基于创新能力培养的《机械原理课程设计》改革实践

卢文娟

【摘 要】为适应当今社会对高素质工程人才的需求，机械原理课程设计改革势在必行。在分析传统课程设计中存在弊端的基础上，提出基于创新能力培养的机械原理课程设计改革实践措施及实施的主要内容。新形式的课程设计体现以人为本，以学生为主的理念，扩大题目的数量和类型，将现代设计方法引入机械原理课程设计，以团队协作形式完成课程设计，更能激发学生的创新意识，提高设计主动性。

【关键词】机械原理课程设计；团队；现代设计方法；创新

0 引言

机械原理课程设计是机械类学生进入大学以来第一次真正意义上的课程设计，是利用已学过的知识进行比较全面地、具有实际内容和意义的设计，也是机械原理课程学习的一个必要实践环节[1]。为了适应竞争日益激烈的企业对具有高素质工程人才的需求，有关机械原理课程设计的教学改革如课程设计的方式、内容、组织形式、探索如何培养学生的创新设计、计算机辅助设计以及团队合作的能力等，一直在各高校中进行[2-3]。

目前国内高校对机械原理课程设计的选题一般采用两种做法：一种是选用已有的典型机械（如牛头刨、压床等），进行比较系统的运动分析、力分析等，重点在于加深学生对机械原理课程各章节的理解和掌握；另一种是以培养学生的创新能力为目标，学生自选课设题目以小组为单位进行课程设计，亦或是在机械原理课程设计中引入创新实验等[4-5]。

这些以提高学生创新能力为目标开展的多形式改革，打破了传统设计中的问题和不足，建立起了传统课设中缺乏的工程价值观，能充分调动和发挥学生的主动性，均值得我们学习和借鉴。

1 传统“机械原理课程设计”中存在的弊端

1.1 传统设计题目单一，时间短、任务重

我学院十几年来一直延用同一个课设题目——小型精刨机主切削运动机构设计，每位设计者采用图解法完成机构在两个瞬时位置时的运动分析和力分析，手绘在A1的图纸上，并编制相应的设计说明书。一方面教师指定了课设内容和课设题目，学生只要按照要求按步骤进行即可，造成学生因有完整现成资料参考而缺少方案创新，达不到训练学生收集和运用设计资料的能力，与时代发展和要求特别是与面向工程实际应用的卓越人才培养有了不小的距离[6]。

另一方面，课程设计安排在课程讲授完，大概十四周之后，由于班级较多，可用教室较少，需要串联进行，其中总会有四个～八个班将被安排在考试周或考试周的前一两周进行，正值各科考试（电工技术、工程材料、材料力学）陆续进行，学生忙着应对考试，加上真正用于课设的时间不足四天，时间短任务重，留给学生思考的时间不多，便会导致学生着急赶进度，一味追求进度而忽视了设计的质量，出现投机取巧的现象。往往学生还没有太明白是怎么一回事，课设就结束了，来不及对方案进行思考和分析，更谈不上锻炼和提高学生的设计能力。

1.2 传统设计手段落后，理论脱离实际

教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会2009年制定了“关于深化机械原理课程实践教学改革的意见”，其中明确指出目前机械原理课程实践教学改革应当重点关注的问题之一是商业软件（如ADAMS、Pro/E等），在实践教学中应用的相关问题。计算机三维虚拟设计技术的应用已经成为社会对工程技术人员一项必不可少的需求条件。而传统的设计方法无论是用图解法还是解析法，设计中都是过于侧重理论，偏重知识的积累，这种模式是中国传统的高等教育的人才培养模式，在历史上曾发挥过重要作用。随着产业结构的转型升级，传统的教学模式暴露出了许多缺点，设计过程与工程实践完全脱节，学生在设计过程中仅是被动地接受知识，无法真正培养工程应用能力，对工程意识建立、工程应用能力培养等都有不利影响，根本谈不上培养学生理论联系实际的思想，也训练不了学生编辑计算机程序来辅助解决问题的基本技能。

1.3 传统设计参数差别不大，缺乏创新能力

传统课设过程中，教师给每个班级分配三个方案，一个小组完成其中一个方案，对于同一小组的各成员，其设计参数仅限于原动件的角位移的区别，其它一概相同。而且一般是几个班同时进行设计，而各不同班级之间的区别也仅在于行程速比系数的差别，虽然各学生设计任务中的结构尺寸有差异，然而差异却不明显。这便使得部分学生有了可乘之机，借助复印手段，学生从设计开始手头就有了往届学生的设计说明书作为参考，他们只需要将其中相应的数据加以简要改动，照着说明书的步骤照猫画虎开始画图，自然说明书中的错误也将被一并带入新的设计，甚至有的学生为了交差，说明书全盘照抄别人的，使得说明书数据与图纸对不上也是时有发生。这样的课程设计对于学生理论知识的巩固起不到多大作用，没有主动参与和思考的热情，体会不到设计的乐趣所在，更不要说对创新能力的培养了。

1.4 传统设计个人意识强烈，缺乏团队协作精神

由于全班同学课程设计的方案和内容相同，每位同学完成从结构设计到运动分析、力分析一项完整的任务，不需要同学间的协作，最多涉及到同学间帮带的关系，大多学生自己埋头做自己的，团队之间相互协作的精神也很难发挥，体现不出团队合作中的荣誉感和责任感。

2 基于创新能力培养的《机械原理课程设计》改革实践

2.1 提前布置课设题目，建立工程意识

目前的课设任务均是课程设计周的第一天布置，学生直到课程设计开始才明白要完成的任务，一些接受能力差一些的学生或者基础理论不扎实的学生很难在第一时间进入设计状态。

为给学生留出较多时间来查阅相关资料，课程设计的任务布置应安排在学生开始上课后的前面阶段，这样一方面使得学生有了更多的时间来收集相关资料，为课程设计的进行积累更多的理论基础；另一方面，学生带着课设任务进行平时课程的学习，使得学习过程有了目标性和针对性；同时可以将学到的理论知识用于指导实践，有助于学生从平日的生活和工程实践入手选题，以产品为导向，使传统课程设计理论实践相脱离的问题得以改善，更加强调学生综合能力的培养，有利于激发学生学习兴趣、建立工程意识。

2.2 引入现代设计方法，提高设计主动性

将现代工程设计方法和手段融入课程设计，更新课程设计的方法，改变传统的手绘制图的落后方式，不仅可以巩固对三维设计软件的掌握程度，为今后的学习和工作奠定基础，同时，使课程设计中遇到的运动学、动力学等复杂问题变得简单、直观和精确，弥补学生力学知识的薄弱和实践经验的不足，增加学生的成就感，可以提高学生创新的积极性，建立传统教育中缺乏的工程价值观，从而激发学生的学习兴趣，转变学习态度，有助于营造独立创新、自由探索的良好环境，提高学生设计的主动性。

2.3 扩大设计题目类型，培养创新能力

从日常生活、工程实际中广泛搜集合适的课程设计题目，扩大题目的数量和类型，提高学生的兴趣，也给学生以充分的想象和发挥的空间，使他们学会独立思考、积极创新。特别是前期学生通过互联网、图书馆，有的还讨教自己的亲朋好友。搜集资料的过程中，不仅增长知识，同时可以培养学生检索文献的能力。

2.4 以小组为单位，激发团队责任感

为更好地体现课程设计的目的，巩固学生的理论知识，更清楚认识设计的概念，同时培养团队合作的精神，以培养学生的综合设计能力，采用研究设计小组形式，发挥每个人的特长，集思广益，互相合作，能够比较全面有效地解决问题，使知识的掌握更加准确和深刻培养学生团队协作能力，增强每个学生的参与意识和设计的积极性。同时也可避免互相抄袭现象，调动后进学生的积极性，使其体会到团队的力量是无穷的，形成协作意识，增强责任感，有利于发展良好性格，为将来工作岗位上的合作奠定基础。

3 课程设计改革的实施内容

3.1 制定课程设计实施规范

机械原理课程设计改革首先要明确的是统一整体操作规范，若每位教师都有各自的实施方式和评价标准，没有形成统一的评价体系，这对所有学生来说是不负责任的，容易造成不良影响，甚至是教学事故。为了规范课程设计，需制订实施规范，主要包括实施方式、实施步骤、考核及评分方式等内容。

3.2 搜集课程设计题目

课程设计题目的制定是课程设计顺利开展的关键。一方面鼓励学生自选课题开展研究，另一方面教师从日常生活、工程实际中广泛搜集合适的课程设计题目供学生挑选。不管哪种方式，教师均需从可实施性方面考虑，从整体上把握课题的难度及工作量；同时从课题的内容上考虑，让学生觉得既有兴趣又不陌生；还要从创新角度考虑题目的新颖性，给学生以充分的想象和发挥的空间，锻炼创新能力。“设计也是一种创新”，在培养学生创新能力的同时，典型机械的分析和设计对于学生来说也是不能缺少的，可以要求学生在现有传统方案基础上进行进一步的设计和优化。

3.3 编制“基于SolidWorks的机械原理课程设计”指导书

为改变传统的手绘制图的落后方式，适应现代工程的需要，我们将三维设计软件SolidWorks引入课程设计，由于学生对该软件比较陌生，教师需编写相对应的基于SolidWorks的课程设计指导书来辅助学生在较短时间内完成相关工作。指导书内容以一种典型传动机构（例如小型精刨机）为例，详细介绍基于SolidWorks对机构进行结构分析及运动仿真的详细步骤，一方面包含参数化机构的创建，另一方面为机构的运动仿真，即通过SolidWorks Motion 和SolidWorks Simulation 模块对方案进行动态仿真分析。

4 结束语

基于创新能力培养的《机械原理课程设计》改革实践，通过以小组协作形式完成课程设计，改变了以个体为单位的传统模式，更有利于调动和发挥学生的主观能动性，培养学生团队协作能力。

课程设计题目从生活实践入手选题，以产品为导向，使传统课程设计理论实践相脱离的问题得以改善，更加强调学生综合能力的培养。

将计算机辅助设计引入课程设计，更新课程设计的方法，不仅巩固对三维设计软件的掌握程度，同时提高学生创新的积极性，建立传统教育中缺乏的工程价值观，可以推广至机械相关专业。

【参考文献】

[1]安子军.机械原理[M].北京：国防工业出版社，2009.

[2]黄小龙，刘相权.机械原理课程设计改革的研究与实践[J].科技教育创新， 2011，24：182.

[3]朱玉.CDIO 工程理念在“机械原理课程设计”教学中的应用[J].中国电力教育CEPE，2010，1：138-140.

[4]张传敏， 崔宁， 张恩光，等. 独立院校机械原理课程设计教学改革与实践[J]. 科技信息： 15-16.

[5]宜亚丽.机械原理课程设计教学改革的探索[J].太原理工大学学报，2008，S1（26）：51-53.

[6]王勇，吴其林，肖云，等.面向卓越人才培养的机械原理课程设计改革初探[J]. 教育教学论坛，2015，3（10）：95-96.

[责任编辑：曹明明]