机械设计教学研究与创新能力的培养

林晓华 王贤民 冯勇

摘 要：为了深化教育改革，适应新形势下国家与社会对创新型技术人才的需求，以机械设计课程教改为研究课题，以培养学生的创新思维和工程实践能力为导向，分析了当前机械设计课程教学和课程设计中存在的问题，并针对这些问题提出了对机械设计教学内容与教学方式的改革，具体是从课堂教学、实验教学、课程设计和课程考核这四个方面探讨机械设计课程教学的改进与创新。通过教学实践，取得了较为满意的效果，对学生创新能力的提升也有一定的帮助。

关键词：机械设计 教学方法 教学改革 创新能力

中图分类号：G 642.0 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

机械设计传授如何把理论技术和经验方法运用到生产实践， 因此这门课程具有很强的设计性、多样性和实践性[1]。 在新形势下，国家大力推进创新型国家的建设，核心就是把自主创新能力作为发展的战略基点，因此要求大学课程鼓励和激发出学生的创造能动性。 然而，目前高校学生普遍存在实践动手能力不强的问题，更遑论创新思维和创造能力。 这就导致学生的能力与社会需求存在一定的断层。究其原因，客观上这门课程知识点多且散，人均实验设备少及实践活动有限，学生前期接触实际工程的机会很少甚至没有，这些都会给教学增添困难，因此需要通过良好的教学方式进行克服[2]。然而目前传统教学中存在的问题无法解决客观的困难，束缚了学生综合能力的发展。

1 传统教学存在的问题

目前高校的机械设计教学普遍存在以下问题：

（1） 学生兴趣不足，积极性、主动性不强。由于机械设计课程综合性很强，并且与实践联系紧密，对于从基础课刚转入到专业基础课学习的学生来说，这门课程内容相对复杂、抽象，再加上学生实践经验缺乏，对知识点很难理解到位。这些问题导致学生对机械设计课程的兴趣缺乏，学习积极性、主动性很难调动起来。

（2） 学生的实际动手能力不强。相对于枯燥的课堂理论学习，学生对动手做实验比较感兴趣，但由于有限的实验条件以及安全等因素的考虑，实验教学单位往往只能安排学生开展几个有限的实验项目，并且多是在现成的模型上观察机构的运动情况或者测绘，学生的实际参与度其实并不高，更谈不上让学生参与设计或改进实验，对学生的动手能力提高不大。

（3） 难以提高学生的创造能力。多年来，机械设计课程设计题目一直局限在二级圆柱/斜齿齿轮减速器的总体设计上，这个设计对象能够把机械设计课本中的带传动、齿轮传动、轴、轴承等大部分内容都应用进去，可以说是对机械设计课程内容的一次完整回顾与运用。但人人都是一样的题目，仅具体参数略有不同，设计思路与步骤都已成固定模式，严重影响学生的创造性，可想而知，课程设计的效果堪忧。

（4） 考核形式单一。机械设计考试一般采用闭卷形式，注重考查学生对通用零件的基本理论知识的掌握程度，而对工程实践问题的设计与分析能力考核较少，无法反映学生的创新能力。课程设计虽然采用了一对一答辩的形式，但考核重点在图纸上的错误之处及对设计内容的认知程度上，而没有对学生在设计中的创新给予更多有针对性的指导，无法起到启迪学生创新思维的作用。

因此，传统的教学内容和方法已经无法完全满足新时代下培养优秀技术人才的教学需求，充分发挥高校的人才培养、知识传承与创新和服务社会的职能。那么就需要教师改革现有教学方式和方法，严格掌控教学和实践环节的质量，不仅使学生掌握通用零件设计的基础理论知识，更是要重点培养其创新和实践能力。

2 教学内容与方式的改革创新

（1） 课堂教学创新

课堂教学是学生进行实验和实践的基础，首先要从课堂教学入手引起学生学习的兴趣，调动其学习积极性，那么就必须将创新意识融入课堂教学。

第一，教师需要改变以往采取的“满堂灌”的教学方式，为了激发学生的活跃思维，应当采取灵活的讲课方式与方法，能够启发学生的思想，特别是要给学生创造思考和学术讨论的机会。比如，当讲授“齿轮传动”这一章内容时，需要在上一节内容快结束时，引出齿轮传动相关的实际问题；简单地介绍该齿轮传动的载荷及工况要求后，要求学生课后自行分析思考：宜选用何种齿轮传动形式，如何设计齿轮的具体参数等等。到下一节课，就先由几个学生提出各自的设计方案，其他学生对他们的方案进行评价，给出意见和建议，对方案进行改进和完善。集思广益，在讨论的基础上确定出最为合适的设计方案。最后，由教师进行归纳和总结。通过这种形式，可以活跃课堂氛围，促使学生积极思考，课外也能自觉去查找资料、数据；此外，通过这种思考和讨论，学生也能把之前所学的知识进行应用和巩固，提高了其分析问题、解决问题的能力。

第二、课堂的讲课内容需要做调整，由于教材编写、出版需要较长的周期，导致教材内容跟学科发展前沿的理论、技术存在滞后性。因此，为了开拓学生的视野，了解学科当前的发展现状，教师上课应当结合自己的科研课题或者查阅最新文献作一定的选取和补充。实践证明，这种启发式创新教学，以教师为主导，学生为主体的形式能够实现师生的良好互动，达到思维上的“共振”，进而提高课堂教学质量。

（2） 实验教学创新

实验教学是对课堂教学的必要补充，不仅对理论知识起到验证作用，而且能够提高学生的动手能力。但长期以来，机械设计有限的几个实验也只停留在演示、验证的阶段，对学生创新能力的培养无太多益处。实验课中，往往是几个学生一组围着一台设备按着既定的步骤进行实验，对于实验中的一些现象和结果，学生很少会去思考为什么，这种被动接受的情况显然不利于开阔学生的创新思维。因此，有必要加大投入，增加实验设备台套数，争取让每个学生都能亲自动手实验。另外，可以对实验室采取开放管理的形式，比如对传动系统创意组合实验，可采用阶段式全天开放，方便学生在规定时段内随时观察、自学和实验。

至于实验模式方面，可以采用传统实验模式同虚拟实验相结合进行改革。传统实验模式是学生通过操作实验设备、仪器来完成规定的实验项目。在此过程中，学生往往对实验设备缺乏感性认识，实际操作起来也往往诸多困难，以至于在有限的实验课时内无法很好的观察实验结果。而虚拟实验是在计算机上对实验项目及其过程进行模拟，在实验过程中，学生是通过控制特定的课件来演示实验过程，可以帮助学生更好的理解实验原理和概念。并且，学生不仅可以在实验室进行虚拟实验，还可以通过拷贝软件到个人电脑上实验或者联网进行在线实验，这就使得实验不受时间和空间的限制，不仅可以提高教学效果，也有利于培养学生的实践能力和学习能力。

（3） 课程设计创新

对课程设计进行创新改革，首先，设计题目要多样，采用基本指定和学生自主选题相结合的方式。鼓励学生选取与工程实践联系紧密，并且自身对其已有一些感性认识的系统或机构进行设计。在具体设计过程中，可以应用变异设计和适应设计的原理参照设计样本进行设计。其次，改革设计方法和手段。在设计中要融入现代设计理念与方法，比如可靠性设计、优化设计，还要引入计算机技术手段[3]。目前，企业普遍采用辅助设计软件Pro/E， UG， Ansys等[4]，比如采用UG对机构进行三维建模，接着采用ANSYS对建好的虚拟模型进行CAE分析，然后根据分析结果不断改进模型，最后得到一个符合创新设计要求的虚拟模型。因此，研究者也鼓励学生利用这些辅助设计、分析软件进行课程设计。

（4） 课程考核创新

考试是教学评价的重要手段，也是对学生学习的一次综合检验，不管是对教师还是学生都具有非常重要的导向作用。研究者将考核分作考勤、作业、笔试和实验四部分，每个部分根据实际情况设定所占比重。考勤采用不定期的形式。作业分课内作业和课外作业。课内作业由教师随堂布置，马上上交，以避免学生抄袭，这样可以更好的反映学生的课堂学习情况。课外作业题目应偏向设计型，一题多解，鼓励学生自己去查阅资料、上网检索、综合运用所学知识来解决问题，如此可以培养他们收集信息、整理归纳资料及分析处理信息的能力。笔试还是采取以往闭卷形式，笔试成绩所占比重要缩小。实验成绩则有实验教师根据学生实验的具体情况来定。通过这样一个综合的考核方式，能够给予学生一个比较公平、科学、客观的成绩。

3 结语

实践证明，通过对机械设计教学改革和学生创新能力的培养与实践，教学效果得到明显的提升，极大地调动了学生的学习兴趣与学习积极性，提高了学生综合运用各类相关知识、信息去分析和解决工程实践问题的能力，同时学生的创新能力明显增强。教学的改进与创新能够为培养综合型、创新型的机械设计人才打下坚实的基础。随着教育改革的不断深化，围绕国家和社会对新时代科技人才培养的要求，今后还将进一步改革该课程的教学、考核方式，不断提高教学质量和教学效果。

参考文献

[1] 李阳星，李光煜，刘元林，等.机械设计基础课程体系改革与学生创新能力培养的研究与实践[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2007（7）：86-87.

[2] 张永安.我国机械设计教学现状的思考及建议[J].中国大学教学， 2013（6）.35-36.

[3] 张超.计算机辅助设计在机械设计教学中应用的探究[J].课程教育研究，2013（14）：250.

[4] 张玲艳，邱水才，冯永平.关于提高“机械设计课程设计”教学质量的几点思考[J].科教文汇，2014（7）：73-74.