機械原理創新設計的組織與實施

摘 要 基本素質和能力的培養是高等工程教育的基本目標，而創新意識和實踐能力是學生基本素質的主要方面。本文從學生創新意識和實踐能力培養的角度闡述機械原理創新設計的重要性，基于機械原理創新設計的內容，提出了機械原理創新設計組織與實施的一般步驟和應注意的問題。機械原理創新設計的組織與實施步驟對于其它的工程創新設計可提供一定的參考。

關鍵詞 機械原理 創新設計 組織與實施

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2013）15-0060-03

基本素質和能力的培養永遠是高等教育的基本目標，但其基本素質和能力的具體內容是多方面的，創新精神和實踐能力自然是其中重要的方面。盡管創新是人類的天性，但如何把一個人培養成具有堅實專業基礎的創新性人才，一直是教育者思索，也許需要一直思索下去的主題之一。這些年來，為提高教育質量，培養創新性人才，教育部實施了高等工程教育教學內容和課程體系改革計劃，建設了一批工科基礎課程教學基地，同時還舉辦了諸如大學生機械創新大賽等比賽，這些措施推動了工科教育改革的深入發展。

眾多教育者在如何培養學生的創新意識和實踐能力方面所作的努力，其中不少與其說是改革，不如說是探索。毫無疑問，僅憑四年的大學學習，不可能把一個學生培養成為一個專業化的創新能力很強的人才，大學教育只能把他培養成為一個具有較強專業知識的創新性人才。機械原理課程及其創新設計在機械類專業人才培養中的地位非常重要，在學生未學習相關專業課程時要到達培養機械創新創新精神和實踐能力的目的本身就是一種挑戰。

一、機械原理創新設計是培養機械類創新人才的必須環節

設計是對抽象需求的具體化，人類所使用的機械，都由創新設計而得來，如減速箱、自行車、汽車、飛機、金屬切削機床、人造衛星等。人們的很多需要通過不同機械系統相應的功能得到滿足，但人們對新的、具有優良特性的機械系統的需求總是持續不斷的。

創新設計幾乎是人類的天性，我們設計學習、設計生活，甚至設計人生，當然也包括設計功能多樣的機械系統。機械系統無論簡單或復雜，都需要一定的設計技術和設計過程實現，需要設計者具有優秀的設計能力，復雜機械系統的設計更需要通過團隊合作才能完成。設計過程中有分工，如有組織者（或協調人）、創新設計者、搜集或者資源調查者等。創新是有風險的，設計過程中并非處處要創新，選擇設計、組裝設計、參數設計本身并不需要創新，但創新能力是一個優秀設計者必備的素質。

具有創造性問題的答案都符合一條標準，即為正確解且具有原創性。創造力和想象力幾乎成正比。一個具有創造力的設計師是具有專業知識的、具有豐富想象力的、勤奮工作和積極建設型的人，而且具有較強團隊合作精神和剖析事物的能力。

要成為優秀的機械系統設計者，需要一定的天賦，更需要接受專業培養，并在工程實踐中培養設計能力。一般而言，一個大學生獲得機械設計能力的基本訓練途徑有：

（1）機械原理、機械設計等課程理論學習與課程設計；

（2）創新設計活動，比如創新實驗、創新設計大賽等。

機械原理創新設計活動是培養學生的創新意識和機械創新設計能力的重要形式。通過機械原理創新設計環節，可使學生比較全面、系統地掌握和深化機械原理基本原理和設計方法，敢于提出新功能，敢于創新并能應用創新原理和創新技法進行簡單機械系統設計，為能設計復雜的機械系統、成為優秀的機械系統設計者和創新性人才打下良好基礎。

二 機械原理創新設計的組織與實施

1.機械原理創新設計的任務來源

為有效組織機械原理創新設計，可根據創新設計時間的期限作簡單分類，如1周的創新設計、2周的創新設計和長期開放性的創新設計等。對于短期的創新設計活動，其設計工作量相對較小，既可作簡單機械系統完整的原理方案設計，也可作較復雜的機械系統設計的某些階段或某項功能設計。實踐證明，無論短期的還是長期的機械原理創新設計，設計成員分組協作進行是一種非常有效的組織方式。

作為實踐教學，可選擇1周的創新設計或2周的創新設計，也可選擇短期的創新設計與開放性的創新設計相結合的方式，同時開放性的創新設計可向后續的實踐教學環節延續，如機械原理課程設計形成的功能原理方案可在機械設計課程中繼續進行技術設計。

機械原理創新設計的任務一般有三個來源，其基本特點如表1。

表1 機械原理創新設計的任務來源及特點

無論設計全新的機械系統還是在現有機械系統的基礎上更新設計，規劃設計階段的工作非常重要。一般規劃設計階段需要進行調研、可行性論證，才能提出相應的設計任務書。調研一般可做市場調研（如進行需求、購買行為分析，銷售量及市場占有率預測，經濟、社會分析、產品社會效益及壽命周期預測等）、技術調研（如進行產品設計、制造技術和材料的研究，作出技術可行性預測及成本預測）、現狀調查（對國內外的同行進行分析，作時間、技術及功能上可能超前的預測）等。可行性論證從經濟、技術、市場等方面論證新產品開發的必要性和產品設計、制造、銷售等各方面的可行性。

簡單講，調研報告需要回答“為什么”要進行某個具體的機械系統設計，可行性論證報告回答“能不能作”，而設計任務書則約定“做什么”和“做到什么程度”，是實現功能的具體要求。

調研報告和可行性論證報告一般都有相應的格式與要求。考慮機械系統及其設計的特點，一般機械系統設計調研報告和可行性論證報告可在如表2和表3的基礎上進行修改、補充后形成。

表2常用機械系統設計調研報告的形式與內容

表3 常用機械系統設計可行性論證報告的形式與內容

設計任務書明確設計目標及需要達到的功能和性能指標，基本內容有功能要求、設計參數及其他相關要求等。設計任務書根據調研報告和可行性論證報告確定，要簡潔、準確，同時要有一定的自由度。例4.1為機械原理創新設計用的自動煎蛋器設計任務書，除了基本要求和環境要求外沒有更多的要求，給設計者留下更多的創新空間。如設計任務為具體的產品設計，需要設計者提供全部相應的技術文件資料（包括裝配圖和施工建議）。

2. 機械原理創新設計的組織實施

根據教學計劃、培養創新意識和實踐能力的需要，確定機械原理創新設計的期限并組織實施是機械原理創新設計中非常重要的環節，組織實施效率在一定程度上決定了創新設計培養的效果。為培養學生在創新設計中獨立思考基礎上的合作精神和增強師生之間的互動，可把學生按照自愿原則實行分組，一般每組以不少于3人且不多于5人為宜。

表4所示為三種不同期限的機械原理創新設計的時間分配和任務量。

表4機械原理創新設計和時間安排

3. 機械原理創新設計組織與實施中注意的問題

無論設計目標來自何處，無論是短期設計還是開放性的創新設計，組織實施非常重要。教師既作為組織者、指導者、又作為設計參與者必須起到互動和激發學生創新意識的橋梁作用。對如下一些問題需要特別注意：

（1）分組時盡量鼓勵差異較大的同學成組，給出一定的設計任務分配思路，讓組員選出組長。讓組長明確自己除了設計本身之外，諸如記錄、協調等職責。

（2）讓每位同學都發表自己的看法，鼓勵創新精神。除了違反基本科學規律的想法外，不要輕易否定同學的構思。對于不太合理的設想，要選擇合適的時機作分析后提出改進要求。

（3）鼓勵學生先考慮選用常用的純機械機構，然后要求學生對構思的方案中任選至少一項功能采用廣義機構實現。在功能原理方案設計的后期，鼓勵學生多采用廣義機械系統。

（4）對于設計過程中學生因知識所限而無法求解的功能或不能作詳細分析的功能載體，如繼電器、傳感器以及復雜的控制單元等，容許學生僅提出功能要求。

（5）通過組內討論或組間討論總結創新設計的階段性成果，引導學生合理創新。

（6）及時詢問學生想做什么，想讓老師幫助他做什么。結合創新設計詢問他們想學習哪些課程或哪方面的知識。如果學生想把機械原理創新設計延伸到后續實踐教學環節，不要忘記提出必要的指導意見并作記錄。

（7）對運動和動力分析，鼓勵學生多用計算機輔助設計。

（8）成績評定時適當提高創新意識的比例，并當面說明其獲某成績的理由。

（9）要組織好任務布置、幾次討論會和機械原理創新設計的答辯環節。對于重要階段進行的討論會，可根據創新設計組織的需要選擇實施，并在表5內容的基礎上作適當調整。

表5 機械原理創新設計階段性討論會內容

在培養機械工程類學生的基本素質和能力，突出創新意識和實踐能力教學中，機械原理創新設計具有主要的地位。機械原理創新設計的內容和主題需要創新性和實踐性緊密結合，機械原理創新設計的組織與實施中需要對學生進行分組，形成合作學習教學，應充分調動學生的積極性并培養協作精神。

參考文獻：

[1]楊叔子.機械創新大賽很重要[J].高等工程教育研究，2007，（2）.

[2]戴偉芬，孫宗禹.試析閑暇視野下大學生創新能力的培養[J].高等教育研究學報，2007，（3）.

（責任編輯 劉 紅）