基于创新创业能力培养的机械创新设计与实践课程研究

淮旭国， 刘 健， 贾文军， 史风栋， 徐国伟

(1. 天津工业大学 国家级实验教学示范中心， 天津 300387； 2. 天津工业大学 工程教学实习训练中心， 天津 300387)

基于创新创业能力培养的机械创新设计与实践课程研究

淮旭国1,2， 刘 健1,2， 贾文军1,2， 史风栋1,2， 徐国伟1,2

(1. 天津工业大学 国家级实验教学示范中心， 天津 300387； 2. 天津工业大学 工程教学实习训练中心， 天津 300387)

为了切实有效地开展创新创业教育，开设了机械创新设计与实践课程，结合具体实例阐述了该课程的开设对学生机械设计能力、电子应用能力以及机电一体化综合能力培养的重要意义，并介绍了基于该课程开展项目孵化的大学生创新创业项目的开展与实施。通过实践活动的开展激发学生的创新思维和创新意识，进而提高大学生的创新与创业能力。

创新创业教育； 机械创新设计； 工程实践课程

2015年国务院办公厅发布了《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，深化高等学校创新创业教育改革，是国家实施创新驱动发展战略，是促进高校毕业生更高质量创业就业的重要举措[1]。创新创业教育上升到建设国家创新发展的重要战略[2]，已经成为经济增长的引擎之一及推进高等教育综合改革的重要工具[3]。培养大学生的创新精神和创业能力成为高校人才培养的一项战略性任务[4]，大学创新创业教育已经成为大学教育的重要组成部分[5], 只有开展切实有效的创新创业教育，才能培养大学生的创新精神和创业能力[6]。结合我校工程教学实习训练中心机械制造基础实训部实际情况，开设了机械创新设计与实践课程，通过创新实践课程的学习与项目开展，让学生制作作品参加学科竞赛和大学生创新创业项目，提高学生的机械设计能力、电子应用能力以及机电一体化综合能力，锻炼学生独立思考、实践动手、自主创新、团队合作的能力，培养学生的创新创业能力。

1 机械创新设计与实践课程的建立

教育部下发的《关于大力推进高等学校创新创业教育和大学生自主创业工作的意见》，明确要求高校把创新创业教育纳入专业教育和文化素质教育教学计划和学分体系[7]。我校工程教学实习训练中心机械制造基础实训部在学校教务处实践教学部门的推动下，结合实际情况面向学校工科学生开设了2学分机械创新设计与实践课程。课程包括创新思维和方法、常用机械结构实例应用、Solidworks建模、智能控制与单片机应用、机械加工工艺分析等内容。除上述课程外，教师会向学生介绍各种学科类竞赛及创新创业活动项目、历届获奖作品创新点、学生组队的原则以及参加比赛对学生学习生活的重要性，让学生结合各类国家性竞赛、各级(包括校级、市级、国家级)大学生创新创业活动项目，利用学到的知识制作出作品。

实践是开展创新教育活动的重要载体和途径[8]，如果没有实践活动，创新创业能力的形成就缺少外部环境和条件[9]。将课程跟各类竞赛及创新创业活动项目有机结合，搭建实践平台，为学生进行创新创业教育奠定基础。

2 课程对学生创新创业能力的培养

2.1 机械设计能力的培养

大学生机械创新设计能力的培养是建立在现有机械设计理论基础上，改进完善生产或生活中现有机械产品的技术性能、可靠性、实用性等，或创造设计出新机器、新产品[10]。全国大学生机械创新设计大赛和全国大学生工程训练综合能力竞赛为大学生提供了锻炼的平台，机械类学生对这2项赛事格外感兴趣。

王泽辉等学生设计的复合数控机床(见图1(a))，一方面可作为教师在教师讲课的演示设备，借助机床灯和摄像头将运动结构实时投射到大屏幕，方便学生学习，另一方面可让学生自己编程操作，加工简单零件。于波等学生设计的3D梦幻教室(见图1(b))，主要利用伪全息投影技术，使零件、机构运动及机器装配过程的展示效果更加立体、直观、形象。这2组学生将作品用于参加第六届全国大学生机械创新设计大赛，大赛主题为“幻·梦课堂”，内容为“教室用设备和教具的设计与制作”。加强了学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高了学生针对实际需求进行机械创新、设计、制作的实践工作能力。

图1 全国大学生机械创新设计大赛作品

李忠远等学生将兴趣放在了全国大学生工程训练综合能力竞赛，针对性地制作作品。无碳小车包括车架、原动机构、转向机构、行走机构、微调机构、传动机构等，设计要求精度高，理论可行。首先利用机械设计、机械制图的知识通过Solidworks三维软件建立无碳小车各零部件模型，并添加约束关系进行装配获得无碳小车的装配模型(见图2a)，并进行仿真。设计完成后利用车床、数控铣床等设备进行加工制作，对加工完成零部件进行装配(见图2b)，装配完成后对无碳小车进行调试。建模过程培养了学生的机械作品设计能力，加工过程中提高了学生的制造工艺能力、实践操作能力，装配过程中锻炼了团队协作能力。调试阶段提高学生在生产实际中发现问题、分析问题和解决问题的能力，完全与全国大学生工程训练综合能力竞赛的主旨相符合。最终这项作品获得了“S”型越障无碳小车全国二等奖。

2.2 电子应用能力培养

杨心齐[11]等学生采用以HT66FU50单片机为主控芯片设计了花草鱼虫智能生态一体机(见图3)，该设备分为智能鱼缸部分和智能养花部分，智能鱼缸部分通过隔膜水泵、步进电机等元件协同作用完成排水、注水、喂食等动作，利用双浮球水位传感器、浊度传感器进行实时监测水位、水质及光强，实现自动换水、过滤、清理鱼粪的功能；智能养花部分可以自动浇水，实时监测土壤湿度，利用清理出的鱼粪给花儿施肥。该设计作品参加“合泰杯”第十届天津市大学生单片机应用设计竞赛，获得天津市二等奖。通过参加天津市大学生单片机应用设计竞赛，加强了学生动手能力的培养和工程素质的训练，提高了学生面对实际问题进行单片机研究、制作的能力，及创新能力和协作精神。

图2 “S”型越障无碳小车

图3 花草鱼虫智能生态一体机

2.3 机电一体化综合能力培养

现有的红胶印章胚料加工工艺中切除余料和磨平基本是半人工操作，技术落后、劳动强度大。韩陆宇等学生研制出红胶印章胚料切磨一体化的加工设备(见图4)。红胶印章数控切磨机采用西门子S7-200控制器，设计了基于该PLC控制器的控制电路，实现数控切磨机对红胶印章胚料的余料切除环节和刻章面磨平环节的控制。红胶印章胚料数控切磨机通过上料机构、夹紧机构、切除机构、磨削机构以及进给机构这些机械结构(见图5)实现印章胚料从上料、余料切除、切除面打磨、卸料的自动化加工。学生对印章生产企业进行市场调研和市场分析，并撰写设备的创业项目计划书进行产品的市场推广。产品参加了2016年西门子杯中国智能制造挑战赛工程创新赛。西门子杯中国智能制造挑战赛分为逻辑控制、设计开发、工程创新、运动控制以及硬件研发5个部分，为学生提供交流与学习的平台，培养学生的科技应用能力和创新能力。

图4 印章胚料数控切磨机整体实物图

图5 印章胚料数控切磨机机械结构图

2.4 大学生创新创业项目开展与实施

大学生创新创业训练计划(下称“大创计划”)的目的是促进高校转变教育观念，强化创新创业能力训练，增强高校学生的创新能力及创业能力[12-13]。我校自实施大创计划以来，遵循“兴趣驱动、自主实践、重在过程、培养能力”的原则，依托各实验中心、学生创新实验室等，以项目为载体，面向本科专业开展创新创业训练活动，培养学生的创新能力和在创新基础之上的创业能力。王泽辉等学生的复合数控机床项目获得国家级大创计划资助，杨心齐等学生的花草鱼虫智能生态一体机项目获得校级大创计划资助，除此之外还有其他学生也获得了国家级、市级、校级大创计划资助。通过机械创新设计与实践课程制作的作品与大创计划相结合，用竞赛和大创计划共同培养学生创新创业能力。

3 结语

通过机械创新设计与实践课程的学习，提升了学生的理论学习能力及动手实践能力，以学科竞赛活动为导向，为学生搭建实践平台，让学生根据兴趣、爱好以及学科竞赛的特点制作自己的作品，制作过程中遇到问题进而开展学习并对问题进行解决，最终体会成功解决问题的喜悦。这些过程提高了学生独立思考能力、实践动手能力、团队合作能力，激发学生的创新思维和创新意识，进而提高大学生的创新与创业能力。

References)

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[13] 于斌，颜贤斌.“大学生创新创业训练计划”项目管理探索与实践[J].实验技术与管理，2015,32(9):30-33.

Research on mechanical innovative design and practice based on cultivation of innovative and entrepreneurial ability

Huai Xuguo1,2, Liu Jian1,2, Jia Wenjun1,2, Shi Fengdong1,2, Xu Guowei1,2

(1. National Experimental Teaching Demonstration Center, Tianjin Polytechnic University ,Tianjin 300387, China;2. Center of Engineering Practice Training, Tianjin Polytechnic University ,Tianjin 300387, China)

In order to carry out innovative and entrepreneurial education practically and effectively, this paper sets up the mechanical innovative design and practice course, which is combined with its own characteristics. Through examples, this paper indicates that the course study has important significance on mechanical design ability, electronic application ability, mechanical manufacture and automation ability for students, and introduces the development and implementation of the college students’ innovations based on the course carrying out the project incubation. Through the development of the practical activities, it can stimulate students’ innovative thinking and consciousness, and lead them to improve innovative and entrepreneurial ability.

innovative and entrepreneurial education; mechanical innovative design; engineering practice courses

10.16791/j.cnki.sjg.2017.06.042

2016-12-14 修改日期：2017-02-20

天津市教育科学“十三五”规划课题(HE3007)

淮旭国(1983—)，男，河北邢台，工学硕士，工程师，主要从事机械设计与制造实训教学.

E-mail：xuguo.huai@163.com

G642.0

A

1002-4956(2017)06-0168-04