基于创新能力培养的机械类课程教学改革

张红霞 桂伟

摘 要：本文论证了机械创新设计大赛对机械类专业课程改革的促进作用。以机械专业比赛为契机，对机械类专业课程进行大力改革，从课程体系、教学内容和考核方式上进行改革创新，促进机械专业人才创新能力和专业综合知识应用能力的培养和提高。

关键词：机械创新；课程改革；教学改革

机械产品的创新设计是国家工业发展的重要基础，为各行各业提供先进技术装备。行业领域的发展需要具有创新能力的高级机械技术专业人才。高等教育的任务就是要培养学生在机械设计方面的创新能力，即机械设计的创新意识、创新思维、创新知识和创新技能等。

一、机械创新能力培养存在的问题

1. 创新设计理论知识严重不足

由于近年来人才培养计划的专业基础课时和学分的消减，致使学生的基础理论知识不扎实，对一些常见零件、机构的结构、功用等认识不深，掌握不够全面，学生在课堂教学中只能学到最简单的基础知识，却没有掌握深层次的理论知识，并且各知识点之间的连贯性较差，知识相对独立，不能成为一个较完整的系统，使得学生在进行机械创新设计比赛或课程设计时理论知识不够用。

2. 实践教学环节创新能力培养效果不理想

机械专业课程的实验大都是验证性的实验，创新性与综合性的实验比例和学时很少，加之大多数高校业余时间实验室对外不开放或开放时间较短，使实验室的利用率很低，影响了学生动手能力的培养。并且国内普通高等本科院校机械类专业的创新类实验教学平台普遍不足，无法开展创新型实验项目。硬件环境的不足和利用率低直接导致学生实践动手能力差、理论联系实际能力不足等。机械工程方面的创新能力培养，必须紧密结合企业实际的工程项目设计、制造、装配、调试等过程，没有工程实例教学项目为载体，学生就无法真正学以致用。

3. 创新技能亟须提高

大学生思维活跃，经过教师指导，会有很多灵感和创新点产生，但是由于没有扎实的创新技能，无法使灵感成为现实。如机械类大学生实践技能的训练主要是通过工程实践环节、专业实训环节，在短短的几周时间内，只能让学生掌握最基本的车、钳、刨、铣、磨、铸、锻、焊等基本操作，而如何将设计图纸变成产品还需具备更高水平的技能。

二、机械类课程教学改革

1. 教学内容改革

（1）机械基础系列课程体系优化

机械基础系列课程主要由机械制图、工程材料、工程力学、机械原理和机械设计等课程组成，各课程自成独立体系，内容重复较多，而连贯性差，学生在学习的过程中没有一个明确的主线和目标，没有系统设计的整体观。而在这些机械基础课程中，学习的最终目标是能利用所学知识设计三维机械产品或工业产品，所以在机械基础课程体系中贯穿整体的核心能力可以认为是对三维设计能力的培养。可将多门机械基础课程作为一个系统，对各课程教学内容上重复交叉的地方进行必要的精简和删除，将三维设计、分析、制造理念全面引入机械基础系列课程教学中，建立基于三维技术的机械基础系列课程新体系。在机械制图相关课程教学中，借助三维软件的建模和运动仿真分析功能直观地再现产品三维—二维—三维设计的过程，培养学生空间思维能力和创新设计能力。在工程力学等课程教学中，要求学生掌握三维设计的有限元分析及动力学分析，提高学生的工程应用能力。在机械原理和机械设计相关课程中，要求学生学会机构的三维仿真及运动设计，加强机构及系统设计的教学，在教学过程中充分应用SolidWorks等软件进行机械工程项目的分析、设计、计算与仿真等，设计出满足加工及工艺要求的合理机构，并对学生进行系统培训，参与模仿实物—模拟性设计—工程性设计—创新性设计的全过程学习实践，提高学生的综合应用能力和创新设计能力。

（2）创新型大作业设计

以机械原理课程为例，单一机构学习训练是必要的，如凸轮机构、四杆机构、齿轮机构、间歇运动机构等。要有意加強训练多种机构协调运转设计，比如学到连杆机构时，可以布置升降台的设计、助力机械手的设计等作业。还可以在后期分组布置一个复杂的机械创新设计项目，这类项目不是一个单一的机构，而是几种机构的组合，如硬币清分机或纸币分离机设计，这样的大作业题目要求可以灵活多样化，提出主要功能要求，鼓励创新设计。课堂教学是机械原理教学的主体，作业设计应该是课堂教学的有益的和必要的补充，创新型大作业不仅使理论与实践真正融会贯通，更是促进人才综合应用多门专业课程知识能力解决实际问题的载体，对综合实践应用能力的培养和创新思维的训练大有裨益。

（3）比赛作品嵌入课程学习

教师可将近年来学生竞赛项目如“S”形和“8”形无碳小车设计作品引入课堂教学中，要求学生分组合作最终完成小车设计和加工。教师将题目按课程需要进行拆解，分为机构运动分析、方案设计、选材加工、装配调试等，在相关的课程教学中对小车的设计和加工过程进行分步式学习和探索。例如在“机械设计”中，传动系统的方案设计讲解涉及齿轮传动、带轮传动、间歇传动和凸轮传动，演示往届学生的比赛作品，引导学生观察和分析传动机构的运动效果，在学习前人设计作品的基础上进行创新改造设计。如在“机械制造技术基础”中，教师可以引导学生思考在选材、加工环节中减轻重量和减少加工工序的方法，学生可利用业余时间加工制造小车，带着任务和目标学习更能提高学习的主动性，增强学习的紧迫感。将基础课程有机地联系起来，使学生能自主地融会贯通，把原来单项的课程教学变成现在“一条龙服务式”的教学，使学生认识并参与到机械产品设计及加工的全过程中。

2. 考核方式改革

改革机械基础相关课程考核方式，取消期末试卷考试的形式，可以同学期相关课程二合一、多合一考试，以综合应用型设计大作业或作品为考核形式，不再统一题目，题目多样化、答案多样化，从文字性的死记硬背考核转变为综合知识应用能力考核，这种考核方式更能检验学生的真实专业水平，体现创新能力和专业知识综合应用能力。把学生创新能力培养作为考核学生专业水平的一项指标。例如，在各项专业竞赛中，获得不同奖项给予不同加分奖励，在学年奖学金评定及选优、保研推荐中作为额外加分，在学年平均成绩上加分，国家级、省级不同等级给予不同分数奖励。只有考核标准明文规定加分制，才能大力调动学生的比赛积极性，而专业比赛是培养学生创新能力的最有效的手段。

在创新能力培养的机械课程改革中，学生和教师都需要有一个适应的过程，特别是教师工作量和知识量的增加非常明显。改革最大的受益者是学生，学校学生参加机械创新设计大赛、工程训练比赛均获得较好的成绩，2016年机械创新设计大赛获得湖北省一、二、三等奖等多个奖项，并获得优秀组织奖，2017年工程训练比赛其中一支队伍获得国家二等奖的好成绩，参赛作品中学生的很多想法和实践水平超出预期。创新能力的培养要体现在每一门课程课堂教学中、课后作业中以及专业比赛项目里，只有时刻有意识地培养机械创新能力，才能满足时代对机械专业人才的要求，提高人才的可持续发展能力。

参考文献：

[1]帅玉妹.机械设计基础课程创新能力的培养与实践[J].中国电力教育，2011（29）：90-91.

[2]韩芸芳.机械设计基础课程设计创新与实践[J].职教探索，2010（11）：199.

[3]周凯红，李淑.关于机械设计基础课教学中学生创新能力培养的思考[J].桂林航天工业高等专科学校学报，2009，55（3）：373.

基金项目：武汉市教育科学规划课题“应用技术型人才创新能力培养的实践与研究——以机械创新设计大赛为平台”（课题编号：2016C276）的研究成果。

作者简介：张红霞（1982— ），女，湖北孝感人，硕士，副教授，研究方向：自动控制技术、高等教育。