基于創(chuàng)新理念的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)研究

1、基于創(chuàng)新理念的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)研究    基于創(chuàng)新理念的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)研究摘要:針對(duì)當(dāng)前高校機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的不足，從改革教學(xué)理念、模式與方法入手，提出以創(chuàng)新為主題，運(yùn)用現(xiàn)代化的教學(xué)方法及手段提高機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)效果的思路。關(guān)鍵詞:機(jī)械設(shè)計(jì),創(chuàng)新機(jī)械類學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)，除了學(xué)習(xí)機(jī)械通用零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算的具體知識(shí)及初步掌握設(shè)計(jì)的過(guò)程外，更重要的是要學(xué)會(huì)如何用相對(duì)簡(jiǎn)化的理論公式來(lái)處理復(fù)雜的工程問(wèn)題，如何用過(guò)去的基礎(chǔ)知識(shí)(點(diǎn))，利用機(jī)械設(shè)計(jì)課程中的內(nèi)容(線)來(lái)解決實(shí)際的工程問(wèn)題(面)。學(xué)會(huì)如何實(shí)現(xiàn)將“點(diǎn)”連成“線”，繼而變成“面”，如何真正達(dá)到課程的最終教學(xué)目標(biāo)

2、:學(xué)生具備綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，分析、解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力;能夠形成創(chuàng)新性思維，具備創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力;能成為社會(huì)需要的知識(shí)新、素質(zhì)高、能力強(qiáng)的“復(fù)合型”人才。然而，現(xiàn)行的教學(xué)體系和教學(xué)模式卻難以達(dá)到上述目的。因此必須打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛，圍繞學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在課程教學(xué)的各個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新性研究和實(shí)踐。1理念要?jiǎng)?chuàng)新“創(chuàng)新”、“原創(chuàng)”是如今各行各業(yè)都推崇的兩個(gè)關(guān)鍵詞。不可否認(rèn)，只有創(chuàng)新、原創(chuàng)，科技才能進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)才能發(fā)展。但如今人們很多地將創(chuàng)新簡(jiǎn)單定義為發(fā)明，認(rèn)為世界上只有“獨(dú)有”，或者“技術(shù)第一”的才是創(chuàng)新，才是原創(chuàng)。這是一種理念上的誤區(qū)。創(chuàng)新不是關(guān)起門來(lái)“獨(dú)有”或者“技術(shù)第一”，是否創(chuàng)新是要得

3、到市場(chǎng)的認(rèn)可。美國(guó)蘋果公司日前以2221億美元成為世界IT產(chǎn)業(yè)龍頭，被稱為是:“創(chuàng)新的勝利”。而公司CEO喬布斯認(rèn)為:創(chuàng)新是以市場(chǎng)為主導(dǎo)的，不是閉門造車地研發(fā)“電子襯衫”之類不知道為誰(shuí)發(fā)明、誰(shuí)會(huì)來(lái)買的怪物。也不是多么偉大的發(fā)明才是創(chuàng)新，世界上現(xiàn)存的技術(shù)不計(jì)其數(shù)，沒有商業(yè)化、市場(chǎng)化的到處都有，關(guān)鍵是有沒有用來(lái)發(fā)掘利用。也不要老說(shuō)原創(chuàng)，原蘇聯(lián)有多少原創(chuàng)成為產(chǎn)品，創(chuàng)造價(jià)值了?而日本人做到了創(chuàng)新，原因就在于日本人就是買蘇聯(lián)的雜志，回去研究，想辦法把蘇聯(lián)的原創(chuàng)轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品和市場(chǎng)。因此，作為教授機(jī)械設(shè)計(jì)課程的教師，理念不可拘泥于三尺講臺(tái)，教授學(xué)生知識(shí)的應(yīng)用創(chuàng)新才是本門課程的最終目的。2創(chuàng)新理念應(yīng)溶于教學(xué)過(guò)程

4、傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課堂教學(xué)模式是教師在課堂上按部就班地講授，介紹包括運(yùn)用強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)性等有關(guān)理論，孤立地介紹各種機(jī)械零件的知識(shí)和設(shè)計(jì)方法，所授內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性和共性介紹，更缺乏工程應(yīng)用實(shí)例和背景介紹。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，是通過(guò)分析、綜合與創(chuàng)新而開發(fā)出能滿足某些特定要求和功能的機(jī)械系統(tǒng)的過(guò)程。科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展所引起的學(xué)科交叉與綜合，使得機(jī)械設(shè)計(jì)不再單純屬于工程技術(shù)范疇，而成為自然科學(xué)、人文科學(xué)和社會(huì)科學(xué)相互交叉，科學(xué)理論與工程技術(shù)高度融合的一門現(xiàn)代設(shè)計(jì)科學(xué)。因而，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)具有很明顯的特點(diǎn)，即它的理論性、創(chuàng)造性、廣義性、優(yōu)選性等。由于歷史的原因，以往的機(jī)械設(shè)計(jì)多以改進(jìn)型為主，常用仿照、類比的方

5、法，而忽視了創(chuàng)造性。其實(shí)，人類文明的源泉在于創(chuàng)造，而設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是創(chuàng)造性的思維與活動(dòng)過(guò)程。教師應(yīng)在授課過(guò)程中通過(guò)創(chuàng)造性教學(xué)來(lái)體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的真正本質(zhì)1。創(chuàng)造性教學(xué)不僅是一種知識(shí)傳遞和感情交流的過(guò)程，同時(shí)還是一門藝術(shù)創(chuàng)造的過(guò)程。教師和學(xué)生都是這個(gè)藝術(shù)創(chuàng)造過(guò)程中的“角色”。教師的角色是要充滿感情地在課堂上進(jìn)行導(dǎo)演，一是對(duì)學(xué)生有感情，愛學(xué)生，信任學(xué)生;二是對(duì)課程有感情，能深刻體察到主講課程從內(nèi)容到形式的科學(xué)節(jié)奏和藝術(shù)韻律，欣賞課程的內(nèi)在美。要在教授課程中，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生用發(fā)散性思維思考工程問(wèn)題。比如教授“零件疲勞強(qiáng)度”時(shí)可結(jié)合糧食機(jī)械棉子殼振動(dòng)分離篩結(jié)構(gòu)，首先啟發(fā)學(xué)生利用系統(tǒng)搜尋法找出滿

6、足設(shè)計(jì)要求的各種可能性，很快便知滿足這一設(shè)計(jì)要求的機(jī)構(gòu)有曲柄機(jī)構(gòu)、滑塊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、正弦機(jī)構(gòu)、正切機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等，此時(shí)引導(dǎo)學(xué)生分析不同機(jī)構(gòu)各自的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，比較不同機(jī)構(gòu)對(duì)所設(shè)計(jì)設(shè)備的物料運(yùn)動(dòng)影響狀況，從中確定最佳傳動(dòng)機(jī)構(gòu);然后再分析設(shè)備零件工作狀況，說(shuō)明零件的壽命變化規(guī)律2。只有設(shè)立這樣的創(chuàng)造設(shè)計(jì)過(guò)程，將教師和學(xué)生都作為創(chuàng)造過(guò)程中的角色，講課才能有聲有色，把看似枯燥的內(nèi)容講得生動(dòng)、精彩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的藝術(shù)創(chuàng)造3。在這個(gè)藝術(shù)問(wèn)題情境創(chuàng)造過(guò)程中，應(yīng)注意三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):一是要求教師熟悉教材，掌握教材的結(jié)構(gòu)，了解新舊知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系;二是要求教師充分了解學(xué)生已有的認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使新的學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生已有

7、水平構(gòu)成一個(gè)適當(dāng)?shù)目缍?三是注意主(學(xué)生)客(老師)體角色分配，創(chuàng)設(shè)學(xué)生能自然接受的學(xué)習(xí)情境。3教材創(chuàng)新教材創(chuàng)新，是指由于教材編寫、出版有一個(gè)較長(zhǎng)的周期，因而會(huì)出現(xiàn)教材內(nèi)容在學(xué)術(shù)、技術(shù)上的滯后性，并且由于當(dāng)前課堂教學(xué)時(shí)數(shù)不斷壓縮，所以教師的講課內(nèi)容要作必要的選刪。根據(jù)教材中的基本知識(shí)點(diǎn)，結(jié)合自己的科研課題作選取和補(bǔ)充，及時(shí)介紹一些本學(xué)科國(guó)內(nèi)外的最新水平與科研成果，使學(xué)生能了解學(xué)科和課程的發(fā)展前沿、動(dòng)態(tài)。也應(yīng)介紹一些新的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段，讓學(xué)生在掌握教材基本知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，能夠做到和當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的與時(shí)俱進(jìn)。在介紹有關(guān)學(xué)術(shù)、技術(shù)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)客觀地評(píng)價(jià)不同的學(xué)術(shù)爭(zhēng)論4。教材中基本知識(shí)點(diǎn)文字是“死”的，

8、然而其內(nèi)容卻是靈活多變的。本課程的結(jié)構(gòu)體系沒有一般理論性課程那么嚴(yán)密，內(nèi)容多、散，理論性不強(qiáng)，許多問(wèn)題的解答不是唯一的，不同的新理論、新技術(shù)、新材料、新工藝以及新的市場(chǎng)信息都將使答案發(fā)生變化。因此，教材創(chuàng)新點(diǎn)還體現(xiàn)在一個(gè)基本知識(shí)點(diǎn)可衍變出不同的設(shè)計(jì)結(jié)果。如教授螺栓組受力分析時(shí)可將機(jī)構(gòu)受力分析、軸結(jié)構(gòu)、軸承及機(jī)架等內(nèi)容綜合到一起，通過(guò)分析不同機(jī)構(gòu)的不同受力情況，來(lái)說(shuō)明可設(shè)計(jì)出不同的支撐方式、固定方式、軸結(jié)構(gòu)等，然后對(duì)不同方案進(jìn)行技術(shù)綜合評(píng)價(jià)。使學(xué)生在掌握教材基本知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)其設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力5。教材的創(chuàng)新還應(yīng)該體現(xiàn)在將教材與當(dāng)代各種各樣先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段相結(jié)合，比如介紹設(shè)計(jì)方法時(shí)可在教

9、材設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上延伸優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等內(nèi)容，設(shè)計(jì)手段如Solid-Works、UG、Pro/EngineerWildfire設(shè)計(jì)軟件等。通過(guò)介紹不同設(shè)計(jì)方法不同的設(shè)計(jì)手段，使學(xué)生開闊設(shè)計(jì)思路，也迎合了如今現(xiàn)代學(xué)生的獨(dú)立個(gè)性特點(diǎn)，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生去追求教材之外的新思想、新知識(shí)、新目標(biāo)。鼓勵(lì)他們敢于沖破傳統(tǒng)的舊觀念，具有懷疑權(quán)威的意識(shí)，遇事不盲從，針對(duì)教材，多問(wèn)為什么，要敢于發(fā)表自己的見解，即使錯(cuò)誤的也要給予正面鼓勵(lì)。機(jī)械設(shè)計(jì)教材的知識(shí)點(diǎn)都有一定的工程實(shí)際背景，然而學(xué)生由于缺乏實(shí)踐感性認(rèn)識(shí)，很多內(nèi)容對(duì)學(xué)生而言就比較抽象。因而，教材的創(chuàng)新還應(yīng)該利用多媒體技術(shù)，將文字、圖片、圖像、聲音、動(dòng)畫和視頻

10、等多種電子媒體有機(jī)的和教材內(nèi)容結(jié)合在一起，將原來(lái)用傳統(tǒng)授課方式難以表達(dá)清楚的部分形象化。同時(shí)利用多媒體教學(xué)既可以加深學(xué)生的工程意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，又可以充分利用課堂有效時(shí)間，增加課堂信息量，拓展教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度。為了進(jìn)一步加深學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，真正地接觸工程實(shí)際，在授課時(shí)，還應(yīng)同時(shí)廣泛采用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的手段，將與現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合緊密的內(nèi)容安排到現(xiàn)場(chǎng)組織教學(xué)。4實(shí)踐創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)課程的教學(xué)實(shí)踐主要指實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)是機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)中重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容固定、功能單一，目的只是為了驗(yàn)證、鞏固和加深理論教學(xué)的內(nèi)容，學(xué)生創(chuàng)造機(jī)會(huì)少，不能體現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新的本質(zhì)要求。因

11、此，實(shí)驗(yàn)要構(gòu)建以創(chuàng)新為主線的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，將實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)包括機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖測(cè)繪實(shí)驗(yàn)、回轉(zhuǎn)件動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)、螺栓聯(lián)接實(shí)驗(yàn)和皮帶傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)指漸開線齒廓范成實(shí)驗(yàn)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)主要是指機(jī)械系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的宗旨是要培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力和創(chuàng)新意識(shí)。開設(shè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，要充分將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，讓學(xué)生把機(jī)械產(chǎn)品及各種機(jī)構(gòu)的復(fù)雜實(shí)物形態(tài)信息轉(zhuǎn)化為具有客體特征的信息。使學(xué)生具有豐富的儲(chǔ)備信息，在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)過(guò)程中才思噴涌，舉一反三。其次，充分將分析、設(shè)計(jì)與創(chuàng)新思維緊密結(jié)合并融合到實(shí)驗(yàn)中，激發(fā)學(xué)生的積

12、極性與主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力、實(shí)踐動(dòng)手能力及分析和解決問(wèn)題的能力。在此基礎(chǔ)上，對(duì)一些動(dòng)腦、動(dòng)手及創(chuàng)新方面有特長(zhǎng)的學(xué)生進(jìn)行重點(diǎn)培養(yǎng)，組成課外興趣小組，鼓勵(lì)、指導(dǎo)他們參加各種創(chuàng)新大賽，或參加有關(guān)教師的科研工作，拓展學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐途徑6。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是一個(gè)圖版、一個(gè)丁字尺，再加上繪圖工具。老師講解計(jì)算過(guò)程及繪圖順序，學(xué)生掌握的是過(guò)程，并沒有在此過(guò)程得到新的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段的工程訓(xùn)練，培養(yǎng)的是工程師，而不是高級(jí)設(shè)計(jì)人員。隨著計(jì)算機(jī)繪圖軟件的高速發(fā)展與普及，我國(guó)一些大型設(shè)計(jì)制造企業(yè)已廣泛采用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與繪圖，中小型企業(yè)以及一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)也在努力采用計(jì)算機(jī)代替人工設(shè)計(jì)繪圖

13、，這意味著21世紀(jì)的機(jī)械工程師，要扔掉圖板，代之以計(jì)算機(jī)繪圖。作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的大學(xué)生，必須掌握CAD技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助繪圖。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)應(yīng)使學(xué)生把重點(diǎn)放在方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(這往往是學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié))等創(chuàng)造性思維上和熟悉與運(yùn)用設(shè)計(jì)資料(手冊(cè)、圖冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等)等基本技能的訓(xùn)練上。成績(jī)?cè)u(píng)定不應(yīng)簡(jiǎn)單地根據(jù)圖紙及說(shuō)明書來(lái)判定，而應(yīng)結(jié)合采用分組答辯的方式，讓學(xué)生之間通過(guò)相互討論的過(guò)程，對(duì)不太清楚的問(wèn)題獲得一次學(xué)習(xí)提高的機(jī)會(huì)。同時(shí)，通過(guò)這樣的答辯方式也使學(xué)生的綜合能力得到提高。5結(jié)束語(yǔ)要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，必須要有培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教育觀念，要有一支觀念新穎并具有豐富專業(yè)知識(shí)和創(chuàng)新能力的教師隊(duì)伍，教學(xué)內(nèi)容及手段上要不斷改進(jìn)，要教給學(xué)生一種思考問(wèn)題的方法，“授之以漁”而非“魚”。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也不是靠一兩門課的教改就能完成，而是要全校各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的不斷改革，為學(xué)生的學(xué)習(xí)全過(guò)程，創(chuàng)造具備創(chuàng)新能力培養(yǎng)的條件，營(yíng)造一個(gè)良好的學(xué)術(shù)自由氛圍，只有通過(guò)各個(gè)教學(xué)單位的共同努力，才能培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的高級(jí)工程人才。參考文獻(xiàn):1黨玉功創(chuàng)新教育背景下機(jī)械設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革淺談J中國(guó)電力教育，2010(3):1211222曹憲周棉子殼振動(dòng)分離篩振動(dòng)連板斷裂事故分析J河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2005(3):16183程