導語：機械創(chuàng)新設(shè)計與實踐課程教學探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為了提高機制專業(yè)學生的創(chuàng)新能力，通過實際的調(diào)研和前期教學的經(jīng)驗，在2016級本科教學大綱增加“專業(yè)機械創(chuàng)新設(shè)計與實踐”課程，從調(diào)動學生的積極性出發(fā)，提出了機械創(chuàng)新設(shè)計與實踐課程理論和實踐相結(jié)合的運作模式，從而培養(yǎng)機制專業(yè)學生的主動參與意識和創(chuàng)新意識，這對提高課程的實踐教學質(zhì)量和培養(yǎng)機制專業(yè)學生的工程能力，推進高等教育的完善，具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：機械創(chuàng)新設(shè)計；理論；實踐；創(chuàng)新意識；工程能力

一、機械創(chuàng)新設(shè)計與實踐課程的性質(zhì)

“機械創(chuàng)新設(shè)計與實踐”課程是機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)2016年教學計劃中的學院的平臺課，是機制專業(yè)在2016級教學計劃中新增加的課程，預計在第六學期開設(shè)。該課程著重培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、工程應用與實踐能力，使學生學會、掌握一般創(chuàng)新設(shè)計技法，掌握針對某一需求（或功能）進行功能原理創(chuàng)新設(shè)計、機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的方法，或發(fā)現(xiàn)潛在的需求，進而開發(fā)新產(chǎn)品的能力，在此基礎(chǔ)上進行提升創(chuàng)新設(shè)計能力和工程訓練綜合能力[1-3]。在教學模式的構(gòu)建、教學方法的運用、教學手段的使用和考核方式的改革等方面均圍繞著培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實際動手能力來進行設(shè)計[4]?！皺C制創(chuàng)新設(shè)計與實踐”課程理論內(nèi)容包括創(chuàng)新原理與技法、方案創(chuàng)新設(shè)計、機構(gòu)與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計、TRIZ理論與創(chuàng)新設(shè)計和基于項目的創(chuàng)新方案設(shè)計等，旨在培養(yǎng)學生提升創(chuàng)新能力的同時，將創(chuàng)新思維、技法應用到專業(yè)學習實踐中，達到創(chuàng)新教育與專業(yè)教育相融合的目的，使學生具有較為全面的專業(yè)知識和扎實的理論基礎(chǔ)。“機制創(chuàng)新設(shè)計與實踐”實踐內(nèi)容包括基于項目的機械創(chuàng)新方案的數(shù)字化設(shè)計、基于項目的設(shè)計方案運動模擬與分析和項目的加工制作。

二、理論與實踐相結(jié)合，構(gòu)建多層次的課程體系

為了進一步開展強化創(chuàng)新實踐的工程教育新模式的改革與實踐，培養(yǎng)實踐動手能力強、富于創(chuàng)新精神的工程創(chuàng)新型人才，2016年，學校進一步加大了實踐設(shè)施建設(shè)，在新建的實訓實驗中心增加了大學生創(chuàng)新設(shè)計實驗室的活動空間，作為本科學生專業(yè)工程訓練和實踐基地，用于學生創(chuàng)新、研發(fā)、制作，為課程教學改革奠定了基礎(chǔ)[5]。經(jīng)過前期多年的教學經(jīng)驗的積累，在新設(shè)置課程“機制創(chuàng)新設(shè)計與實踐”教學計劃中著重培養(yǎng)學生創(chuàng)新設(shè)計能力和工程創(chuàng)新訓練，其中理論授課學時為16學時，課內(nèi)實驗學時為16學時,同時打破了課內(nèi)實驗教學的傳統(tǒng)模式，將學生課外的創(chuàng)新實驗也納入教學體系之中，增設(shè)了課外開放創(chuàng)新實驗、工程訓練和創(chuàng)新設(shè)計競賽等課外的實踐環(huán)節(jié)，形成了理論與實際相結(jié)合、課內(nèi)和課外相結(jié)合的多層次課程體系?！皺C制創(chuàng)新設(shè)計與實踐”課程理論教學環(huán)節(jié)主要包括以下幾個方面：創(chuàng)新原理與技法包括創(chuàng)新思維、創(chuàng)新理論、創(chuàng)新技法以及機械創(chuàng)新設(shè)計方法等內(nèi)容；方案創(chuàng)新設(shè)計包括機械系統(tǒng)原理方案、執(zhí)行系統(tǒng)方案、傳動系統(tǒng)方案的設(shè)計；機構(gòu)與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計包括機構(gòu)形式設(shè)計的原則、機構(gòu)方案的評價、機構(gòu)的構(gòu)型。掌握機構(gòu)的構(gòu)型；TRIZ理論與創(chuàng)新設(shè)計包括講授TRIZ理論的基本概念，技術(shù)系統(tǒng)及其進化法則，TRIZ理論及其應用等；基于項目的創(chuàng)新方案設(shè)計主要以大學生機械設(shè)計競賽優(yōu)秀作品為例進行案例教學。“機制創(chuàng)新設(shè)計與實踐”課內(nèi)實踐環(huán)節(jié)具體的實施過程是利用三維軟件進行典型機械裝置的設(shè)計，利用二維、三維軟件進行典型機械裝置的運動模擬與分析，針對前一個實驗的設(shè)計方案進行實物的加工制作，3個人一小組，制作一個機械創(chuàng)新裝置。具體的項目設(shè)計的內(nèi)容是結(jié)合已學的機械結(jié)構(gòu)完成具體問題的創(chuàng)新設(shè)計，充分利用大學生創(chuàng)新實驗室的設(shè)備完成指定問題的實物制作，培養(yǎng)學生具有分析問題和解決問題的實際工作能力。

三、加強課外實踐環(huán)節(jié)，提高學生工程實踐能力與創(chuàng)新能力

實驗教學內(nèi)容重在實踐、鼓勵創(chuàng)新，突出綜合、強調(diào)能力。同時，打破了課內(nèi)實驗教學的傳統(tǒng)模式，將學生課外的創(chuàng)新實驗實踐也納入教學體系之中。將“做中學”理念融入課程教學，強化創(chuàng)新教育與專業(yè)教育的深度融合，加強了本專業(yè)學生的創(chuàng)新教育與工程實踐訓練[6]。（一）開設(shè)開放創(chuàng)新實驗。在2016年之前的課外實踐環(huán)節(jié)中，為了使本專業(yè)學生能夠?qū)W習到更多地知識技能，每個學期設(shè)置一些開放性創(chuàng)新實驗，如基于3D打印技術(shù)的機構(gòu)創(chuàng)新實驗，效果良好，學生可以獲得創(chuàng)新學分。學生共獲得創(chuàng)新學分人數(shù)300多人次，并且也為他們的就業(yè)奠定了一定的基礎(chǔ)。從教學經(jīng)驗可以看出開設(shè)開放實驗對于提高學生的工程能力有著重要的作用。在新設(shè)置“機制創(chuàng)新設(shè)計與實踐”課程中可以進行開放實驗的設(shè)置，參考題目如基于3d打印技術(shù)的機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計開放實驗、基于3d打印技術(shù)的典型模具設(shè)計開放實驗等。開放實驗題目可以自行擬定、指導教師命題、企業(yè)命題、各種學科競賽命題，主要以學生自我創(chuàng)新為主進行機構(gòu)創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。學生主要通過三維造型、3D打印、機構(gòu)搭接試驗臺、模型制作、模具設(shè)計及數(shù)控編程等形式進行模擬仿真或?qū)嵨锬Ｐ头抡?。?jīng)過此環(huán)節(jié)的訓練，學生無論是理論知識的融會貫通還是實踐技能和創(chuàng)新能力都能獲得了質(zhì)的飛躍。（二）進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目研究?！皺C制創(chuàng)新設(shè)計與實踐”課程教學團隊教師負責指導學生申報校級以上大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。注重以項目研究為載體，開展原理方案設(shè)計、答辯、實驗實施、數(shù)據(jù)處理與分析、樣機制作等具體的項目研究工作，讓學生接受較為系統(tǒng)的訓練，體驗項目研究的完整性，完成實踐能力的鍛煉和經(jīng)驗的積累。項目結(jié)題需提交研究報告，研究成果至少包括實物、專利、競賽獲獎其中的一項，每個項目成員由3人組成。（三）開展工程訓練。在學生的工程訓練過程中，計劃在“機制創(chuàng)新設(shè)計與實踐”課程的實踐環(huán)節(jié)中設(shè)置一些訓練項目，如無碳越障小車（重力勢能驅(qū)動，繞“8”字或按正弦曲線行走）、循跡（或搬運）機器人訓練項目、創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計等項目，進行工程實踐基礎(chǔ)訓練，每個項目小組由3人組成。其中無碳小車競賽創(chuàng)新設(shè)計題目可以參考如下：“小車支架零件創(chuàng)新設(shè)計”“小車導向機構(gòu)零件創(chuàng)新設(shè)計”“小車底盤零件創(chuàng)新設(shè)計”“小車傳動機構(gòu)傳動齒輪的創(chuàng)新設(shè)計”等，也可自行設(shè)計題目。這些題目在設(shè)計上遵循自主創(chuàng)新的原則，每個設(shè)計圖形都要求具有一定的復雜程度，在原理和實踐上同時培養(yǎng)了大學生在專業(yè)技能方面的經(jīng)驗[7]。項目融合了實踐性、綜合性、創(chuàng)新性，有利于學生主動學習、主動實踐和團隊精神的培養(yǎng)，有利于學生創(chuàng)新意識和實踐能力的養(yǎng)成。在創(chuàng)新創(chuàng)意項目中：例如設(shè)置創(chuàng)新設(shè)計主題為“創(chuàng)新創(chuàng)意”，內(nèi)容為“結(jié)合先進的制造方法進行五金、家居、玩具、家電、機械、汽車等六類工業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計”。要求完成以下幾個方面內(nèi)容：利用3D打印機實現(xiàn)作品原型，對比設(shè)計方案與3D原型，修改設(shè)計方案，記錄設(shè)計-驗證-再設(shè)計的過程，編寫并提交3D打印模型的檢測報告等。編寫3D打印工藝設(shè)計文件（根據(jù)產(chǎn)品造型3D模型，結(jié)合3D打印工藝特點，綜合考慮精度、質(zhì)量、加工速度、節(jié)省支撐材料、方便支撐材料手工剝除、后處理容易等因素，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式及快速成型時工件的姿態(tài)）。通過3D打印機制作出的未進行后處理的設(shè)計作品一件。根據(jù)3D打印工藝設(shè)計文件，在3D打印設(shè)備許可的范圍內(nèi)選擇設(shè)備工作參數(shù)。啟動設(shè)備進行產(chǎn)品的制作，制作過程中可以采取暫停等措施進行必要的人工干預，也可以采取全自動的方式進行制作[8]。（四）開展學科創(chuàng)新設(shè)計競賽。為了進一步解決專業(yè)課程教學內(nèi)容與工程實踐過于脫離，突出本課程“重在實踐，鼓勵創(chuàng)新，突出綜合，強調(diào)能力”的教學目標，引導學生參加校級或院級以上專業(yè)競賽，并作為課程考核選項的內(nèi)容之一[9]。目前，校級或院級以上與專業(yè)密切相關(guān)的競賽有“機械創(chuàng)新設(shè)計競賽”“機器人競賽”“工程能力綜合競賽”“創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計競賽”每年舉辦一次。參賽作品為設(shè)計圖紙、三維仿真、實物（或模型）制作等。近幾年，機制專業(yè)學生參加省級以上創(chuàng)新類競賽取得了優(yōu)異的成績，例如遼寧省首屆“TRIZ”杯創(chuàng)新大賽TRIZ理論應用（硬幣分類系統(tǒng)），遼寧省首屆“TRIZ”杯創(chuàng)新大賽TRIZ理論應用（搬運車的輪胎履帶轉(zhuǎn)換機構(gòu)），遼寧省機械設(shè)計競賽（塑纏式硬幣自動包裝機、全自動包裝封箱一體機、全自動書本包裝機、自動送紙硬幣包裝機、硬幣分類包裝機），第十二屆遼寧省“挑戰(zhàn)杯”競賽（助殘健身輪椅、一體式輪胎履帶轉(zhuǎn)換運輸車），其中指導本科生參加2012年遼寧省機械設(shè)計大賽（螞蚱滑板車）獲得了省一等獎，2016年全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽作品硬幣分類包裝機獲得了全國一等獎等好成績。獲獎作品同時可獲得創(chuàng)新學分。學院規(guī)定創(chuàng)新學分中，至少應有0.5學分為通過專業(yè)競賽獲得，也為課程教學提供了保障。

四、建立多元考核評價方式

圍繞教學目標、教學內(nèi)容，采用模塊化考核體系。將考核分為四個模塊，實施了“平時考核+課內(nèi)考核+課外實踐考核+答辯考核”考試方式。平時考核：主要考核學習主動性，提出問題的優(yōu)良性、主動性，作業(yè)、報告完成質(zhì)量等。課內(nèi)考核：指課內(nèi)知識點的考核，考核采用結(jié)果與過程結(jié)合、仿真與實操結(jié)合。課外實踐考核：課外實踐實施分層次教學，至少完成開放性實驗、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、工程訓練（無碳小車制作、循跡（搬運）機器人制作）、學科競賽四項中的一項，側(cè)重創(chuàng)新性、工程性、完成質(zhì)量。答辯考核：采用答辯的方式對設(shè)計結(jié)果進行考核。多元化考核評價方式，提高了學生學習的主動性，強化了平時學習的投入，突出了創(chuàng)新能力和專業(yè)能力評價[10]。經(jīng)過多年改革整合和建設(shè)，目前課程著重培養(yǎng)學生創(chuàng)新設(shè)計能力和工程創(chuàng)新訓練，理論授課學時為20學時，課內(nèi)實驗學時為12學時,同時打破了課內(nèi)實驗教學的傳統(tǒng)模式，將學生課外的創(chuàng)新實驗也納入教學體系之中，增設(shè)了課外開放創(chuàng)新實驗、工程訓練和創(chuàng)新設(shè)計競賽等課外的實踐環(huán)節(jié)，形成了理論實際相結(jié)合、課內(nèi)和課外相結(jié)合的多層次課程體系，如表1所示。根據(jù)“加強基礎(chǔ)、融合專業(yè)、因材施教、重點培養(yǎng)”的指導思想，制定了圖1所示的“創(chuàng)新教育”與“專業(yè)教育”相融合的培養(yǎng)方案，課程教學模式分為三個相互融合的模塊，完成創(chuàng)新教育與專業(yè)教育融合。通過創(chuàng)新課程的學習，大學生的創(chuàng)新理論和創(chuàng)新實踐技能都得到很大的提高，創(chuàng)新課程實施后的效果如圖1所示。

五、結(jié)語

2016教學計劃中“機械創(chuàng)新設(shè)計與實踐”課程包括了課內(nèi)實踐和課外實踐兩部分，邊做邊學。課內(nèi)實踐包括實訓、實驗、基本工程訓練等環(huán)節(jié)；課外實踐包括工程能力綜合訓練、開放創(chuàng)新實驗、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目訓練、學科競賽等環(huán)節(jié)。課內(nèi)實踐側(cè)重基礎(chǔ)訓練，課外實踐側(cè)重工程綜合能力訓練，全方位擴展相關(guān)知識，使知識結(jié)構(gòu)更趨完整。每個實踐單元既獨立又相互聯(lián)系，從虛擬仿真到實物加工，相輔相成，共同完成能力培養(yǎng)。由于課程的“課外實踐”全部采用實際設(shè)計題目，其中有一部分是參賽題目，所以，學生的部分作業(yè)參加了設(shè)計競賽，并獲得了眾多獎項，這對鍛煉學生的實戰(zhàn)能力，調(diào)動學生的學習熱情具有極其重要的作用。

作者:張曉光 王宏祥 單位:遼寧工業(yè)大學