基于创新能力培养的机械设计基础教学设计改革与实践

于克强+杨松华+宋胜伟

[摘要]传统的机械设计基础课程的教学设计在很多方面已经不能达到目前创新型人才培养目标的要求，在学校“创新型人才培养”办学理念的基础上，采用传统与培养创新能力相对比的方法对机械设计基础课程教学设计进行改革。通过教学实践表明，基于创新能力培养的机械设计基础课程教学设计与传统教学设计相比较，可使学生的学习效果、动手操作能力、分析解决问题的能力及创新能力得到很大提高。通过研究，可为创新型人才培养提供理论基础和可靠支撑，同时也可为机械相关课程的教学设计改革研究提供参考。

[关键词]创新能力培养；机械设计基础；教学设计

[中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]10054634（2017）03008205

0引言

《机械设计基础》是工科高等院校中一门重要的专业技术基础课[1]，是培养学生了解和掌握机械基础知识、具备机械设计初步能力的重要课程，该课程对学生掌握机械多方面能力起到非常重要的作用，教学设计（即如何做到教师教好及学生学好）是该课程教学过程的关键，同时也是学生创新能力培养的关键。

目前高校机械设计基础课程大多仍以传统的灌输式教育及理论教育为主，大多数学生只是死背理论知识，不能灵活运用，动手能力不强，缺少创新意识，难以满足企业创新人才的要求， 不能适应现代经济建设和工程技术发展的要求。创新是一个民族的灵魂，也是一个国家发展的内在动力[2]。在21世纪科技革命迅猛发展、国际竞争日趋激烈的形势下，培养具有创新意识和创新能力的跨世纪人才已成为我国高等教育十分紧迫和重要的任务[3]， 因此，很有必要对基于创新能力培养的机械设计基础课程的教学设计进行研究与改革。

1基于创新能力培养的机械设计基础教学设计的构建传统机械设计基础课程教学设计主要以教为中心，即以教师为中心，只强调教师的“教”而忽视学生的“学”，课程的教学设计都是围绕如何教而展开，很少涉及如何促进学生自主地学、如何培养学生的创新思维及如何提高学生的创新能力。按此理论设计的课堂教学，学生主动参与教学活动的机会少，大部分时间处于被动接受状态，学生的主动性、积极性及创新性难以发挥，更不利于创造型人才的成长[4]。

基于创新能力培养的机械设计基础课程的教学设计主要特点为：教学设计由以教为中心转向为要同时兼顾教和学，突出创新性，并且教学设计应用范围由单一走向多样化，理性设计转向融理性和创造性为一体的设计。上述特点可简单总结为：为什么学、学什么、怎么学、学得如何。基于创新能力培养的机械设计基础课程的教学设计和该课程传统教学设计的对比见表1。

1.1学生分析

为了选择和组织学习内容、阐明学习目标、设计教学活动、选用合理的教学方法与教学媒体等教学外因条件，需要对学生特征进行分析，总结出学生的学习习惯及学习起点。同时还要分析学生对感知到的刺激做出的反应，要做到真正的“因材施教”，提高教学的针对性和创新性。

1.2教学目标的分析与确定

教学目标主要从创新性思维培养、能力培养以及学习者学习需要3个维度进行分析和确定，如图1所示。

1） 创新思维的培养。通过机械设计基础课程的学习，培养学生的创新思维，进而提高创新能力。创新思维主要包括引发思维、发散思维、联想思维、深化思维、升华思维及综合式思维等。

2） 能力的培养。通过该课程的学习，可以培养学生具有设计简单机械系统、零部件的能力，对于机械工程问题建立模型、分析求解和论证的能力，在机械工程实践中初步掌握并使用各种技术、技能和现代化工程工具的能力。

3） 学习需求分析。学习需求在教学设计中是一个特定的内容，包括以下两方面：（1）学生目前的学习状况与期望值之间的差距，也就是学生目前水平与期望学习者达到的水平之间的差距，即（学习）期望达到的状况—（学习）目前状况 =（差距）学习需要；（2）根据学生所在专业对机械设计基础课程的要求，以及毕业设计和将来就业对机械设计相关知识的需求來制定学生的学习需求。

1.3教学内容设计

1） 案例教学。针对创新性能力培养的需要，在教学过程中应引入教学案例。教学案例具有直观性、典型性、系统性等特点[5]，利用生活中的实例、工程机械、常用机构或典型机械中的零部件来启发学生了解课程相关内容，并导入本次课的内容，在此过程中学生可以相互讨论并主动提出问题，由此可促进学生学习的主动性，培养创新意识。

2） 主体教学内容组成。基于创新能力培养的机械设计基础教学内容要与人才培养目标相适应[6]，教学内容在满足大纲要求的前提下，要充分体现学生创新能力的培养。主体教学内容设计主要包括教学方式、教学过程设计及创新思维培养等内容。

3） 增加拓展知识。在讲解课程授课计划内容后，还应增加知识拓展内容，即在学生学习完教材内容的基础上，教师扩展一些与教材内容相关且前沿的知识，以此激发学生学习兴趣，开拓学生视野，培养学生理论联系实际的能力和创新能力。

1.4教学策略

教学策略是对完成特定的教学目标而采用的教学活动程序、教学方法、教学媒体和课外作业等因素的总体思考，它主要是解决教师“如何教”的问题。为培养学生的创新能力，教师必须主动构思，并制定相应的教学策略，并通过教学来培养学生的创新意识。基于创新能力培养的机械设计基础教学策略主要包括以下内容。

1） 教学方法。教学方法是教师和学生为了达到教学目标，在教学原则的指导下借助教学手段而进行的师生相互作用的活动，为培养学生的创新能力，除了采用传统的讲授法、发现教学法、合作学习法等教学方法外，突出采用演示法、实验法、实习法等。

2） 教学媒体的设计。机械设计基础传统教学模式是“粉笔加黑板”，课堂上大量的教学时间都用在了书写和画图上，真正有效的教学时间大打折扣，学生得不到足够的视觉刺激，他们只能去想象，一些复杂的工程案例的图片或是视频则无法向学生展示，很难达到较好的教学效果。所以为了满足创新人才培养目标的要求，且能达到理想的教学效果，需要开发适合创新型人才培养的多媒体课程课件进行教学。

3） 课外大作业。从國内机械设计基础的教学现状来看，机械设计基础的习题大多是常规课后习题，学生仍然是抄题、画图及计算这样千篇一律的做作业形式，这从形式到内容都不利于学生创新能力的培养。基于这种情况，在原有作业形式的基础上还应该增加课外大作业以培养学生的创新意识。课外大作业是在讲解完一部分后，根据课程内容让学生结合实际进行相关内容的设计。通过课外大作业的形式可以提高学生发现问题、分析问题及解决问题的能力，对提高学生工程实践能力起到很重要的推动作用。

1.5教学评价

当前使用的机械设计基础课程成绩考核的方法已沿用多年，主要是以考试为主，以学生考试分数的高低评定学生的掌握程度，无法检验学生的实践能力、动手能力和创新能力，所以这种考核方式已不能满足创新人才培养目标的要求。结合黑龙江科技大学机械设计基础课程改革的开展情况，制定机械设计基础课程新的考核方式：考核内容主要包括平时讨论成绩、课堂作业成绩、课外大作业成绩、创新实践成绩、实验成绩及考试成绩等6部分，每一部分的比重可根据实际教学情况和学生的掌握情况自行调整。通过这种考核方式既可改变以往考题分数决定制的弊端，也可提高学生对课程的学习兴趣和热情，提升学生的工程实践的能力和创新能力。

2基于创新能力培养的机械设计基础教学设计的实践 为验证基于创新能力培养的机械设计基础教学设计改革的效果，本文以第四章连杆机构为例进行实践教学。

2.1学生分析及教学目标的确定

授课班级为焊接131班，共有30个学生，学生大多来自黑龙江省，所以学生的学习习惯及学习起点基本一致。以连杆机构中死点的应用为例，为学生播放了飞机起落架的视频，通过该教学视频对学生进行学习反映测试，结果显示，学生对来自新知识的刺激做出的反应相似，全班95%以上的学生对连杆机构内容都有极大兴趣，并显示出对学习连杆机构知识的渴望。

连杆机构为焊接专业学生必须掌握的内容，在该专业学生的毕业设计及就业中都能起到一定作用。通过连杆机构的学习，使学生在了解连杆机构的基础上，掌握连杆机构的类型、特点及工作原理，并能运用相关知识进行连杆机构的设计。同时，学生在消化现有知识的基础上，能够设计出新的机构或组合机构，从而培养学生创新思维。

2.2教学内容设计

在正式讲课之前引入切贝谢夫四足步行机作为应用案例进行教学，通过该案例让学生对连杆机构的应用有大致了解，同时让学生对本章内容产生兴趣，具体教学内容设计见表2。

2.3教学策略

1） 教学方法。在讲解连杆机构内容时，通过演示连杆机构的小制作，让学生产生兴趣，加深对该章内容的理解。同时安排本章试验，在实验室学生通过自己操作、测绘及重新组装连杆机构，巩固课堂所学内容。最后根据学校办学条件，组织学生到学校实训创新基地进行创新实习，根据学生所学内容并结合想象力制作出新的连杆机构或组合机构，图2为学生制作的连杆和齿轮的组合机构。

2） 教学媒体。课程应用自主开发的机械设计基础多媒体课件，该教学课件主要以authorware为开发平台，结合巨星、格式工厂、flash以及photoshop等软件，集文字、图片、声音、视频动画于一体，切合教学主题，搭配得当。课件包含教学指导、教学素材、演示文稿、电子教案、答疑集锦、能力测试、强化训练及模拟试题8个模块，课件主页如图3所示。图4为讲授本章内容时课件中程序控制的连杆机构类型变化图。

该课件已经在教学中运用了两学期，效果良好。适用该课件的专业和学生很多，在学校每学期使用本课件的非机械专业学生有近350人，由于课件有大量的案例、图片和视频，所以大大调动了学生的兴趣和积极性。此外，大量的自测题和模拟题的使用，大大提高了学生对课程内容的掌握程度，最后考试成绩也得到了普遍的提高。

3） 课外大作业。根据本章内容，大作业的题目为“结合工程实际设计一个连杆机构的组合机构”。焊接13-1班共30人，将其分为5组，然后每组选一名组长来负责任务细化，掌控进度，保证能按时将作业完成。完成任务后可分组对所设计内容进行讨论，然后每组选一位代表向全班学生讲解该组所设计的内容，最后教师做出总结。通过课外大作业，提高了学生们的协作能力，同时提升了学生发现问题、分析问题、解决问题的能力及创新能力。

通过教学实践表明，基于创新能力培养的机械设计基础课程教学设计与传统教学设计相比较，在很多方面都得到了提高，具体见表3。

3结束语

本文基于创新能力培养的教学目标，以拓宽知识为基础、以培养能力为主线，以提高素质为前提，以培养学生的工程实践能力和创新能力为核心，充分利用学校现有的机械设计基础教学研究成果、实验条件和办学条件进行教学设计研究与改革，并通过教学实践充分显示本研究取得一定效果，其中机械设计基础多媒体课件获得黑龙江省多媒体课件大赛一等奖。同时由于学生学习兴趣的提高，期末考试成绩平均为85分，较上一届高出近10分，学生的创新实践能力和动手操作能力得到了提高，就业方面也取得很好的效果，和以前相比，就业于世界500强单位的学生人数翻了一倍，为学校被评为“全国就业50强高校”做出了贡献。

参考文献

[1] 李占奎，刘元林，杨松华.机械设计基础课程教学改革的研究与实践[J].教学研究，2008，31（2）：152153+162.

[2]张晓露，武卫，郭晓峰.基于创新能力培养的《机械设计基础》教学改革[J].教育教学论坛，2014（10）：36.

[3]徐广红，刘静，付群峰，等.基于创新能力培养的机械设计类课程教学体系改革与实践[J].江西理工大学学报，2009，30（2）：6163.

[4]夏学华.新课程背景下高中信息技术教学设计的研究與实践[D].济南：山东师范大学，2009.

[5]于克强，陈国辉，刘秀莲.工程教学案例在机械设计教学中的应用[J].中国电力教育，2013（19）：8182.

[6]樊艺雯，刘卫.《机械设计基础》教学中创新能力培养的思考[J].科技风，2010（18）：22.

AbstractInstructional design of traditional machinery design foundation course has been unable to reach the current innovative talents training target requirements in many respects，based on the school′s cultivate innovative talents theory on school management，In view of teaching design of machinery design foundation adopt the method of tradition and develop innovation ability compared to reform of instructional design of the course. At the same time carries on the teaching practice，through teaching practice shows that the teaching design of machinery design foundation based on the cultivation of innovative ability can make the students′ Learning results，hands-on ability，the ability of analysizing and solving the problem and novation ability is greatly improved than traditional teaching design.This paper provides the theoretical basis and reliable support for the cultivation of innovative talents，while providing a reference for the study of teaching reform of mechanical design related courses.

Keywordsinnovation ability training；Machinery Design Foundation；teaching design