机械类本科生创新能力培养的研究

汪选要　李文荣　叶友东

【摘 要】根据机械专业的特点,分别从教学体系建设、教学实践上提出了一些提高本科生创新能力的途径和方法。在教学体系的设置上,应根据培养目标进行优化和重组;在教学实践上,应根据专业特点,改进培养方法,使得培养的本科生能快速适应工程实际的需求。

【关键词】教学体系 实践教学 创新能力

培养和提高学生的创新思维能力,是高等教育改革的一项重要内容。在当今社会,产品的功能不断增强、原理不断创新、技术更新速度日益加快。一个以知识经济占主导地位的新世纪已经到来,而知识经济的生命和源泉就在于创新。培养学生的创新能力,是时代的要求,也是新时期高等教育的特点所决定的。因此,培养具有较强的机械创新设计能力的人才已成为各高等院校优先考虑的发展目标之一。本文根据教学实践,结合机械工程专业课教学的特点,以培养学生综合运用所学知识,来分析和解决工程实际问题的能力, 如查阅科技资料、运用计算机软件、机械制图以及机械设计能力,是学生获得工程技术训练的必不可少的实践性教学环节。如何在教学过程中培养创新能力, 笔者在教学过程中进行了一些初步探索。

一、培养创新能力的教学体系建设

机械类专业基础课程,过去只注重向学生传授基础理论知识,而忽略了工程意识的培养,更谈不上创新能力的培养,这样导致学生理解程度有限,教学效果较差。机电产品的设计,一般要经过产品的规划、方案设计、技术设计、施工设计等主要阶段,学生通过机械类基础课程的学习,不仅要掌握这些环节所需的基本理论知识,还应掌握其现代设计的基本方法,即创新设计的基本思路。我们通过教学体系的改革,建立了以培养学生的工程意识和创新设计能力为主的新体系。《机械原理》课程主要培养学生对机械原理和设计方案的创新设计能力;《机械设计》课程着重于机械零部件的工作性能和结构设计能力。根据各门课程在课程系列中的地位和作用,从培养创新能力出发,我们对教学内容进行优化和重组。

二、提高创新能力的方案与实践

1.实验体系的完善

由于学生的知识面和工程经验有限,必须通过实验来增加他们对机械的感性认识。在开设基础性、开放性实验的基础上,着力构建综合性、设计性、创新性实验平台。目前,我院建成了典型机构参观、机构测绘及机构创意组合拼装实验台,机构参观平台主要包括常用机构及机械系统的结构展示;机构及机械系统的简图测绘及结构分析;机构创意组合拼装试验是学生对自己设计的机构验证平台,依托该平台学生能更深刻地理解机构设计的理论,实现基础理论与典型机械的有机衔接和渗透,从而提高学生的工程实践能力。

依托实验中心资源,我们组建了机械创新设计制作实验室,机械创新训练平台包括参观机械创新设计案例的展示与历届机械创新大赛作品等。本平台帮助学生亲身感受和理解机构及机械系统产生的过程,激发学生的创造性思维、培养实际动手能力。

2.利用计算机辅助分析,提高教学质量

对于牛头刨床主传动的机构设计,学生应根据教师提供的尺寸参数进行运动分析、力分析等。利用计算机辅助分析,不仅可得到精确的计算结果,而且可以调整参数,快捷地检验尺寸参数对机构运动性能和动力性能的影响,提高设计质量。2008年,基于AutoCAD绘图软件我们采用了计算机辅助图解法,取得了较好的效果。通过训练,增强了学生的学习主动性,从而拓宽了学生的知识面,并将最优设计的思想介绍给学生。

引入数值计算软件Matlab,它是一种面向科学与工程计算的高级语言,具有极高的编程效率,在机构综合的计算中,把同学们从繁杂的编程中解放出来,在Matlab中只需要简单的程序语句,就能实现复杂的功能。而Pro/E是美国PTC公司研制的一套由设计至制造的一体化三维设计软件,学生利用它可以在课程设计中进行产品设计与机构动力学分析。将软件ADMS也引入到我们的课程设计中来,它是采用计算机仿真与虚拟技术,在计算机上把产品的资料集成到一个可视化的环境中,实现产品的仿真、分析,是优秀的机械系统动态仿真软件,可以方便地对虚拟样机进行静力学、运动学和动力学分析,虚拟样机技术使得开展虚拟现实实验教学的工作成为可能,提高学生对机械产品的认知能力和对典型机械部件设计效果进行检验,并为理论教学、设计实践、课外科技活动及创新设计等提供模拟仿真及图形绘制等方面的软硬件环境与条件。

3.加强机械创新设计实践

在课程教学的同时,引入构型设计大赛、机械创新设计竞赛等课外实践活动,伴随机械原理课程教学,要求上课的每名学生积极参加由学院主办的课外实践活动。学生根据个人兴趣爱好,结合课程学习,从日常生活和工程实践需要出发,自主命题、自主构思、自主设计,以小组或个人的形式完成一件机械创新设计作品。特别是鼓励学生深入工厂、企业调研,收集工程技术中急需解决的重点和难点问题进行构思,提高选题的实用性和针对性。作品提交形式以计算机建模为主,实物模型为辅, 同时提交设计说明书一份。通过以上课外实践环节,着力于培养学生的创新设计能力、综合设计能力和工程实践能力,培养学生的创新精神、合作意识,推动我院学生的课外科技活动向更高更广的层次发展。在此思想指导下,我院学生机械创新设计的意识和能力明显增强,机械创新设计的水平有了显著提高。2008年,我院学生在第三届全国大学生机械创新设计大赛中获得二等奖2项;2008年,第三届全国大学生机械创新设计大赛慧鱼组获一等奖1项、二等奖3项、三等奖1项;2008年,第二届全国大学生过程装备实践与创新大赛中获得一等奖1项,三等奖1项。

4.实践教学体系的建设

在总结前人教学成果经验的基础上,建立和完善既适合目前我院需要,又适应未来机械科学发展趋势,能使学生终身受益的课程实践教学内容新体系。

过去,我院机械原理课程设计和机械设计课程设计是两个独立的实践环节,尤其二者在选题上没有什么联系,使得专业理论基础课和专业课程的衔接出现了断节。为配合实现主干课程的总体建设目标,我们将对传统的课程设计进行改革,在保留传统减速器设计内容的同时, 重点开展与减速器相关联的传动系统设计和机械执行系统设计两大类,包括蜂窝煤成形机、四工位专用机床、自动包糖机等。通过改变机械原理课程设计内容,使学生在课程设计的过程中既培养锻炼机械设计的能力,又进一步了解熟悉自己即将所学的专业课程,因而体现了课程改革建设的总体思路。在课程设计教学环节中,我们严格要求,严格把关,使每一个学生都能通过设计过程综合检验学习成果,锻炼和提高他们的科研能力、应用能力,以适应将来工作的需要。

三、结论

以培养大学生自主创新能力为目标深化教育教学改革,抓住了创新教育的关键,通过课程体系优化和重组、实践教学的创新,确立了准确的课程目标,克服了理论脱离实际的“去工程化”倾向,走出了“以教师为中心”、“以课堂为中心”、“以书本为中心”的误区,较有效地协调了教育教学过程中发生的矛盾与冲突。实践表明,所采取的教改措施对培养大学生的创新意识和创新能力是可行的,成效是明显的。解决了当前我们在实践教学方面不利于人才培养的问题,切实调动学生的学习主动性,激发和培养学生自主学习、自主实验和自主创新的积极性,使其创新能力、工程实践能力和动手能力得到较大程度的发展,提高学生的全面素质。

参考文献:

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本文系安徽理工大学教学研究基金资助项目。