基于創新能力培養的機械設計課程設計改革探索

石云霞++王新華++陳彩鳳

摘要：以培養學生的創新思維能力為導向，針對機械設計課程特點對課程設計進行改革。在“機械設計”課程設計中，改革設計內容與形式，并結合現代設計方法和技術，提高設計的新穎性和可視性，探索學生創新能力培養與“機械設計”課程設計實踐教學之間的關系。

關鍵詞：機械設計；課程設計；三維參數化設計；創新能力

中圖分類號： G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（c）-0000-00

機械設計是高等工科院校機械類專業必修的技術基礎課程，而機械設計課程設計是其重要的實踐教學環節，它是學生首次綜合運用所學的工程制圖、工程力學、機械設計、公差與測量技術等課程的理論知識來解決工程實際問題的實踐訓練[3]，也是對學生的設計能力鍛煉和培養的重要途徑。為了適應現代社會對創新型人才的需求，并結合現代計算機輔助設計技術的發展，我們對機械設計課程設計教學進行了改革和探索，以強化提高學生的創新意識和創新能力。

1 機械設計課程設計的現狀及問題

1.1 課程設計題目單一

傳統的機械設計課程設計，通常是設計固定的一種或幾種機械傳動裝置，傳動系統的方案和設計參數均由指導教師給定，學生按照設計指導書或老師的要求，按部就班地進行設計。由于是固定的題目，學生缺乏新鮮感，也很容易形成思維定式，不利于創新思維的培養。相同的設計題目也給了部分同學抄襲別的同學設計結果的可能。

1.2 時間緊任務重

通常課程設計安排在理論教學結束之后，集中在2～3周的時間內完成設計。由于時間短，任務重，為了保證設計結果的可靠與完整性，設計題目及設計過程不太可能變化，必須按部就班地完成。所以設計題目往往相對固定，設計形式相對單一，這嚴重制約了學生創新思維和創造能力的培養。

1.3 缺乏團隊合作的訓練

由于設計題目的固化，學生往往是參考設計指導書上的設計實例，按照固定套路各自埋頭苦干，相互之間缺乏交流、溝通與合作。這樣的教學模式，既不利于學生創新能力的培養，也缺乏團隊合作訓練。

1.4 缺乏現代設計方法和技術的應用

傳統的機械設計課程設計，由指導老師給定設計題目、機械系統方案和設計參數，學生按照固定套路進行傳動、聯接等零部件的設計計算，再手工或采用二維CAD軟件畫出裝配圖和零件圖。設計過程枯燥乏味，缺乏直觀立體的感覺，學生興趣不高，效果也不理想。而且這種設計模式沒有傳統的設計方法與現代計算機輔助設計有效地結合起來，也不利于學生將來很好地適應企業對現代產品設計制造的技術需求。

2 基于創新能力培養的教學改革實踐

2.1 創新的設計選題

為了改變以往課程設計中由于固定的設計題目導致的設計缺乏創新性，學生沒有興趣的現象，我們在課程設計中大膽地把選題權交給學生，讓學生通過調研，自己擬定設計題目和設計對象，指導老師通過學生提交的開題報告來審核其題目的合理性和可行性，進行把關。這種選題方式從根本上杜絕了以往的課程設計普遍存在的抄襲現象。現在改變設計課程選題形式之后，學生因為大多是自己構思的新題目和設計方案，不會也不太可能去抄襲別人的設計了。這既是對學生創新設計能力的一次挑戰和鍛煉，也極大的鼓舞激發了他們的創新精神和創造力。

2.2 分散的時間布置

現在的設計選題變革后，面對全新的設計對象，設計進度往往難以把控，短時間內很難確保順利完成。基于此，我們把設計分散到一個學期中，采用每周兩節課集中指導，學生在一個學期內完成的形式，這樣學生的設計時間就比較寬裕了，他們可以對設計方案進行調整，對設計中出現的問題進行修正，同時也便于學生學習新的知識技能來完成自己的設計課題。

2.3 分組的設計模式

在課程設計過程中，學生可以根據課題的復雜程度，各自的興趣特長自由分組進行設計。小組一般2到4人，在開題報告中明確各人分工，由每組組長來統籌課題進度安排。這種分組設計的模式，避免了學生以往單兵作戰的狀態，培養鍛煉了他們的團隊合作能力。學生可以選擇自己喜歡的課題，做著自己擅長的事情，同時集合團隊的力量，這樣的方式肯定能設計出更高質量的設計作品。

2.4 現代設計方法和技術的應用

隨著計算機技術的迅速發展，各種計算機輔助設計技術在工程實際中的應用日益廣泛，已成為現代產品設計與制造的主流技術手段[4]。基于此，使學生掌握一定的現代設計方法與技術十分必要 ，因此在課程設計過程中，我們摒棄了傳統的手工作圖或用CAD軟件進行二維繪圖的做法，要求學生應用常用的計算機輔助設計、分析軟件如 Solidworks、Pro-E、CATIA等進行機械系統的設計、建模及仿真分析。這些軟件界面友好、功能強大、操作靈活、易學易用，基于學生對新事物的興趣，他們很快就能掌握相關軟件的操作。而三維參數化的設計直觀易操作，又便于修改設計，大大提高了設計的水平和效率，同時也符合現代產品設計趨勢。借助三維參數化的計算機輔助設計軟件，把枯燥的設計理論轉換為直觀形象的設計結果，學生的學習興趣被極大地激發出來，設計水平和能力也得到極大地鍛煉和提高。而且計算機輔助設計技術的掌握，在他們參加創新活動、后續專業課程的學習以及畢業設計中都發揮了極大的作用。

下面是學生的一些課程設計作品，都閃耀著創新的火花。

設計作品一：螺旋式硬幣包裝機

設計作品二：輔助畫線裝置

學生在設計過程中，首先要進行調研，確定設計的題目，再根據要設計機器的功能原理，進行機械系統方案的設計，方案擬定的階段也是設計中最能發揮學生創新性思維的階段，在對擬定的若干方案進行優選之后再進行三維建模、仿真分析，檢驗其是否能實現機器預期的功能。

幾年下來，《機械設計》課程設計教學改革實踐取得了較好的效果，學生的學習積極性、創造性被激發出來，新創意、新作品層出不窮，徹底改變了過往機械課程設計題目老舊雷同、設計結果基本相同的的局面。教師和學生都對全新的設計對象充滿興趣，設計過程非常投入。

2.5 成績的評定方法

課程設計考察的是學生對機械設計的基本方法和步驟的掌握程度、分析解決工程實際問題的能力及語言表達和論述能力。因此，學生的成績是依據學生的學習態度、對基本知識的掌握以及能力水平給出。

學生的學習態度根據其出勤情況，設計過程中與老師的溝通交流來評定。對基本知識的掌握可以從其開題報告、設計報告、設計的作品等情況判定。能力水平則反映在其創新思維能力、主動學習新知識的能力、文獻資料的查閱能力、語言表達能力等方面。

設計結束時各小組要進行15分鐘左右的答辯，小組組長介紹設計課題的總體情況，小組成員分別對各自負責部分的工作進行答辯，指導教師根據題目的復雜程度、創新性、任務完成情況和語言組織表達能力分別進行評分。這樣每個同學都得到了鍛煉，也有效避免了個別學生偷懶，自己不做完全依賴別人的現象，同時鍛煉了他們的團隊合作能力。而設計題目的各不相同也限制了學生互相抄襲的可能，所以指導老師給分就有了公平的基礎。這樣的成績評分方法還是相對公平和客觀的，也得了到學生的認可。

3 結語

針對高等工科院校《機械設計》課程設計普遍存在的問題，我們對課程設計的選題、教學方式、方法、設計手段以及考核方式等進行了大膽地變革和探索，目的是改變課程設計的陳舊面貌，激發學生的學習積極性，增強其創新思維意識和創新能力。課程設計的實踐結果也表明，學生的學習積極主動性、創新思維能力、團隊協作能力、語言表達能力都得到了很好的鍛煉和顯著地提高，學生的工程創新能力和設計能力得到了明顯的提升，這在他們后續課程的學習、一系列的創新大賽活動中以及畢業設計都有顯著體現，并將對他們未來的工作學習帶來深刻的影響。

參考文獻

[1] 王新華，沈景鳳，石云霞. 機械設計基礎.北京：化學工業出版社，2011.1

[2] 王新華，沈景鳳，石云霞. 高等機械設計.北京：化學工業出版社，2013.3

[3] 李學藝，丁淑輝，魏軍英. 機械設計課程設計教學研究[J].教育教學論壇，2014（41）：178-180.

[4] 任云，李偉. SolidWorks在機械設計課程設計教學中的應用 .制造業信息化，2015 （7）：20-21.

[5] 李曉剛. “包裝機械設計”課程設計教學的改革探討. 中國林業教育，2013（3）：73-76.

[6] 劉敬春，劉利國. 基于協同創新能力培養的《機械設計》課程設計改革初探. 機電產品開發與創新，2015（7）：142-143.