成教師布置的設(shè)計(jì)任務(wù)書，提交設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)報(bào)告，但是對裝置結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)原理和結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響往往一知半解，缺少知識的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)。因此，可鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步對裝置進(jìn)行分析，如采用solidworks、adams和ansys等仿真軟件對方案進(jìn)行動力學(xué)和力學(xué)仿真，對裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能進(jìn)行分析，對裝置的運(yùn)動特性、機(jī)構(gòu)組成原理有了更進(jìn)一步的了解。學(xué)生也通過這個(gè)環(huán)節(jié)，對機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程有了更進(jìn)一步的鞏固。學(xué)生對所需的軟件有了一個(gè)初步的掌握，增加了競爭力。

3.撰寫發(fā)明專利、期刊論文。在上述基礎(chǔ)上，挑選較好的設(shè)計(jì)方案，鼓勵(lì)學(xué)生申請發(fā)明專利并指導(dǎo)學(xué)生撰寫期刊論文。在有條件的情況下，申請專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)購買相關(guān)材料加工出樣機(jī)。這樣既能激發(fā)學(xué)生參與課程設(shè)計(jì)的積極性，也能鍛煉學(xué)生實(shí)際參與項(xiàng)目的能力，為后續(xù)就業(yè)、升學(xué)打下良好的基礎(chǔ)。鼓勵(lì)優(yōu)秀的學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”等比賽，使得學(xué)生在“學(xué)中做、做中學(xué)”的過程中對已學(xué)的知識進(jìn)行融會貫通。

4.改進(jìn)教學(xué)方法和模式。傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要是以教師為主體，通過授課傳授學(xué)生知識。但是學(xué)生對其內(nèi)容往往印象不深，甚至一知半解。而在課改后，鼓勵(lì)教師和學(xué)生合作，共同參與交流、討論，鼓勵(lì)案例式教學(xué)模式，注重對學(xué)生知識、能力與綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。教師可布置一些綜合性、開放性的問題，引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料，甚至可借助實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備和資源，進(jìn)行分析和研究，從而引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、自由發(fā)揮和自覺學(xué)習(xí)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識與創(chuàng)造性思維，并且在這個(gè)過程中，教師也可以與學(xué)生一起探索新的教學(xué)方法及模式。

5.建立全面的成績評價(jià)體系。建立能夠全面、客觀地反映教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生創(chuàng)新能力等的成績評價(jià)體系，提高學(xué)生對自己創(chuàng)新思維培養(yǎng)的重視程度。堅(jiān)持全方位的成績評價(jià)體系，即總成績包含平時(shí)成績、設(shè)計(jì)成績以及創(chuàng)新成果等多個(gè)方面進(jìn)行綜合評價(jià)。教師根據(jù)實(shí)際情況，分配各項(xiàng)權(quán)重進(jìn)行量化分?jǐn)?shù)。平時(shí)成績主要包括機(jī)械設(shè)計(jì)課程原理和方法的掌握，解決實(shí)際問題的能力以及學(xué)生的創(chuàng)新想法。設(shè)計(jì)成績包括提交的設(shè)計(jì)報(bào)告和設(shè)計(jì)圖紙分?jǐn)?shù)。創(chuàng)新成果主要包括虛擬仿真、期刊論文、專利或“挑戰(zhàn)杯”等活動。此項(xiàng)不做硬性要求，鼓勵(lì)有能力的學(xué)生去嘗試參與相關(guān)活動，甚至可以借此鼓勵(lì)學(xué)生提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，跟隨教師從事相關(guān)科研項(xiàng)目。

四、結(jié)論

本次教學(xué)改革將專業(yè)知識和創(chuàng)新實(shí)踐等有機(jī)結(jié)合，更好地體現(xiàn)了重基礎(chǔ)、強(qiáng)應(yīng)用的人才培養(yǎng)目標(biāo)，建立特色鮮明的教學(xué)體系。這將有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和駕馭實(shí)際項(xiàng)目的能力，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作精神，對包括機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程有了更加深刻的認(rèn)識。學(xué)生對工程問題的分析和解決能力也得到加強(qiáng)，為后續(xù)的教學(xué)環(huán)節(jié)、畢業(yè)設(shè)計(jì)都打下了良好的基礎(chǔ)。在這個(gè)過程中，也要求教師擺脫原有的教學(xué)觀念，提高自身的專業(yè)素質(zhì)，達(dá)到教學(xué)相長的結(jié)果。

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