机械创新设计教学研究

任宁 马晓录

［摘要］培养创新型人才是大学教育的目标与责任之一，本文试图从理论教学和实践教学两方面探讨如何通过机械创新设计的学习，培养与提高机械类专业大学生的机械创新能力。提出采用案例驱动法进行理论教学，指出应重视实验、创新设计比赛和毕业设计等实践教学环节对学生机械创新能力培养的促进作用。通过理论教学和实践教学，提高学生的理论与实践联系能力，从而培养和提高大学生的机械创新能力。

［关键词］创新人才机械创新设计实验教学全国大学生机械创新设计大赛毕业设计

［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）12-0111-03 一、引言

当今世界创新能力的大小已成为衡量一个国家综合国力强弱的重要因素，科技创新已成为各国抢占经济制高点的战略核心。江泽民同志早在1995年的全国科学技术大会上就指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。”刘延东副总理在国家自然科学基金委员会调研座谈时指出：“当前我国科技事业发展面临着前所未有的大好形势，中央把科技创新提到了一个新的战略高度。党的十八大明确强调要实施创新驱动发展战略，指出科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。”这些都充分体现了国家对科技创新的高度重视，而要提高科技创新能力，必须培养具有创新能力的人才。因此，在当前复杂的国际竞争环境下，人才的创新能力培养是摆在当代高等学校面前的一项严峻课题。

二、现状分析

机械创新设计是机械设计制造及其自动化等机械类相关专业开设的一门专业技术课程，主要介绍创新设计方法及其在机械工程领域中的应用。通过该课程的理论学习，使学生初步了解机械创新设计的思维基础和技术基础知识；掌握机械创新设计的基本理论和方法；并通过机械创新设计实例，培养学生的自学和创新能力。同时，通过实验等实践教学环节，培养学生综合运用所学知识，充分发挥创新思维能力进行创新实践。通过解决实际问题，逐步形成创新能力。

目前国内许多高校都开设了机械创新设计课程，取得了一定的教学成果，但在教学实施过程中不同程度地仍存在以下问题：1.重视理论知识的传授，忽视创新能力和实践能力培养；2.教学手段单一，实践性应用环节薄弱； 3.试验条件、设备落后，综合型实验少，学生动手能力不足。以上问题最终导致学生独立分析问题和解决问题的能力较弱，机械创新能力不足。

三、教学改革的实施

为了克服现有理论和实践教学中存在的问题，提高大学生的机械创新能力，并满足教育教学工作需要，本文试图从理论教学和实践教学改革两方面探讨如何培养和提高机械类各专业大学生的机械创新能力。

（一）理论教学环节

机械创新设计理论教学环节主要讲授三方面内容：创新设计理论基础、创新设计方法和机械创新设计实例。其中，创新设计理论基础部分介绍创造性思维和创造原理；创新设计方法部分介绍常用创新技法及利用相应创新技法进行创新活动的实例；机械创新设计实例部分对典型案例进行分析，典型案例主要包括：运用创新思维方式、创新设计方法所开发出来的新型机构、结构和机械，以及企业应用创新的典型案例。在此过程中阐述创新的过程和思路，启发学生的创新意识，激发学生的创新欲望。

传统的教学模式按照顺序，依次讲完创新设计理论基础和创新设计方法两部分内容之后，再进行机械创新设计实例分析，这一授课过程极易形成以教师讲授为主的填鸭式、满堂灌的教学模式，教学效果可想而知，部分学生学习兴趣低下，学生机械创新能力的培养与提高非常有限。因此，为获得理想的教学效果，必须摒弃满堂灌的教学办法，进行启发式教学，让学生成为课堂的真正主体。为此，本文提出在机械创新设计课程的理论教学环节采用“案例驱动”方式讲授相关内容。即通过对一个或若干个具体的机械创新典型案例（比如全国机械创新设计大赛上的优秀作品）的描述，引导学生对这些案例进行讨论，并在讨论过程中总结出所应用的创造性思维、创造原理和创新技法，从而获得机械创新相关知识的一种教学方法。

在案例驱动式教学中，要求老师和学生有更多的投入和参与，必然要花费更多的时间和精力，从而承担更多教与学的责任。对于教师，必须做好课前准备。授课之前必须认真选择和组织相关教学资料，从大量的文献资料和生产生活实践中选择出合适的案例，并将案例编写组织成适合于教学的结构形式，以便于学生学习。对于学生，更应充分做好课前的准备工作，要对所讲案例可能涉及的理论知识进行提前梳理与学习。为此，每次上课之前，教师应该提前将相关案例通知学生，使学生有充分的准备时间。在课堂教学过程中，应充分发挥学生的主观能动性，鼓励学生积极主动对教师所提供的案例进行分析、讨论，并从中总结出有用的结论。在这一过程中，应以学生为主体，教师为主导，坚持启发式教学，培养学生“存疑、求异”的思维能力，激发学生的责任感、兴趣和创新欲望。最后，由教师对课堂教学的全过程进行归纳、评估，总结该案例所采用的创造性思维、创造原理和创造技法，并引导学生对自身在案例教学中所取得的成果经验进行总结，从而达到理想的教学效果。

（二）实践教学环节

创新思维、创新理论和创新技法的理论教学固然是创造的重要环节，但只有参加创新设计实践，才能使学生综合运用所学知识，解决实际问题，形成创造能力。因此，实践教学环节对学生加强机械创新设计课程的学习和理解、培养和提高其机械创新能力具有重要的作用。在实践教学环节，必须加强实验、创新设计比赛、毕业设计对学生机械创新能力培养的作用。

1.实验教学

在实验教学环节，教师应指导学生进行典型机构（比如常用的机电产品）的拆装，对机构的原理、特点熟悉并掌握之后再进行新的创造设计。鼓励学生自由发挥，按照不同的思维方式、设计理念设计出具有相同运动和动力特性，但结构形式不同的新机构。每个学生的原理和方案应具有不同方面的独创性和新颖性，最后进行集体讨论，方案选优。

实践是创新之源，工程实践是创新的基础，创新作品的实现依赖于实验实践教学基地。近年来，我校以机械创新设计开放实验室建制为主线，构建了机械创新设计（机械基础）开放平台和机械创新设计（专业实训）开放平台。依据学生创新能力的差异，从创新能力培养的规律出发，实验教学中为不同能力的学生设置了基础层次、创新层次和提高层次的三级实验教学体系。通过分层次的实验教学，显著激发了学生的学习兴趣和创新热情，使学生的创新能力、分析问题和解决问题能力、实践动手能力等均得到了不同程度的培养和提高。

2.鼓励学生参加创新设计比赛

实践证明，学生参加各级各类机械创新设计比赛有利于提高自身的专业能力、解决问题能力和社会交往能力，并最终提高学生的机械创新能力。

为培养学生的创新精神、创新意识和创新实践能力，落实好教学实践环节，提高大学生的综合素质，我校从2007年始已成功举办六届大学生创新创意大赛。机电工程学院参加了历届比赛，并取得了优异成绩。

“全国大学生机械创新设计大赛”是由教育部高等教育司发文举办的一项全国大学生重要科技竞赛活动，也是由教育部和财政部资助的全国大学生九大赛事之一。目的在于引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神；加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行机械创新思维、机械设计、工艺制作等实践工作能力；吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才脱颖而出创造条件。大赛因其选题的现实意义、涉及知识和技能的综合性，以及组织的规范化加上高校的高度重视，为促进学生综合素质的培养提供了实施的平台。

围绕全国大学生竞赛项目主题，依托开放基地与平台，学校进行多次的校内外参赛作品制作和选拔赛。为鼓励学生积极参加全国大学生机械创新设计大赛，机电工程学院于2007年成立学生机械创新科技兴趣小组。从第三届开始，已连续参加了三届全国大学生机械创新设计大赛，并在着手准备参加第六届全国大学生机械创新设计大赛。参赛作品“全自动植树车”获慧鱼组竞赛一等奖，“路面自适应智能除雪车”、“全自动盘类清洁机”等获慧鱼组竞赛二等奖；“全自动植树车”、“自动化立杆机”、“健康饮食定量添加器”等获决赛二等奖。其中，获得第三届全国大学生机械创新设计大赛决赛二等奖的“全自动植树车”是河南省高校首次在此类全国大赛中获奖，在学生中起到了显著示范作用。

3.毕业设计阶段

毕业设计是培养学生机械创新设计能力的有效途径，搞好毕业设计有助于学生机械创新设计能力的培养与提高。

在毕业设计的选题阶段，教师应指导学生结合机械创新完成毕业设计的选题工作；引导学生将机械创新设计课程中所掌握的创新思维、创新原理与创新技术等知识综合应用到机械总体方案设计、运动设计、动力设计和结构设计等毕业设计的全过程中。

通过毕业设计，使学生把大学四年所学到的数学、外语、计算机等基础知识和机械方面的专业知识，以及机械创新设计知识进行综合应用，初步培养学生机械创新设计的能力，为将来从事机械创新设计相关工作打下良好的基础。

四、结论

本文从理论教学和实践教学两方面探讨了如何通过机械创新设计课程的学习，培养和提高大学生机械创新能力的方法和途径，提出采用案例驱动法进行理论教学，指出在实践教学阶段，应重视实验、各级各类创新设计比赛和毕业设计等实践教学环节。通过理论教学和实践教学改革，培养学生的创新精神和实践能力，培养适应社会需要的机械创新型人才。

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［责任编辑：碧瑶］