基于工程意识和创新能力培养的机械综合实践教学体系构建

李秀红 任家骏 李文辉

[摘 要]机械设计课程教学目前存在工程意识淡薄、工程设计能力和创新能力弱等问题，应在教学实践中引入TRIZ创新理论，进行创新思维训练;通过增设创新性、综合性的实验内容和加强课外科技活动，加强实践能力和综合设计能力的训练;加强校企合作，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力;以“自行设计、自由探索、自己动手、自主创新”为指导方针，构建“基本技能训练→实践能力训练→综合能力训练”的理论与实践紧密结合、循序渐进的综合实践教学体系。

[关键词]工程意识 创新能力 实践教学 教学体系

[中图分类号] G642[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）11-0135-02

工程素质教育和创新能力培养是教育部贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》的重要举措，为此教育部于2009年提出了“卓越计划”，通过校企合作，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力。国内许多所高校率先实施“卓越计划”，为学生创建早期接触科研、开展研究性学习和参与创新性实践活动的平台与环境，加强培养学生的科学思维和实践动手能力。为适应新形势的需求，高等学校以培养具有创新精神和能力的优秀人才为目标，在特色专业、教学体系、实践教学、创新能力培养等环节展开积极的探索或改革，取得了较好的效果。

机械设计课程是机械类专业开设的一门主要的专业基础课，其目的是培养学生掌握通用零部件基本的设计理论与方法，最终能够设计简单的传动装置。我校多年来在精品课程建设、教学改革、课外科技活动、基地建设方面做了大量的工作，但相应的实践教学环节还比较薄弱。在大工程背景下，如何积极营造鼓励独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境，使学生创新智慧竞相迸发，研究与探索机械工程类人才培养实践教学改革，有效提高人才培养质量就显得非常重要。

一、调整教学内容，培养工程意识

传统的理论教学主要是讲授通用零部件基本的设计理论和方法。为了培养学生的工程意识，从教学大纲上调整教学内容，结合山西地方特色，删减了一些公式的理论推导，增加了与矿山机械、重型机械、冶金机械等相关的工程案例，在加强理论教学的同时，注重这些理论知识在工程实际中的应用。除了理论教学内容调整外，实验教学内容相应的也做了调整。从过去以认知性、验证性的实验为主逐步向综合性、创新性的实验转变，在学时安排时，除了安排8小时的必修实验外，还增设了8小时的课外选修实验。这些实验内容主要是以培养学生的工程意识、综合设计能力为主，相配套的设备有创意组合机械系统装配训练综合实验台、慧鱼模型、平面机构创意组合及参数可视化分析实验台、轴系结构搭接实验台等。学生在方案设计完成后，能够在实验台上完成方案的结构化，进行产品装配，通过实际运转，体验安装后运转的相关问题，预测整机的性能。通过这些实验训练培养学生的机械设计能力和工程实践能力。

二、密切联系实际，改革课程设计

机械设计课程设计是机械类专业必修的一个实践教学环节，传统的设计题目都是一般用途的减速器的设计，通过课程设计，训练学生使用标准、规范、手册的能力，掌握通用零部件的设计方法。为了使课程设计与山西的工程背景相结合，对设计题目进行了调整，减速器不再是一般用途的减速器，改为矿用减速器，风电减速机等与山西工程背景相结合的题目;在课程设计前安排认知实习，去工厂了解这些机器的工作环境、关键零部件主要的失效形式及加工工艺等，在设计的过程中要考虑这些问题，寻求比较合理的工程问题解。除此之外，以全国大学生机械创新设计大赛为载体，课程设计内容也包含了一些创新设计的内容，在大赛主题发布之后，学生可以自行选题，构思方案，进行结构设计，在这个过程中可以借助已有的实验台或者三维建模软件来模拟作品的功能和方案的优劣。通过这些训练，来培养学生的工程设计能力和创新能力。

三、建立创新基地，培养创新能力

为了使学生具有良好的创新环境，展现自己的创新能力，以山西省实验教学示范中心为支撑，成立了“思拓”大学生机械创新设计基地，吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，全方位培养大学生创新意识。我校“思拓”大学生机械创新设计基地除了为本科生开设教学计划内的本科教学实验外，还开设选修实验，基地还是为参加全国大学生机械创新设计大赛设立专门的课外活动基地。基地有自己的组织机构、管理办法、奖惩制度、指导教师、培训课程等，依托于机械设计精品资源共享课的建设，基地共享了近年来学生在创新方面取得的成果，有视频，有作品展示等，全方位的向全校本科生开放。为了更好培养学生的创新能力和工程设计能力，在学校和学院的支持下，基地成立虚拟仿真实验室、作品加工装配调试室、3D模型打印室等，给学生提供自己动手、自己创新的平台，将自己的设计方案转变为实物模型。在设计过程中，除了方案创新外，学生也可以进行结构创新，采用集成化的新型结构型式，用3D打印机直接打印，将新的设计理念融合在工程产品的设计中，拓展学生的创新思路，培养学生的创新能力。

四、增设创新课程，拓展创新思维

为了开拓学生的创新思维，“思拓”大学生机械创新设计基地利用学生的课外时间开设了辅修课程，结合我校课程设置，自己编写了辅修内容，主要介绍创新方法及创新理论在学生创新活动中的应用，比如群体集智法、头脑风暴法、组合创新法、反求创新法、TRIZ理论等;强调组合创新和反求设计在原理方案创新的重要性，培养学生在创新活动中运用TRIZ理论寻求问题本质或者矛盾，准确把握问题探索方向，帮助学生突破思维障碍，打破思维定式，以新的视觉分析问题，进行逻辑性和非逻辑性的系统思维，获得合理的设计结果。

五、加强校企合作，提高工程素质

近年来，为了更好的培养学生的工程设计能力和实践能力，学院与多家企业签订了战略合作协议。为此，基地经常聘请企业有丰富设计经验的技术人员做讲座，指导实践教学等，同时基地还和企业签订了技术开发、技术服务项目，比如与太原重型股份有限公司、太重煤机、长治澳瑞特等进行合作，为学生创建早期接触科研、开展研究性学习和参与创新性实践活动的平台与环境，通过产学研结合，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力。

太原理工大学适应教育长期发展规划，在机械设计课程教学中通过调整教学内容，改革课程设计，加强基地建设，增设创新课程，密切联系企业等手段，以“自行设计、自由探索、自己动手、自主创新”为指导方针，构建“基本技能训练→实践能力训练→综合能力训练”的理论与实践紧密结合、循序渐进的综合实践教学体系，培养学生的工程意识和创新能力。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 李虹.渗透设计理念，培养学生创新意识和设计能力[J].中国大学教学，2010（2）：51-52.

[2] 宋爱国，吴涓，崔建伟.测控技术与仪器专业学生工程意识与创新教育的探索[J].中国大学教学，2012（1）：41-43.

[3] 梁峰，赵树国，王亚杰，等.在工程训练中培养大学生的工程意识[J].沈阳航空航天大学学报（增刊），2013：84-87.

[责任编辑：钟 岚]