機械創新設計教學研究

任寧 馬曉錄

［摘要］培養創新型人才是大學教育的目標與責任之一，本文試圖從理論教學和實踐教學兩方面探討如何通過機械創新設計的學習，培養與提高機械類專業大學生的機械創新能力。提出采用案例驅動法進行理論教學，指出應重視實驗、創新設計比賽和畢業設計等實踐教學環節對學生機械創新能力培養的促進作用。通過理論教學和實踐教學，提高學生的理論與實踐聯系能力，從而培養和提高大學生的機械創新能力。

［關鍵詞］創新人才機械創新設計實驗教學全國大學生機械創新設計大賽畢業設計

［中圖分類號］G642［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）12-0111-03 一、引言

當今世界創新能力的大小已成為衡量一個國家綜合國力強弱的重要因素，科技創新已成為各國搶占經濟制高點的戰略核心。江澤民同志早在1995年的全國科學技術大會上就指出：“創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力。”劉延東副總理在國家自然科學基金委員會調研座談時指出：“當前我國科技事業發展面臨著前所未有的大好形勢，中央把科技創新提到了一個新的戰略高度。黨的十八大明確強調要實施創新驅動發展戰略，指出科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置。”這些都充分體現了國家對科技創新的高度重視，而要提高科技創新能力，必須培養具有創新能力的人才。因此，在當前復雜的國際競爭環境下，人才的創新能力培養是擺在當代高等學校面前的一項嚴峻課題。

二、現狀分析

機械創新設計是機械設計制造及其自動化等機械類相關專業開設的一門專業技術課程，主要介紹創新設計方法及其在機械工程領域中的應用。通過該課程的理論學習，使學生初步了解機械創新設計的思維基礎和技術基礎知識；掌握機械創新設計的基本理論和方法；并通過機械創新設計實例，培養學生的自學和創新能力。同時，通過實驗等實踐教學環節，培養學生綜合運用所學知識，充分發揮創新思維能力進行創新實踐。通過解決實際問題，逐步形成創新能力。

目前國內許多高校都開設了機械創新設計課程，取得了一定的教學成果，但在教學實施過程中不同程度地仍存在以下問題：1.重視理論知識的傳授，忽視創新能力和實踐能力培養；2.教學手段單一，實踐性應用環節薄弱； 3.試驗條件、設備落后，綜合型實驗少，學生動手能力不足。以上問題最終導致學生獨立分析問題和解決問題的能力較弱，機械創新能力不足。

三、教學改革的實施

為了克服現有理論和實踐教學中存在的問題，提高大學生的機械創新能力，并滿足教育教學工作需要，本文試圖從理論教學和實踐教學改革兩方面探討如何培養和提高機械類各專業大學生的機械創新能力。

（一）理論教學環節

機械創新設計理論教學環節主要講授三方面內容：創新設計理論基礎、創新設計方法和機械創新設計實例。其中，創新設計理論基礎部分介紹創造性思維和創造原理；創新設計方法部分介紹常用創新技法及利用相應創新技法進行創新活動的實例；機械創新設計實例部分對典型案例進行分析，典型案例主要包括：運用創新思維方式、創新設計方法所開發出來的新型機構、結構和機械，以及企業應用創新的典型案例。在此過程中闡述創新的過程和思路，啟發學生的創新意識，激發學生的創新欲望。

傳統的教學模式按照順序，依次講完創新設計理論基礎和創新設計方法兩部分內容之后，再進行機械創新設計實例分析，這一授課過程極易形成以教師講授為主的填鴨式、滿堂灌的教學模式，教學效果可想而知，部分學生學習興趣低下，學生機械創新能力的培養與提高非常有限。因此，為獲得理想的教學效果，必須摒棄滿堂灌的教學辦法，進行啟發式教學，讓學生成為課堂的真正主體。為此，本文提出在機械創新設計課程的理論教學環節采用“案例驅動”方式講授相關內容。即通過對一個或若干個具體的機械創新典型案例（比如全國機械創新設計大賽上的優秀作品）的描述，引導學生對這些案例進行討論，并在討論過程中總結出所應用的創造性思維、創造原理和創新技法，從而獲得機械創新相關知識的一種教學方法。

在案例驅動式教學中，要求老師和學生有更多的投入和參與，必然要花費更多的時間和精力，從而承擔更多教與學的責任。對于教師，必須做好課前準備。授課之前必須認真選擇和組織相關教學資料，從大量的文獻資料和生產生活實踐中選擇出合適的案例，并將案例編寫組織成適合于教學的結構形式，以便于學生學習。對于學生，更應充分做好課前的準備工作，要對所講案例可能涉及的理論知識進行提前梳理與學習。為此，每次上課之前，教師應該提前將相關案例通知學生，使學生有充分的準備時間。在課堂教學過程中，應充分發揮學生的主觀能動性，鼓勵學生積極主動對教師所提供的案例進行分析、討論，并從中總結出有用的結論。在這一過程中，應以學生為主體，教師為主導，堅持啟發式教學，培養學生“存疑、求異”的思維能力，激發學生的責任感、興趣和創新欲望。最后，由教師對課堂教學的全過程進行歸納、評估，總結該案例所采用的創造性思維、創造原理和創造技法，并引導學生對自身在案例教學中所取得的成果經驗進行總結，從而達到理想的教學效果。

（二）實踐教學環節

創新思維、創新理論和創新技法的理論教學固然是創造的重要環節，但只有參加創新設計實踐，才能使學生綜合運用所學知識，解決實際問題，形成創造能力。因此，實踐教學環節對學生加強機械創新設計課程的學習和理解、培養和提高其機械創新能力具有重要的作用。在實踐教學環節，必須加強實驗、創新設計比賽、畢業設計對學生機械創新能力培養的作用。

1.實驗教學

在實驗教學環節，教師應指導學生進行典型機構（比如常用的機電產品）的拆裝，對機構的原理、特點熟悉并掌握之后再進行新的創造設計。鼓勵學生自由發揮，按照不同的思維方式、設計理念設計出具有相同運動和動力特性，但結構形式不同的新機構。每個學生的原理和方案應具有不同方面的獨創性和新穎性，最后進行集體討論，方案選優。

實踐是創新之源，工程實踐是創新的基礎，創新作品的實現依賴于實驗實踐教學基地。近年來，我校以機械創新設計開放實驗室建制為主線，構建了機械創新設計（機械基礎）開放平臺和機械創新設計（專業實訓）開放平臺。依據學生創新能力的差異，從創新能力培養的規律出發，實驗教學中為不同能力的學生設置了基礎層次、創新層次和提高層次的三級實驗教學體系。通過分層次的實驗教學，顯著激發了學生的學習興趣和創新熱情，使學生的創新能力、分析問題和解決問題能力、實踐動手能力等均得到了不同程度的培養和提高。

2.鼓勵學生參加創新設計比賽

實踐證明，學生參加各級各類機械創新設計比賽有利于提高自身的專業能力、解決問題能力和社會交往能力，并最終提高學生的機械創新能力。

為培養學生的創新精神、創新意識和創新實踐能力，落實好教學實踐環節，提高大學生的綜合素質，我校從2007年始已成功舉辦六屆大學生創新創意大賽。機電工程學院參加了歷屆比賽，并取得了優異成績。

“全國大學生機械創新設計大賽”是由教育部高等教育司發文舉辦的一項全國大學生重要科技競賽活動，也是由教育部和財政部資助的全國大學生九大賽事之一。目的在于引導高等學校在教學中注重培養大學生的創新設計能力、綜合設計能力與團隊協作精神；加強學生動手能力的培養和工程實踐的訓練，提高學生針對實際需求進行機械創新思維、機械設計、工藝制作等實踐工作能力；吸引、鼓勵廣大學生踴躍參加課外科技活動，為優秀人才脫穎而出創造條件。大賽因其選題的現實意義、涉及知識和技能的綜合性，以及組織的規范化加上高校的高度重視，為促進學生綜合素質的培養提供了實施的平臺。

圍繞全國大學生競賽項目主題，依托開放基地與平臺，學校進行多次的校內外參賽作品制作和選拔賽。為鼓勵學生積極參加全國大學生機械創新設計大賽，機電工程學院于2007年成立學生機械創新科技興趣小組。從第三屆開始，已連續參加了三屆全國大學生機械創新設計大賽，并在著手準備參加第六屆全國大學生機械創新設計大賽。參賽作品“全自動植樹車”獲慧魚組競賽一等獎，“路面自適應智能除雪車”、“全自動盤類清潔機”等獲慧魚組競賽二等獎；“全自動植樹車”、“自動化立桿機”、“健康飲食定量添加器”等獲決賽二等獎。其中，獲得第三屆全國大學生機械創新設計大賽決賽二等獎的“全自動植樹車”是河南省高校首次在此類全國大賽中獲獎，在學生中起到了顯著示范作用。

3.畢業設計階段

畢業設計是培養學生機械創新設計能力的有效途徑，搞好畢業設計有助于學生機械創新設計能力的培養與提高。

在畢業設計的選題階段，教師應指導學生結合機械創新完成畢業設計的選題工作；引導學生將機械創新設計課程中所掌握的創新思維、創新原理與創新技術等知識綜合應用到機械總體方案設計、運動設計、動力設計和結構設計等畢業設計的全過程中。

通過畢業設計，使學生把大學四年所學到的數學、外語、計算機等基礎知識和機械方面的專業知識，以及機械創新設計知識進行綜合應用，初步培養學生機械創新設計的能力，為將來從事機械創新設計相關工作打下良好的基礎。

四、結論

本文從理論教學和實踐教學兩方面探討了如何通過機械創新設計課程的學習，培養和提高大學生機械創新能力的方法和途徑，提出采用案例驅動法進行理論教學，指出在實踐教學階段，應重視實驗、各級各類創新設計比賽和畢業設計等實踐教學環節。通過理論教學和實踐教學改革，培養學生的創新精神和實踐能力，培養適應社會需要的機械創新型人才。

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［責任編輯：碧瑤］