機械設計教學中學生創新能力的培養

一、《機械設計》課程的相關特點

1.課程設置目的

《機械設計》課程是培養學生具有機械設計能力的技術基礎課，通過本課程的學習使學生獲得機械設計的基本知識、理論和方法.而且要求學生結合本課程的學習，能夠綜合運用所學基礎理論、技術知識，聯系生產實際和機器的具體工作條件進行設計構想和設計技能基本訓練，以便為順利地過渡到專業課程的學習，并為進行專業產品與設備的設計打下良好基礎。

2.課程教學基本要求

（1）要求掌握的基礎知識：機械設計的一般知識，機械零件的主要類型、性能、結構特點、應用、材料、標準。

（2）要求掌握的基礎理論和方法：機械設計的基本原則。機械零件的工作原理、受力分析、應力分析、運動分析、失效分析等。機械零件工作能力計算準則：體積強度和表面強度，靜強度和疲勞強度，剛度與柔度、摩擦、磨損和潤滑，壽命與可靠性以及熱平衡、穩定性等。計算載荷，條件性計算等強度計算，當量法或等效轉換法等。機械零件簡化的物理模型和數學模型，改善載荷和應力的分布不均勻性，提高零件疲勞強度，降低或增強摩擦，改善局部品質，提高零部件工藝性的途徑和手段，以及預應力、冷作硬化、變形協調原則在設計中的應用。

（3）要求掌握的基本技能：設計計算、結構設計、繪圖技能、實驗技能、編程技能、計算機輔助設計技能、編制技術文件技能等。

二、機械設計課程中培養學生創新能力的環節

1.優化課堂教學環節

（1）運用啟發式和討論式教學引導學生創新。在機械設計教學過程中，教師應該組織學生根據提出的問題進行分組討論，學生通過分組討論可以提高自己對于機械設計課程知識的感知度和理解程度，以激發他們的學習情感和思維能力，使學生對課堂上學到的知識，形成理性認識和學科認知。

（2）全面實施項目教學法。以項目為背景，引導學生從項目的角度去思考問題和學習知識。教師在每學期第一堂課的開始，就把機械設計課程的要求、題目和方法融入到課堂教學之中，以項目為背景引導學生查閱資料和組織材料。最后通過相關調查研究，使學生開脫與機械設計課程設計的相關知識，轉變學生的觀念和態度。

（3）教學過程中適當使用多媒體輔助教學。采用多媒體輔助教學手段，使枯燥無味靜止的機構動起來，以更豐富多彩的方式展示給學生。學生也可以觀察動態機構，獲得感性認識，激發自己的學習興趣。同時，通過一些多媒體教學手段的展示，也可以提高課堂教學效果。

（4）引入工程實例引導學生創新。教師在對每章內容進行講授時，結束基本知識教授后要結合課堂教學的相關內容引入與課程教學有關的工程實例。通過聯系工程實例，提高學生理論聯系實際的能力。教師也可以在課堂上引入機械創新設計方法的內容，提高學生的創新能力。在課堂教學授課中要以工程為主線和背景，怒力培養學生的工程素質、工程意識和工程實踐能力。

2.優化實驗教學環節

教師還應該依托學校的教學環境，構建一些專門的機械設計實驗室，設計并購買一些能吸引眼球并具有創新意識的機電產品，比如精巧的機構、玩具，典型的教學機構和機器。實驗室應該全面向學生開放，并讓學生參與實驗室的建設。學生可以觀察分析機構的運動方案、工作原理、關鍵技術和機械結構，也可以參與重新構思組裝機構和機械，學生設計的一些新型機構也可以展示在實驗室中。

3.優化課程設計教學環節

在機械設計課堂上，為了培養學生的創新能力，教師應該增添一些機械系統運動方案選型設計的內容。布置的設計題目可以是：水果去皮機、自卸車舉升機構、擦窗機、折疊椅、掃地機等。教師也可以引導學生利用課余時間對常見的機械裝置、玩具或工具進行觀察，分析它們的運動原理和機構形式。對于那些課程設計題目，教師可以教會學生查閱相關參考資料。結合實際題目擬定機械系統傳動方案，并結合這些方案的要求建立機構力學模型。同時利用計算機進行運動參數的設計和仿真分析，最后結合這些設計方案鼓勵學生做出實物。例如，在機械設計課程中帶式輸送機傳動裝置中的圓柱齒輪減速器設計是一個經典的課程設計內容，傳統的教學方法是教師將班級分為若干小組，每個小組的設計參數相同，這樣的教學方法使一部分的同學對設計圖紙和結果進行了抄襲。為了解決這樣的弊端，教師可以在課程設計之中為每個同學設置不同的參數，要求學生用計算機繪圖取代傳統手工畫圖。這樣既增加了課程設計的難度，又強化訓練了學生的計算機繪圖能力，提高了學生的創新能力。

三、案例分析

本文以機械設計中“平面四桿機構”知識點的學習為研究對象，介紹“以培養學生創新意識為主線”的教學模式的具體實施。

1.創設問題情境

教師在上次課結束時對課后作業進行了布置：要求學生對公共汽車門的啟閉機構進行觀察，并分析公共汽車門的啟閉機構由幾個可以活動的構件組成。在本次課的開始時，教師對幾個學生的觀察結果進行了抽查，引導學生對各種不同的觀察結果進行比較和評價。

學生討論之后，教師對觀察作業的正確答案進行公布，對那些仔細觀察的學生進行鼓勵，然后引出本堂課的教學目標，對平面四桿機構進行定義，并提出啟發式的問題，例如在日常的生活中可以見到哪些平面四桿機構？怎樣設計四桿機構？這些平面四桿機構有什么樣的基本特性？

2.學生分組討論

學生根據教師提出的問題，結合教材內容和生活實際，對四桿機構的基本特性和類型進行討論，教師要鼓勵學生積極對一些簡單的四桿機構進行設計。在學生討論的過程中，對于四連桿機構的動作邏輯，老師應有意識地引導學生分析與其他的機構相比具有的獨特之處，機構參數改變對于機構的影響等方面的內容。

3.課堂講解

針對那些學生在討論過程中仍不能解決的問題，教師應該利用板書和多媒體軟件進行精辟、有針對性的講解。在講解過程中，教師也應該利用多媒體軟件對一些常見四桿機構動畫進行適當播放，如鶴式起重機、飛機起落架、自動卸貨車、汽車刮雨器等機構，讓同學對這些機構有一個感官上的認識。在知識講解結束后，教師進行總結和評價，并可以在課堂上引入刨床機構等相關工程實例，引導學生對平面四桿機構進行創新設計。

4.布置課后作業和實驗

教師對學生進行分組，并對每組學生提出不同平面六桿機構的性能參數，對一組設計題目的設計過程，先用一些比較成熟的軟件進行演示，引導學生運用軟件利用課余時間對相關機構的運動參數進行計算，使學生熟練掌握計算機，采用計算機輔助技術完成相關的機械設計。作業的輔導和答疑可采用網上交流的方式，開通教師和學生之間的綠色教學溝通途徑。

5.課外科技活動

在學生參加課外科技活動時，教師要進行適當的引導。例如，教師可以在班級內舉辦平面四桿機構創新設計大賽，鼓勵學生踴躍參加，對于那些做得好的學生進行獎勵。還要支持和鼓勵學生參加校外和學校的機械設計大賽。在課外科技活動中，教師特別要引導學生順應時代潮流進行創新機械設計的嘗試，如攀爬機械裝置，嘗試設計水上自行車、仿生機械創新設計等。

（作者單位：廣東市韶關市技師學院）