培養機械創新設計能力的教學方法探析

宋井玲+夏連明+孫霞

摘要：“自動機械設計”課程是機械設計類本科的專業課，對機械設計創新能力的培養起著重要的作用。本文從該課程教學內容的設置、考核方式的多樣化、課程設計等方面探討培養大學生機械創新設計能力的教學方法。

關鍵詞：機械;創新設計能力;教學;培養

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）24-0160-02

一、引言

“自動機械設計”課程是機械設計類本科的專業課，為了加強學生機械設計綜合能力的培養，我校2003年開始作為機械設計及自動化專業和農業機械化及其自動化專業的專業課開課。現已建設成為專業核心課程，對提高學生的機械設計水平和創新設計能力起到了重要作用。

二、教學內容的設置

自動機械是指自動化程度較高的機械系統，其教學內容與“機械系統設計”類似。要培養創新能力，必須先具備堅實的基礎理論和設計方法，因此我們根據自動機械與一般的機械系統相比，有自動化程度高、結構復雜等特點，在教學內容上以自動機械的四大結構組成部分，即驅動系統、傳動系統、執行機構和控制系統為主要內容展開，著重共性問題，力求照顧到系統性和完整性，深入闡述了自動機械設計中普遍性的理論問題，重點分析自動機械中普遍應用的機構、裝置的設計原理和方法以及現代控制技術，注重機械設計與現代機械設計理論和方法相結合，同時列舉了大量實例，力求做到理論聯系實際，突出專業特色和現代科學技術發展水平。課程內容不僅體現傳統的機械及其設計方法，還體現了現代自動機械及其制造技術的新進展和現代設計方法的新應用，注重教學內容的更新。我們主要參考了崔久浩的“自動機械設計”一書，編輯出版了“自動機械設計”教材，在基本內容上比一般的“機械系統設計”教材更全面和豐富。

在教學中，力求把發明創新意識貫穿于整個教學過程。教學過程中除了上述主要內容外，充分利用多媒體教學手段，通過大量的自動機械和機構的工作視頻和照片提高教學效率，創造視覺的新感受，增強感性認識，激發學生的學習興趣和熱情，同時有效提高了教學效果和學生的知識面。在教學過程中，注重自動機械各組成部份的基本工作原理、結構特點和設計方法，淡化理論模型和推導。利用啟發式、提問式、反問式等方法，激發學生的創造性和想象力，提高綜合應用所學知識進行機械設計、探索新知識、新技術、開發新的機械產品的能力和水平。推薦并組織學生觀看中央電視臺的“我愛發明”節目，提高發明創造的興趣，學習發明創造的一般思路和方法。支持鼓勵學生參與教師發明專利的申請工作。

增加課堂討論環節，設計能激發學生發明創新意識的討論題。例如：原理方案設計時，每組提出至少3種機器，每種機器采用兩種以上的原理實現其功能。總體設計時，以小型代步工具為例，不限定條件，發揮學生的創造性，分組提出方案并討論其特點和可行性。在講述執行機構有關內容時，讓學生提出分解用機器代替手工操作的動作，并提出可能實現這些動作的機構或組合機構并加以比較。在講間歇機構和供料機構時，提示學生生活中可能應用的場合并讓學生注意觀察后，討論為什么在此場合會應用此機構，是否可用其他機構代替，如果能用其他機構代替，就有可能創新發明新的裝置或機器。另外，鼓勵學生參加山東省機電產品創新大賽等各類校、省、全國創新大賽，并可在討論課中做專題討論論證方案，指導學生充分發揮想象力和創造性開發新的機械產品。在歷年“山東省大學生機電產品創新設計競賽”中獲得了多個一等獎，在其他創新競賽中也屢創佳績。

三、考試考核方式的多樣化

考試考核目標是使學生在掌握基本理論、基本知識和基本技能的基礎上，增強職業素養與專業技能，提高分析問題及解決問題的能力，成為具有較強創新意識和實踐能力的高技能人才。考試考核以有利于學生運用知識能力、實際工作能力和創新能力的培養，有利于學生學習方法的改變為指導思想，使教學工作的重點落實到學生創新能力的培養和自身素質的提高上。為了激勵學生學習興趣和創新性，筆者設計了以下考試考核方式。

1.大作業。分組整理討論課中的討論結果以及新的創新想法方案形成大作業，內容可是完整機械，也可是關鍵機構、部件;時間可從課程開始到最后筆試之前，期間還可通過郵件、QQ和微信以及校核心課程網等及時得到教師的指導。

2.答辯式。建立具有綜合性、適宜答辯的試題庫，成立答辯小組，答辯小組由至少3位教師組成，可包括助課研究生。考核時每個學生按順序先后隨機抽取題目，準備10分鐘。準備時可翻閱參考資料以及和同學討論，此時學生參與討論的積極性非常高，不僅有利于抽到考題的學生掌握該知識，也使參與討論的學生學習掌握了考題中的知識點，每個學生表面上是考核自己抽到的有限的考題，實際上在整個考核過程中，參與了幾乎全部學生的考題準備，從而將考試變成了學生積極主動的學習、交流、鞏固所學內容的過程，學生不再是應付考試，厭煩、害怕考試，同時也鍛煉了學生綜合利用所學知識、收集資料、口頭表達的能力以及答辯和應變能力等，有利于將來找工作時的面試，這使得學生的收益是全方位的。

3.筆試。筆試在課程結束后，時間由學校統一安排，主要考核基本概念和理論。創新發明必須在掌握扎實的機械設計基本概念和理論基礎上，因此，掌握這些概念非常重要。例如自動機械生產率的概念、評價工作性能的指標等。

四、緊密結合實際應用的課程設計

課程設計是自動機械設計課程的一個重要教學環節，是培養學生獨立運用所學知識、綜合分析和解決工程實際問題能力的重要教學步驟，為學生將來從事工程技術工作和畢業設計打下良好的基礎。在此教學環節中，學生可將所學的自動機械設計知識應用于設計中，這是有效的練兵和檢驗，同時還可以提高、鞏固教學效果的環節。因此，我們要緊密結合實際應用進一步加強培養學生的機械創新能力，使學生在課堂教學環節中的創新性想法得以進一步實現，距實際應用更進一步。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。endprint

1.課程設計內容。在自動機械的四大結構組成部分，即驅動系統、傳動系統、執行機構和控制系統中，驅動系統通常為選型設計，包括在總體設計的內容中，不單獨作為課程設計題目，控制系統涉及電氣電子液壓、計算機等相關的學科知識較深，在課程設計中我們將這部分作為選做內容。因此，課程設計的主要內容包括傳動系統、執行機構和總體設計三種。比較復雜的機械3個人一組，自由組合，每人主要負責一部分內容，其中總體設計的學生由小組成員推薦選舉產生并擔任組長，除了自己承擔的內容外還要負責協調3個人的方案應能滿足整機的任務書要求，完整一致。各種題目的具體內容如下是。

（1）自動機械總體方案設計。①根據給定機械的工作要求，確定實現功能要求的原理方案。②根據原理方案確定工藝方案。③確定工作循環時間，擬定機械的工作循環圖。④確定采用的動力形式、總體布置、總體結構來設計機架。

（2）執行機構設計。①參與原理方案和工藝過程的設計。分析確定工藝操作動作、順序、運動形式和運動規律。②擬定機構的選型與組合方案，提出多個方案分析并選擇最佳的。③機構的設計計算，主要構件的運動分析、仿真等。④機構的結構設計，畫機構簡圖，包括運動軌跡、極限位置圖。

（3）自動機械傳動系統設計。①參與原理方案和工藝過程的設計。分析工藝操作動作、各機構運動形式和運動規律選擇動力機。②確定傳動機構方案和采用的傳動形式，分析傳動效率和傳動精度，提出多個方案并分析選擇最佳的。③傳動比分配、設計計算，主要零件的強度校核。④傳動系統結構設計，畫傳動系統結構圖。

2.課程設計題目。筆者精心設計了多于學生人數的課程設計題目和相應的任務書，制定了課程設計大綱和指導書。學生選題具有靈活性，可從給定的題目中選題，也鼓勵自選題目。學生自選題目要經過論證方可作為課程設計題目并有一定的加分，同時要與教師的科研以及各種創新競賽題目緊密結合，有效激發學生的學習興趣和參與的積極性、主動性。山東省大學生機電產品創新設計競賽每年暑期進行，而自動機械課程設計正好是每學年的第二學期，可以說這個學期是學生申請準備方案、進行結構設計的階段。采取提前選題的方法可以使學生在上課期間有目的的聽課，有充分的時間醞釀設計方案，使自動機械課程設計教學環節不局限于培養方案中設置的1周時間，有效地提高了課程設計的質量和效果，有些題目最后還申請了發明專利。“用于大粒種子的精密排種器”、“家用瓜子去皮機”、“頂尖可收集式仿形棉花打頂機”等項目就獲得了山東省大學生機電產品創新設計競賽的一等獎。

五、結語

“自動機械設計”是一門實踐性較強的專業課，對培養學生機械創新能力起著重要作用。因此，筆者在整個教學環節中，始終貫穿創新意識，調動鼓勵學生學習的積極性、主動性，開發創新思維，并取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]帥玉妹.大學生機械設計創新能力的培養思路[J].中國西部科技，2009，（31）：58-61.

[2]宋井玲.自動機械設計[M].北京：國防工業出版社，2011.endprint