機械設計基礎實驗教學探索

王海泉 姚玉環 龔勇鎮 馬李 張小勤

摘要：機械基礎實驗是機械類專業實踐教學中的重要環節，根據機械基礎實驗教學中所存在的問題，在機械設計基礎實驗教學過程中，通過探索應用信息技術、TRIZ工具、開放項目、激勵機制及創新大賽等手段，構建開放式實驗教學環境，旨在強化學生各項能力的培養。

關鍵詞：教學方法；機械設計基礎；實驗教學；開放實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）14-0271-02

目前，很多機械設計基礎實驗教學，因課時限制等原因，實驗學時不足，綜合性和設計性實驗也隨之減少，學生也存在“被動參與”的弊端[1-2]。教學過程中，教學內容、方法更新緩慢；實驗的考核重知識，輕能力等，這些問題在某種程度上束縛了學生的創新思維、想象能力等[3]。下面結合我校機械設計基礎實驗在強化學生各項能力培養的實驗教學觀念指導下的一些探索。

一、以信息技術為媒介，助力實驗教學

在全球化加速推進和信息化迅猛發展的背景下，社會發展日新月異，信息技術在教學中的應用顯得越來越重要。我們可利用新媒體宣傳實驗室在學科、教學、管理、科研、比賽等方面的“正能量”，減少學生對實驗室功能認識的盲區，吸引更多學生進入開放實驗室。在日常實驗教學中，充分利用信息技術與實驗教學的深度融合[4]，通過督促、檢查等方式引導學生重視在課余投入時間和精力進行自學。我們還可通過微信、微課等形式讓學生對某個知識點實驗內容課前預習或提前覽閱虛擬儀器，課前進行檢查提問，同時布置具有拓展性的學生不熟悉的課題，讓學生們課下進行學術研討，并通過網絡檢索文獻，進行深入研究并進行歸納總結。例如：我們讓學生應用TRIZ理論40條創新原理解決管道機器人的多功能問題、應用機械設計理念中的一種（如模塊化設計）設計水果采摘器等，在日常實驗教學中潛移默化地引導學生養成課外自學的習慣，讓學生深刻體會到時時、處處可學，進而也培養了學生的自學能力。

二、TRIZ工具集用于驅動學生創新，為實驗教學提供新途徑

TRIZ理論是前蘇聯以根里奇·阿奇舒勒為首的專家，通過對世界各國數百萬件高水平發明專利進行分析后提出的一種解決發明問題的理論[5]，TRIZ創新方法在在俄羅斯、歐美國家和地區已經獲得廣泛應用，也獲得了顯著成效。基于機械設計基礎課程性質，為了給學生解決技術問題、開發產品、形成新的構思提供一種方法，進入開放實驗室的學生，我們先會培訓TRIZ理論這門課程，包括：物理矛盾與分離原理、物場分析與標準解、科學效應、發明原理、功能導向搜索、特征傳遞、案例介紹等，總之培訓的目的是要讓學生學會如何根據需求去創新，學會創新方法，培養團隊合作精神，通過不同形式項目，使學生逐步形成創新意識。

三、利用開放項目，鞏固和延伸教學內容

學生進入開放實驗室組建的團隊后，以機械設計基礎實驗為例，我們可設立一大批以機械設計基礎課程理論知識和工程知識多維滲透的綜合性、設計性和探索性開放實驗項目、學生自主創新項目，以此為抓手，在實驗室管理機制上更加靈活的配合，構建的開放性項目允許學生自選及在課余時間在任何地點完成。開放項目如：利用互聯網+TRIZ理論創新設計近在咫尺的、家庭、商場、教室等每天用到的東西，如電風扇、插線板、多功能桌子、遮陽蓬、自行車、機器人等等。以司空見慣的遮陽棚為例，通過學生的討論、查文獻，有的學生團隊運用TRIZ理論中40條創新原理中合并原理、預先作用原理、有效作用的連續性原理及自服務原理等，并結合TRIZ創新方法中的最終理想和資源分析法，設計出面向汽車室外防護的全自動遮陽蓬，設備結構如圖1所示，該項目獲得“攀登計劃”資助，經費8萬元。該團隊學生三維仿真建模完成后，有學生目瞪口呆地說：“哇，這么回事啊，為什么以前沒有想到，好神奇呀！”通過這種團隊活動，也使得學生養成一種觀察身邊事物或生活的點點滴滴習慣，提高與人交往能力與團隊協作能力，為創新提供一種基礎。

四、以激勵機制、頭腦風暴、創新大賽，為人才培養再續航

學校需建立一套完善而有效的激勵機制，激勵學生創新，如：①獲國際級、國家級、省級比賽獎、發表專利或論文的同學給予獎勵；②有創新成果且獲得國家專利、發表論文等給予校級科研項目培育資助；③提供創新平臺、服務平臺，做好表率宣傳，校園形成創新氛圍等。另外，我們把各類創新大賽、項目中反映出的綜合專業理論知識及技能反饋到開放實驗項目各個環節中，在此過程中一些方法賦予具體意義，對學生理解和掌握專業知識具有十分重要作用，方法不一定老師舉，可以放手讓學生用“頭腦風暴”法討論，學生踴躍發言，有的學生舉例出乎意料，又言之有理，最后播放提前準備好的微課例子，形成對比，培養了學生的創新精神、發散思維和準確的表達能力，教師要盡可能為學生提供這樣的機會。如以現代TRIZ理論創新設計石化管道機器人為例，其中一個功能是要實現機器人尺寸能夠調節，利用功能導向搜索功能，對功能進行一般化描述為尺寸調節結構，讓學生舉例，有的學生想到了月球探測車、折疊機械結構、汽車吊伸縮結構、車床夾盤卡爪、相機變焦機構、風扇高度調節、雨傘長度調節結構、行程放大機構等等，再讓學生應用TRIZ理論中40條創新原理中的原理解決該問題，學生分析出是氣壓和液壓結構、預先作用、多用性等原理，通過這些不同方法，再結合工程案例的講解，不僅能啟發學生，而且增強了學生對知識的興趣、理解和創新。

我們對所有進入實驗室的學生課題進行培育，同時選拔優秀作品親自動手做樣機，參加各種競賽，提升學生學習興趣及成就感等，當前，作者所在開放實驗室培養的學生參加的社會實踐與科技競賽，參賽項目有：云智能醫藥服務機器人；智能化太陽能廣告牌的研發與應用；健康智能調味料定量器；基于現代TRIZ理論自充式LED照明鞋創新設計等。

五、結語

近年來，從進入實驗室的學生問卷反饋意見和評價表明，通過機械設計基礎的日常實驗教學與教師帶領學生參加科技開發、應用研究，大多數學生普遍得到了各項能力的全面培養，達到了培養目標，每年都有學生主持或參加校級培育項目、廣東大學生科技創新培育專項資金立項項目，不少學生研發了具體產品，積極參加課外科技活動，有的獲得了國家級獎項、申請專利或出版了專著，有的在省級以上期刊公開發表了論文，還有的學生利用在學校期間做的項目基礎，準備創業。不同實驗室、不同課程的實驗雖然都有自身不同的特點，但在日常實驗教學過程中仍可探尋出合適的教學手段，提高學生各項能力。

參考文獻：

[1]張洪田.構建開放式實驗教學體系培養工程應用型人才的探索與實驗[J].中國大學教學，2011，（8）：73-76.

[2]寧方立，王琳.虛實結合的機械設計實驗教學方法[J].實驗研究與探索2017，36，（2）：165-166.

[3]楊李婷，章韻，黃剛.基于開放實驗與自主學分個性化教學模式的探索研究[J].實驗技術與管理.2017，02（34）：158-161.

[4]劉江南.日常教學潛移默化培養學生四種基本能力[J].中國大學教學.2010，（8）：21-22.

[5]MANN D.Hands-on systematic innovation [M].Ieper，Belgium：Creax Press，2002.