培養(yǎng)創(chuàng)新能力機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程改革

1、培養(yǎng)創(chuàng)新能力機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程改革摘要機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程主要由課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和課 程設(shè)計(jì)教學(xué)方法組成。首先，對(duì)于目前課程中存在不利于培 養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的問題進(jìn)行了綜合分析；其次，基于triz, 結(jié)合本課程特點(diǎn)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程提出具體的改革措 施；最后，經(jīng)過近兩年的實(shí)踐，取得了良好的效果，驗(yàn)證該 改革措施是行之有效的。關(guān)鍵詞機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；創(chuàng)新能力：triz理論中圖分類號(hào)g642. 0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼a文章編號(hào) 1005-4634 (2012) 05-0081-030引言機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是天津城市建設(shè)學(xué)院非機(jī)類專業(yè)學(xué)生 所學(xué)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究機(jī)械的常用機(jī)構(gòu)和通用零 件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本設(shè)計(jì)理論

2、和計(jì)算方法，具有 較強(qiáng)的理論性、實(shí)踐性和應(yīng)用性。現(xiàn)代社會(huì)需要具有創(chuàng)新能 力的人才，所以結(jié)合天津城市建設(shè)學(xué)院非機(jī)類專業(yè)特點(diǎn)，并 針對(duì)本課程特點(diǎn)，提出具體的改革方式來加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力 的培養(yǎng)。1機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中存在的問題機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程通常采用課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和課程 設(shè)計(jì)方式實(shí)施教學(xué)。如今的教學(xué)中存在以下問題。1）教學(xué)內(nèi)容多，課時(shí)少；2）教學(xué)模式比較陳舊，現(xiàn)代教育手段得不到正確使用；3）學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性差；4）實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)重理論、輕實(shí)踐；5）學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)的重視度不夠、依賴性強(qiáng)，無創(chuàng)新 性?？傮w而言，現(xiàn)在的學(xué)生會(huì)背書、有技能，但缺乏創(chuàng)新能 力。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生掌握 設(shè)計(jì)

3、的基本原理和最新方法，還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能 力。創(chuàng)新思維的探索在國(guó)內(nèi)外從沒有停止過，并已取得許多 可喜的成果，如試錯(cuò)法、頭腦風(fēng)暴法、形態(tài)分析法、焦點(diǎn)對(duì) 象法、多角度思考法、檢核表法等。但上述創(chuàng)新方法基本以 心理機(jī)制為基礎(chǔ)，且邏輯性不嚴(yán)密。triz是前蘇聯(lián)g. enrich s. altshuller和他的同事，經(jīng)過50多年對(duì)數(shù)以萬計(jì)的專利 文獻(xiàn)和自然科學(xué)知識(shí)進(jìn)行研究、整理和歸納，最終建立的一 整套系統(tǒng)化的、實(shí)用的、解決發(fā)明問題的理論和方法體系。 triz理論的原理、法則、程序、步驟、措施等，來源于人類 長(zhǎng)期探索與改造自然的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，具有嚴(yán)密的邏輯 性，而且應(yīng)用的有效性較高。zloti

4、n把知識(shí)從0級(jí)到4級(jí)分 為了 5個(gè)等級(jí)（0級(jí)最低，4級(jí)最高），不同級(jí)別的知識(shí)可以 用于解決不同級(jí)別的問題，如表1所示。使用triz理論解 決問題時(shí)，其步驟如圖1所示。2機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程改革措施充分考慮天津城市建設(shè)學(xué)院教學(xué)的實(shí)際情況和本課程 特點(diǎn)，基于triz,對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程提出具體的改革 措施。1) 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建培養(yǎng)創(chuàng)新能力的教學(xué)體系。(1) 選取來源于現(xiàn)實(shí)生活的教學(xué)素材，并使教學(xué)內(nèi)容貼近非機(jī)類 各專業(yè)方向；(2)傳統(tǒng)和現(xiàn)代技術(shù)手段相結(jié)合，注重教師的 引導(dǎo)作用，采用學(xué)生的融入式教學(xué)；(3)融入triz理論， 如講解齒輪機(jī)構(gòu)在當(dāng)今國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生采用 triz理論中40個(gè)發(fā)

5、明原理中的問題模型進(jìn)行分析：應(yīng)用最 廣的是直齒漸開線齒輪，但其壽命短、承載能力有限。因此, 人們嘗試在同樣厚度的齒輪上，增加接觸線長(zhǎng)度的斜齒，即 斜齒輪。但斜齒輪在傳動(dòng)過程中，易產(chǎn)生對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)不利的 軸向分力，所以，誕生了人字齒輪，可是人字齒輪的加工復(fù) 雜。同時(shí)，講解齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其在生活中的應(yīng)用時(shí)，穿 插triz理論及其有關(guān)的創(chuàng)新實(shí)例，并讓學(xué)生在課堂及課后 應(yīng)用triz理論進(jìn)行思考，啟發(fā)學(xué)生在原有基礎(chǔ)上不同角度 的創(chuàng)新。2) 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。(1)組織學(xué)生 拆裝與專業(yè)相關(guān)的機(jī)器，為學(xué)習(xí)專業(yè)課打下良好基礎(chǔ)；(2) 開設(shè)創(chuàng)新性和綜合性實(shí)驗(yàn)，如機(jī)構(gòu)創(chuàng)意設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，主要對(duì) 常見的機(jī)構(gòu)

6、進(jìn)行創(chuàng)意組合，由學(xué)生自己設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)用途和機(jī)構(gòu) 簡(jiǎn)圖，再根據(jù)其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖搭建機(jī)構(gòu)，并分析其合理性。在實(shí) 驗(yàn)中，學(xué)生可使用triz理論中的合并、分割、嵌套、替代 等發(fā)明原理，解決設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)如何達(dá)到機(jī)構(gòu)功能的要求；(3) 從各自專業(yè)出發(fā)，鼓勵(lì)學(xué)生構(gòu)想出一些新的機(jī)構(gòu)、機(jī)器或?qū)?現(xiàn)有機(jī)器的不合理部分提出改革設(shè)想，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)并付諸 實(shí)施。3) 改革課程設(shè)計(jì)的教學(xué)模式，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力 的培養(yǎng)。(1)組成興趣設(shè)計(jì)小組，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中對(duì)現(xiàn) 有的問題提出創(chuàng)新性解決方案；(2) triz理論中的39個(gè)標(biāo) 準(zhǔn)工程參數(shù)與機(jī)械產(chǎn)品有著非常密切的關(guān)系，所以，課程設(shè) 計(jì)中要以學(xué)生為主，教師只起指導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生將tr

7、iz 理論中的39個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工程參數(shù)應(yīng)用到課程設(shè)計(jì)中，為以后的 實(shí)踐性工作打下基礎(chǔ)；(3)重視答辯。4) 構(gòu)建第二課堂，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。結(jié)合專業(yè)優(yōu) 勢(shì)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與教師課題和各級(jí)挑戰(zhàn)杯及創(chuàng)新大賽。(1) 參與教師課題，使學(xué)生接觸學(xué)術(shù)發(fā)展的尖端知識(shí)，并 增加他們的求知欲和探索欲；(2)對(duì)于各種競(jìng)賽活動(dòng)，采用 自主研究模式，即由教師指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用triz理論提出問題 和解決問題，搜集資料制定研究計(jì)劃，最后提交研究成果(論 文或生產(chǎn)成品)。自始至終，指導(dǎo)教師不應(yīng)直接參與其中， 更不應(yīng)把自己的觀點(diǎn)強(qiáng)加給學(xué)生，只在必要時(shí)給予一定的技 術(shù)指導(dǎo)。在參加天津市高校第二屆機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的時(shí)候，學(xué) 生提出問題

8、：出門需帶東西多時(shí)，只有拉桿箱和塑料袋為伴, 可是塑料袋提東西重了手會(huì)疼，拉桿箱拖東西輕松，但是不 方便攜帶。這個(gè)問題屬于triz理論中的物理沖突，即為了 實(shí)現(xiàn)某種功能，一個(gè)子系統(tǒng)或元件應(yīng)具有一種特性，但是同 時(shí)出現(xiàn)了與該特性相反的特性。現(xiàn)在要求既能載重物，又要 攜帶方便。在triz理論中，mann曾經(jīng)提出：解決物理沖突 的分離原理與解決技術(shù)沖突的發(fā)明原理之間存在關(guān)系，對(duì)于 一條分離原理，可以有多條發(fā)明原理與之對(duì)應(yīng)，如表2所示。所以，上述問題屬于時(shí)間分離，根據(jù)表2中的發(fā)明原理 15動(dòng)態(tài)化：使一個(gè)物體或其環(huán)境在操作的每一個(gè)階段自動(dòng)調(diào) 整，以達(dá)到優(yōu)化的性能。按照此原理，學(xué)生設(shè)計(jì)了多功能小 拖車，鋁

9、合金材料，折疊前尺寸為95x35cm,折疊后尺寸為 40x35cm,如圖2所示。小拖車功能如下：(1) 拉桿的伸縮設(shè)計(jì)(如圖3)o伸縮設(shè)計(jì)可自由調(diào)節(jié) 拉桿長(zhǎng)度，當(dāng)老人使用時(shí)，調(diào)節(jié)到拐杖的長(zhǎng)度，用于老人暫 時(shí)的站立休息；(2) 底板旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)(如圖3)。底板沿水平面旋轉(zhuǎn)90度 與拉桿成一條直線，拖車可被折疊；(3) 底板腿的伸縮設(shè)計(jì)(如圖4)o底板腿的伸縮設(shè)計(jì) 使拖車折疊成小板凳，走路累的時(shí)候可以坐在上面休息。3結(jié)束語將上述改革措施應(yīng)用到天津城市建設(shè)學(xué)院各專業(yè)的機(jī) 械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，經(jīng)過近兩年的實(shí)踐，取得了良好 的效果。1）充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的積極 性和求知欲，提高了教學(xué)質(zhì)量；2）提高了學(xué)生分析問題與解決問題的能力，為專業(yè)課