谈“机械设计基础”实践教学中学生创新能力的培养

吕 宏，刘大力，杨春梅

(东北林业大学机电工程学院，哈尔滨150040)

创新是人类进步的原动力，是社会发展的源泉，也是培养和造就科技人才的重要途径［1］。机械设计基础课程是机械类及相关专业的一门重要的专业基础课，也是一门设计性、实践性较强的课程。本课程对于培养学生的综合设计能力和创新能力起到十分重要的作用［2］。但目前由于多种原因使本课程的一些实践环节不能充分发挥其作用，例如:实验课学时减少、经费投入不足、实验设备陈旧、实验台套数不能满足学生动手实验、课程设计时间难以保证以及达不到预期效果等等。这些问题严重制约了学生掌握本课程要领和创新能力的培养，为此笔者做了一些初步改革与探索，并收到较好的教学效果。

1 重视实验教学

实验教学是机械设计基础课程中的重要组成部分，是学生获得工程实践知识的重要手段。在实验过程中，学生可了解实验的基本原理和基本方法，了解各种实验设备的使用和调试、实验数据的采集和处理，通过这些基本技能的训练，提高了学生的综合素质和动手能力，而且为专业课程的学习打下坚实的基础［3］。同时也启迪了学生创新思维、激发了学生创造潜能。

但传统机械设计基础试验多为演示性和验证性实验，学生动手机会少，影响了学习积极性。由于缺乏研究性和创造性，对培养创新能力十分不利。为此我们在实验内容和实验方法上进行了改革，实验内容由传统的“单一型”向“综合型”转变，实验方法上由传统的“示范型”、 “验证型”向“开发型”、“设计型”转变。淘汰一些过时陈旧的实验项目，保留了经典的实验内容。例如，“机构运动简图绘制”实验是机械设计基础实验中的保留项目。因为通过这个实验，学生可以全面地认识机器及机构组成，学会如何把实物机器和机构抽象出几何模型，并绘出其运动简图，从而表达出机构中各构件之间的运动关系，为今后研究机构及机器奠定基础。在做此实验时，我们除了让学生观看传统的机构和零部件陈列柜外，还补充了一些与现实生活和实际生产有关的新型机构、典型模型和实物，学生可以通过动手装拆机构和机器，加以直观地认识。例如购置一些机械玩具，让学生来操作玩耍这些玩具并拆开玩具进行分析研究，明确某一个动作通过什么机构实现、怎样实现，并绘制机构运动简图。机械玩具的趣味性，大大增加了学生的兴趣，使学习更加主动。在学生学完一些典型机构后，教师把这个实验向综合性创新性方面延伸拓展。形成综合性设计性较强的机构创新实验，在机构创新实验中，准备不同长度的轴、杆和滑块等构件及动力源让学生展开探索，自己动脑思考、动手设计，组装成各种形式、各种功能的运动机构，在组装这些机构的过程中加深对课堂知识的理解，如曲柄存在条件、急回特性和四杆机构的其它特性等。因为机械原理主要研究的是机构，研究实质是方案设计，正确的选择和设计机构方案是整个机械产品设计的关键，而方案设计又是创新的最主要环节。这个实验激发了学生认识机构、设计机构的热情，很多学生做了多套方案，进行了多种搭接组合，从而更加熟悉了学习内容，积累了一些机构设计的经验，为课外创新活动，培养学生的工程实践能力和创新能力打下基础。

在机械设计实验方面，购置了机械传动综合试验工作台，让学生自己构思，自己设计传动部分，把学过的齿轮传动、蜗杆传动、带传动、链传动等传动装置和四杆机构及凸轮机构等常用机构组合出相应的机械系统，并进行运转调试，观察其运动情况，然后进行综合比较，分析各自的优缺点，评价设计方案。这样不仅锻炼了动手能力，同时也把各章节学过的知识有机地结合起来。

另外，在实验过程中按照培养目标的要求，对于原有实验台套数不足的实验项目，增加了台套数，更新了仪器和设备，充分调动学生的积极性，尽可能做到人人都能动手操作，扭转了以前少数学生操作实验，多数学生在旁观看的局面，取得了较好的实验效果。并按照学生的愿望，积极创造条件，使机械设计基础的各个实验能在课余时间向学生开放。

2 重视课程设计

机械设计基础课程设计是机械设计基础课程的的重要组成部分，也是机械类及相关专业学生第一次综合以前所学知识，解决工程实际问题的训练。此时课堂教学的那种教师讲、学生听的教学模式被改变，取而代之的是学生要独立完成设计任务［4］。设计时，学生是设计者，教师是指导者或帮助者，学生习惯的被动学习方式消失了。对于设计中遇到的各种问题，学生必须通过自己分析，与同学讨论，向教师请教以及查阅有关资料等方式来解决，从而使教学以教师为中心转变到以学生为中心，对学生能从各种渠道获取知识是一次有效的锻炼。

但以往课程设计都集中在课程设计专用周中完成，课程设计题目一般是带式运输机，主要设计传动部分，要求学生完成的设计内容主要有:运动学计算 (选电机)、传动件设计 (带传动、齿轮传动);轴的结构设计及校核;轴承、键和联轴器的选择及校核;减速器箱体和附件的设计等等，画图方面要求学生绘制一张减速器的装配图 (0号图)、两张零件图 (传动零件和轴)。由于设计内容较多，画图量较大，设计周又不停课，加上此时又处于期末复习考试阶段，学生的精力不能全部放在课程设计上，使得一些学生设计任务不明确，设计思路不清晰，整个设计过程稀里糊涂，有个别学生只是抄张图交差了事，课程设计效果大打折扣。而目前授课过程中，将课程设计中的一些内容如带传动、齿轮传动、轴的结构设计和轴承的选择等设计内容在讲授机械设计基础课程中作为相应章节的作业来布置，穿插在整个理论教学过程中，使得理论教学和课程设计有机结合起来，与工程实践有机结合起来，使学生在理论教学过程中通过实例真正熟悉了机器的组成，熟悉了原动机、传动装置和工作机之间的功率、效率等关系，对设计机器有了整体的概念。又使得学生在课程设计专用周能集中精力进行减速器的结构设计和整体设计。当理论教学结束时，课程设计部分中的设计计算部分也相继完成。在设计周正式画图前，要求学生对各部分计算理清思路，并进行适当的检查和调整，以便于绘图。这样处理后，使学生在设计周，有充分时间应用以前所学的知识来解决减速器中轴与轴上零件的安装和固定、轴承的润滑、密封和间隙调整、减速器箱体以及附件等问题，把以前学过的有关材料、热处理、公差和制造工艺等问题应用到减速器设计中。

另外由于学生的知识接受能力不同，因此掌握知识水平上出现了不同的层次，如果课程设计题目完全相同的话，必然造成成绩好的学生不能够完全发挥自己的水平，所以对知识掌握较好或者有创造能力的学生，可以分级命题，做到物尽其用，人尽其才［5］。充分发挥学生的创造积极性，培养创新能力。

应该特别指出的是，在设计周集中设计之前，让学生对减速器装置进行安装和拆卸是非常必要的，可以使学生熟悉减速器装置的基本构造，各个零部件之间的连接特点、布置形式和空间位置关系等［6］。并重点强调在设计过程中，许多参数不可能完全由计算决定，而是要借助画图及考虑多方面因素初选或初估等手段来确定。同时告诉学生设计时应遵照边画图、边计算和边修改，交叉进行的“三边原则”，让学生有反复修改的心理准备。只有这样，才能更加熟悉设计过程，熟能生巧，为将来创新机械打下基础。

3 重视课外创新活动

为培养学生的综合设计能力和创新能力，在重视课堂教学质量，上好每一堂课的同时，利用课余时间，将本课程的课堂教学内容扩展到课堂以外，建立第二课堂［7］。在教室非常紧张的条件下，学院建立了几个创新实验室，满足创新活动的开展。鼓励广大学生积极参加校级、省级和国家级机械设计创新大赛，积极参加课外科技活动。在创新实验室，帮助学生建立科学的思维方式和完整的现代工程设计理念，营造科技创新氛围，注重学生动手能力的培养以及学生的优良个性发展。教师积极承担机械创新设计大赛的指导工作，为科技创新奠基了理论基础。许多学生的科技成果的雏形就是来自这门课的引导课题，到目前为止，很多学生在全省和全国机械设计大赛中获奖。由于学生在参与机械设计创新大赛中理论知识、动手能力及创新思维都得到了锻炼和提升，使得这些学生在就业时得到用人单位的认可，有了更广阔的发展空间。

总之以上这些改革各有侧重又相互联系，围绕着实践性环节组成一个不可分割的整体，在机械设计基础实践教学中，对培养学生创新能力起到积极的作用。

［1］吕 宏，马 岩.浅谈机械设计基础教学中创新能力的培养［J］.机电产品开发与创新，2010(5):162 －163.

［2］胡玲凤.工业设计机械基础实验教学的设计与实践［J］.机械设计与制造，2005(12):8－9.

［3］朱维兵，蔡长韬，陈卫泽.机械基础系列课程实验教学的设计与实践［J］.高等教育研究(成都)，2007，23(1):55 －56.

［4］王红阁.《机械设计基础》实践教学环节改革探究［J］.长江大学学报(自然科学版)理工卷，2009，6(4):336 －337.

［5］杜 韧，高振玲.机械设计课程实践环节的改革与创新机械设计教学研究［M］.北京:机械工业出版社，2008.

［6］薛 伟，辛 颖，侯卫萍.基于持色专业的森林工程人才质量培养体系的研究［J］.森林工程，2011，27(5):87 －89.

［7］王 玉.“机械设计基础”教学中培养学生创新能力的研究与实践［J］.教育与职业，2010(12):103－104.