机械设计基础实验教学探索

王海泉 姚玉环 龚勇镇 马李 张小勤

摘要：机械基础实验是机械类专业实践教学中的重要环节，根据机械基础实验教学中所存在的问题，在机械设计基础实验教学过程中，通过探索应用信息技术、TRIZ工具、开放项目、激励机制及创新大赛等手段，构建开放式实验教学环境，旨在强化学生各项能力的培养。

关键词：教学方法；机械设计基础；实验教学；开放实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）14-0271-02

目前，很多机械设计基础实验教学，因课时限制等原因，实验学时不足，综合性和设计性实验也随之减少，学生也存在“被动参与”的弊端[1-2]。教学过程中，教学内容、方法更新缓慢；实验的考核重知识，轻能力等，这些问题在某种程度上束缚了学生的创新思维、想象能力等[3]。下面结合我校机械设计基础实验在强化学生各项能力培养的实验教学观念指导下的一些探索。

一、以信息技术为媒介，助力实验教学

在全球化加速推进和信息化迅猛发展的背景下，社会发展日新月异，信息技术在教学中的应用显得越来越重要。我们可利用新媒体宣传实验室在学科、教学、管理、科研、比赛等方面的“正能量”，减少学生对实验室功能认识的盲区，吸引更多学生进入开放实验室。在日常实验教学中，充分利用信息技术与实验教学的深度融合[4]，通过督促、检查等方式引导学生重视在课余投入时间和精力进行自学。我们还可通过微信、微课等形式让学生对某个知识点实验内容课前预习或提前览阅虚拟仪器，课前进行检查提问，同时布置具有拓展性的学生不熟悉的课题，让学生们课下进行学术研讨，并通过网络检索文献，进行深入研究并进行归纳总结。例如：我们让学生应用TRIZ理论40条创新原理解决管道机器人的多功能问题、应用机械设计理念中的一种（如模块化设计）设计水果采摘器等，在日常实验教学中潜移默化地引导学生养成课外自学的习惯，让学生深刻体会到时时、处处可学，进而也培养了学生的自学能力。

二、TRIZ工具集用于驱动学生创新，为实验教学提供新途径

TRIZ理论是前苏联以根里奇·阿奇舒勒为首的专家，通过对世界各国数百万件高水平发明专利进行分析后提出的一种解决发明问题的理论[5]，TRIZ创新方法在在俄罗斯、欧美国家和地区已经获得广泛应用，也获得了显著成效。基于机械设计基础课程性质，为了给学生解决技术问题、开发产品、形成新的构思提供一种方法，进入开放实验室的学生，我们先会培训TRIZ理论这门课程，包括：物理矛盾与分离原理、物场分析与标准解、科学效应、发明原理、功能导向搜索、特征传递、案例介绍等，总之培训的目的是要让学生学会如何根据需求去创新，学会创新方法，培养团队合作精神，通过不同形式项目，使学生逐步形成创新意识。

三、利用开放项目，巩固和延伸教学内容

学生进入开放实验室组建的团队后，以机械设计基础实验为例，我们可设立一大批以机械设计基础课程理论知识和工程知识多维渗透的综合性、设计性和探索性开放实验项目、学生自主创新项目，以此为抓手，在实验室管理机制上更加灵活的配合，构建的开放性项目允许学生自选及在课余时间在任何地点完成。开放项目如：利用互联网+TRIZ理论创新设计近在咫尺的、家庭、商场、教室等每天用到的东西，如电风扇、插线板、多功能桌子、遮阳蓬、自行车、机器人等等。以司空见惯的遮阳棚为例，通过学生的讨论、查文献，有的学生团队运用TRIZ理论中40条创新原理中合并原理、预先作用原理、有效作用的连续性原理及自服务原理等，并结合TRIZ创新方法中的最终理想和资源分析法，设计出面向汽车室外防护的全自动遮阳蓬，设备结构如图1所示，该项目获得“攀登计划”资助，经费8万元。该团队学生三维仿真建模完成后，有学生目瞪口呆地说：“哇，这么回事啊，为什么以前没有想到，好神奇呀！”通过这种团队活动，也使得学生养成一种观察身边事物或生活的点点滴滴习惯，提高与人交往能力与团队协作能力，为创新提供一种基础。

四、以激励机制、头脑风暴、创新大赛，为人才培养再续航

学校需建立一套完善而有效的激励机制，激励学生创新，如：①获国际级、国家级、省级比赛奖、发表专利或论文的同学给予奖励；②有创新成果且获得国家专利、发表论文等给予校级科研项目培育资助；③提供创新平台、服务平台，做好表率宣传，校園形成创新氛围等。另外，我们把各类创新大赛、项目中反映出的综合专业理论知识及技能反馈到开放实验项目各个环节中，在此过程中一些方法赋予具体意义，对学生理解和掌握专业知识具有十分重要作用，方法不一定老师举，可以放手让学生用“头脑风暴”法讨论，学生踊跃发言，有的学生举例出乎意料，又言之有理，最后播放提前准备好的微课例子，形成对比，培养了学生的创新精神、发散思维和准确的表达能力，教师要尽可能为学生提供这样的机会。如以现代TRIZ理论创新设计石化管道机器人为例，其中一个功能是要实现机器人尺寸能够调节，利用功能导向搜索功能，对功能进行一般化描述为尺寸调节结构，让学生举例，有的学生想到了月球探测车、折叠机械结构、汽车吊伸缩结构、车床夹盘卡爪、相机变焦机构、风扇高度调节、雨伞长度调节结构、行程放大机构等等，再让学生应用TRIZ理论中40条创新原理中的原理解决该问题，学生分析出是气压和液压结构、预先作用、多用性等原理，通过这些不同方法，再结合工程案例的讲解，不仅能启发学生，而且增强了学生对知识的兴趣、理解和创新。

我们对所有进入实验室的学生课题进行培育，同时选拔优秀作品亲自动手做样机，参加各种竞赛，提升学生学习兴趣及成就感等，当前，作者所在开放实验室培养的学生参加的社会实践与科技竞赛，参赛项目有：云智能医药服务机器人；智能化太阳能广告牌的研发与应用；健康智能调味料定量器；基于现代TRIZ理论自充式LED照明鞋创新设计等。

五、结语

近年来，从进入实验室的学生问卷反馈意见和评价表明，通过机械设计基础的日常实验教学与教师带领学生参加科技开发、应用研究，大多数学生普遍得到了各项能力的全面培养，达到了培养目标，每年都有学生主持或参加校级培育项目、广东大学生科技创新培育专项资金立项项目，不少学生研发了具体产品，积极参加课外科技活动，有的获得了国家级奖项、申请专利或出版了专著，有的在省级以上期刊公开发表了论文，还有的学生利用在学校期间做的项目基础，准备创业。不同实验室、不同课程的实验虽然都有自身不同的特点，但在日常实验教学过程中仍可探寻出合适的教学手段，提高学生各项能力。

参考文献：

[1]张洪田.构建开放式实验教学体系培养工程应用型人才的探索与实验[J].中国大学教学，2011，（8）：73-76.

[2]宁方立，王琳.虚实结合的机械设计实验教学方法[J].实验研究与探索2017，36，（2）：165-166.

[3]杨李婷，章韵，黄刚.基于开放实验与自主学分个性化教学模式的探索研究[J].实验技术与管理.2017，02（34）：158-161.

[4]刘江南.日常教学潜移默化培养学生四种基本能力[J].中国大学教学.2010，（8）：21-22.

[5]MANN D.Hands-on systematic innovation [M].Ieper，Belgium：Creax Press，2002.