導(dǎo)語：機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐課程教學(xué)探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，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(jī)制專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力，通過實(shí)際的調(diào)研和前期教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，在2016級本科教學(xué)大綱增加“專業(yè)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐”課程，從調(diào)動學(xué)生的積極性出發(fā)，提出了機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐課程理論和實(shí)踐相結(jié)合的運(yùn)作模式，從而培養(yǎng)機(jī)制專業(yè)學(xué)生的主動參與意識和創(chuàng)新意識，這對提高課程的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)機(jī)制專業(yè)學(xué)生的工程能力，推進(jìn)高等教育的完善，具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計；理論；實(shí)踐；創(chuàng)新意識；工程能力

一、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐課程的性質(zhì)

“機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐”課程是機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)2016年教學(xué)計劃中的學(xué)院的平臺課，是機(jī)制專業(yè)在2016級教學(xué)計劃中新增加的課程，預(yù)計在第六學(xué)期開設(shè)。該課程著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、工程應(yīng)用與實(shí)踐能力，使學(xué)生學(xué)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(jìn)行功能原理創(chuàng)新設(shè)計、機(jī)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(jìn)而開發(fā)新產(chǎn)品的能力，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行提升創(chuàng)新設(shè)計能力和工程訓(xùn)練綜合能力[1-3]。在教學(xué)模式的構(gòu)建、教學(xué)方法的運(yùn)用、教學(xué)手段的使用和考核方式的改革等方面均圍繞著培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際動手能力來進(jìn)行設(shè)計[4]。“機(jī)制創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)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(jī)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(xiàng)目的創(chuàng)新方案設(shè)計等，旨在培養(yǎng)學(xué)生提升創(chuàng)新能力的同時，將創(chuàng)新思維、技法應(yīng)用到專業(yè)學(xué)習(xí)實(shí)踐中，達(dá)到創(chuàng)新教育與專業(yè)教育相融合的目的，使學(xué)生具有較為全面的專業(yè)知識和扎實(shí)的理論基礎(chǔ)?！皺C(jī)制創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐”實(shí)踐內(nèi)容包括基于項(xiàng)目的機(jī)械創(chuàng)新方案的數(shù)字化設(shè)計、基于項(xiàng)目的設(shè)計方案運(yùn)動模擬與分析和項(xiàng)目的加工制作。

二、理論與實(shí)踐相結(jié)合，構(gòu)建多層次的課程體系

為了進(jìn)一步開展強(qiáng)化創(chuàng)新實(shí)踐的工程教育新模式的改革與實(shí)踐，培養(yǎng)實(shí)踐動手能力強(qiáng)、富于創(chuàng)新精神的工程創(chuàng)新型人才，2016年，學(xué)校進(jìn)一步加大了實(shí)踐設(shè)施建設(shè)，在新建的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)中心增加了大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗(yàn)室的活動空間，作為本科學(xué)生專業(yè)工程訓(xùn)練和實(shí)踐基地，用于學(xué)生創(chuàng)新、研發(fā)、制作，為課程教學(xué)改革奠定了基礎(chǔ)[5]。經(jīng)過前期多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的積累，在新設(shè)置課程“機(jī)制創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐”教學(xué)計劃中著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力和工程創(chuàng)新訓(xùn)練，其中理論授課學(xué)時為16學(xué)時，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時為16學(xué)時,同時打破了課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式，將學(xué)生課外的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)也納入教學(xué)體系之中，增設(shè)了課外開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、工程訓(xùn)練和創(chuàng)新設(shè)計競賽等課外的實(shí)踐環(huán)節(jié)，形成了理論與實(shí)際相結(jié)合、課內(nèi)和課外相結(jié)合的多層次課程體系。“機(jī)制創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐”課程理論教學(xué)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(jī)械創(chuàng)新設(shè)計方法等內(nèi)容；方案創(chuàng)新設(shè)計包括機(jī)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(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計包括機(jī)構(gòu)形式設(shè)計的原則、機(jī)構(gòu)方案的評價、機(jī)構(gòu)的構(gòu)型。掌握機(jī)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(jìn)化法則，TRIZ理論及其應(yīng)用等；基于項(xiàng)目的創(chuàng)新方案設(shè)計主要以大學(xué)生機(jī)械設(shè)計競賽優(yōu)秀作品為例進(jìn)行案例教學(xué)?！皺C(jī)制創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐”課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)具體的實(shí)施過程是利用三維軟件進(jìn)行典型機(jī)械裝置的設(shè)計，利用二維、三維軟件進(jìn)行典型機(jī)械裝置的運(yùn)動模擬與分析，針對前一個實(shí)驗(yàn)的設(shè)計方案進(jìn)行實(shí)物的加工制作，3個人一小組，制作一個機(jī)械創(chuàng)新裝置。具體的項(xiàng)目設(shè)計的內(nèi)容是結(jié)合已學(xué)的機(jī)械結(jié)構(gòu)完成具體問題的創(chuàng)新設(shè)計，充分利用大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備完成指定問題的實(shí)物制作，培養(yǎng)學(xué)生具有分析問題和解決問題的實(shí)際工作能力。

三、加強(qiáng)課外實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容重在實(shí)踐、鼓勵創(chuàng)新，突出綜合、強(qiáng)調(diào)能力。同時，打破了課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式，將學(xué)生課外的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)踐也納入教學(xué)體系之中。將“做中學(xué)”理念融入課程教學(xué)，強(qiáng)化創(chuàng)新教育與專業(yè)教育的深度融合，加強(qiáng)了本專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新教育與工程實(shí)踐訓(xùn)練[6]。（一）開設(shè)開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。在2016年之前的課外實(shí)踐環(huán)節(jié)中，為了使本專業(yè)學(xué)生能夠?qū)W習(xí)到更多地知識技能，每個學(xué)期設(shè)置一些開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，如基于3D打印技術(shù)的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，效果良好，學(xué)生可以獲得創(chuàng)新學(xué)分。學(xué)生共獲得創(chuàng)新學(xué)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(xué)經(jīng)驗(yàn)可以看出開設(shè)開放實(shí)驗(yàn)對于提高學(xué)生的工程能力有著重要的作用。在新設(shè)置“機(jī)制創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐”課程中可以進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)的設(shè)置，參考題目如基于3d打印技術(shù)的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計開放實(shí)驗(yàn)、基于3d打印技術(shù)的典型模具設(shè)計開放實(shí)驗(yàn)等。開放實(shí)驗(yàn)題目可以自行擬定、指導(dǎo)教師命題、企業(yè)命題、各種學(xué)科競賽命題，主要以學(xué)生自我創(chuàng)新為主進(jìn)行機(jī)構(gòu)創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計。學(xué)生主要通過三維造型、3D打印、機(jī)構(gòu)搭接試驗(yàn)臺、模型制作、模具設(shè)計及數(shù)控編程等形式進(jìn)行模擬仿真或?qū)嵨锬Ｐ头抡妗＝?jīng)過此環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生無論是理論知識的融會貫通還是實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力都能獲得了質(zhì)的飛躍。（二）進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目研究?！皺C(jī)制創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生申報校級以上大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。注重以項(xiàng)目研究為載體，開展原理方案設(shè)計、答辯、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、數(shù)據(jù)處理與分析、樣機(jī)制作等具體的項(xiàng)目研究工作，讓學(xué)生接受較為系統(tǒng)的訓(xùn)練，體驗(yàn)項(xiàng)目研究的完整性，完成實(shí)踐能力的鍛煉和經(jīng)驗(yàn)的積累。項(xiàng)目結(jié)題需提交研究報告，研究成果至少包括實(shí)物、專利、競賽獲獎其中的一項(xiàng)，每個項(xiàng)目成員由3人組成。（三）開展工程訓(xùn)練。在學(xué)生的工程訓(xùn)練過程中，計劃在“機(jī)制創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐”課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)中設(shè)置一些訓(xùn)練項(xiàng)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(yùn)）機(jī)器人訓(xùn)練項(xiàng)目、創(chuàng)新創(chuàng)意設(shè)計等項(xiàng)目，進(jìn)行工程實(shí)踐基礎(chǔ)訓(xùn)練，每個項(xiàng)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(dǎo)向機(jī)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(jī)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(fù)雜程度，在原理和實(shí)踐上同時培養(yǎng)了大學(xué)生在專業(yè)技能方面的經(jīng)驗(yàn)[7]。項(xiàng)目融合了實(shí)踐性、綜合性、創(chuàng)新性，有利于學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動實(shí)踐和團(tuán)隊(duì)精神的培養(yǎng)，有利于學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力的養(yǎng)成。在創(chuàng)新創(chuàng)意項(xiàng)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(jìn)的制造方法進(jìn)行五金、家居、玩具、家電、機(jī)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(jī)實(shí)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(yàn)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(diǎn)，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(jī)制作出的未進(jìn)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(jìn)行產(chǎn)品的制作，制作過程中可以采取暫停等措施進(jìn)行必要的人工干預(yù)，也可以采取全自動的方式進(jìn)行制作[8]。（四）開展學(xué)科創(chuàng)新設(shè)計競賽。為了進(jìn)一步解決專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)踐過于脫離，突出本課程“重在實(shí)踐，鼓勵創(chuàng)新，突出綜合，強(qiáng)調(diào)能力”的教學(xué)目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生參加校級或院級以上專業(yè)競賽，并作為課程考核選項(xiàng)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(jī)械創(chuàng)新設(shè)計競賽”“機(jī)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(shí)物（或模型）制作等。近幾年，機(jī)制專業(yè)學(xué)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(yīng)用（硬幣分類系統(tǒng)），遼寧省首屆“TRIZ”杯創(chuàng)新大賽TRIZ理論應(yīng)用（搬運(yùn)車的輪胎履帶轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)），遼寧省機(jī)械設(shè)計競賽（塑纏式硬幣自動包裝機(jī)、全自動包裝封箱一體機(jī)、全自動書本包裝機(jī)、自動送紙硬幣包裝機(jī)、硬幣分類包裝機(jī)），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(yùn)輸車），其中指導(dǎo)本科生參加2012年遼寧省機(jī)械設(shè)計大賽（螞蚱滑板車）獲得了省一等獎，2016年全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽作品硬幣分類包裝機(jī)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(xué)分。學(xué)院規(guī)定創(chuàng)新學(xué)分中，至少應(yīng)有0.5學(xué)分為通過專業(yè)競賽獲得，也為課程教學(xué)提供了保障。

四、建立多元考核評價方式

圍繞教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容，采用模塊化考核體系。將考核分為四個模塊，實(shí)施了“平時考核+課內(nèi)考核+課外實(shí)踐考核+答辯考核”考試方式。平時考核：主要考核學(xué)習(xí)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(diǎn)的考核，考核采用結(jié)果與過程結(jié)合、仿真與實(shí)操結(jié)合。課外實(shí)踐考核：課外實(shí)踐實(shí)施分層次教學(xué)，至少完成開放性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、工程訓(xùn)練（無碳小車制作、循跡（搬運(yùn)）機(jī)器人制作）、學(xué)科競賽四項(xiàng)中的一項(xiàng)，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(jìn)行考核。多元化考核評價方式，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，強(qiáng)化了平時學(xué)習(xí)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(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力和工程創(chuàng)新訓(xùn)練，理論授課學(xué)時為20學(xué)時，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時為12學(xué)時,同時打破了課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式，將學(xué)生課外的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)也納入教學(xué)體系之中，增設(shè)了課外開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、工程訓(xùn)練和創(chuàng)新設(shè)計競賽等課外的實(shí)踐環(huán)節(jié)，形成了理論實(shí)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(qiáng)基礎(chǔ)、融合專業(yè)、因材施教、重點(diǎn)培養(yǎng)”的指導(dǎo)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(xué)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(xué)習(xí)，大學(xué)生的創(chuàng)新理論和創(chuàng)新實(shí)踐技能都得到很大的提高，創(chuàng)新課程實(shí)施后的效果如圖1所示。

五、結(jié)語

2016教學(xué)計劃中“機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計與實(shí)踐”課程包括了課內(nèi)實(shí)踐和課外實(shí)踐兩部分，邊做邊學(xué)。課內(nèi)實(shí)踐包括實(shí)訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)、基本工程訓(xùn)練等環(huán)節(jié)；課外實(shí)踐包括工程能力綜合訓(xùn)練、開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目訓(xùn)練、學(xué)科競賽等環(huán)節(jié)。課內(nèi)實(shí)踐側(cè)重基礎(chǔ)訓(xùn)練，課外實(shí)踐側(cè)重工程綜合能力訓(xùn)練，全方位擴(kuò)展相關(guān)知識，使知識結(jié)構(gòu)更趨完整。每個實(shí)踐單元既獨(dú)立又相互聯(lián)系，從虛擬仿真到實(shí)物加工，相輔相成，共同完成能力培養(yǎng)。由于課程的“課外實(shí)踐”全部采用實(shí)際設(shè)計題目，其中有一部分是參賽題目，所以，學(xué)生的部分作業(yè)參加了設(shè)計競賽，并獲得了眾多獎項(xiàng)，這對鍛煉學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)能力，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)