机械创新设计中的案例教学研究

周启兴++++陈涛

摘 要： 机械创新设计是一门实践性很强的课程，本文讨论了在机械创新设计课程中实施案例教学的必要性和主要方法，提出了通过多种方式引入案例，可有效培养学生对机械创新设计课程的兴趣、创新思维和能力，同时结合教学中的两个案例对机械创新案例教学进行探讨，为机械创新设计课程的教学提供参考。

关键词： 机械 创新设计 案例教学

1.案例教学在机械创新设计中的必要性

1.1案例教学法的含义

案例教学法是一种新型教学方法，起源于上个世纪20年代的美国哈佛大学商学院，后来逐步推广到其余课程中。案例教学是以案例为基础的一种启发式教学方法，它是在教师的精心准备和指导下，运用典型案例，调动学生积极参与课堂讨论的一种互动教学，可以有效地将理论与实践联系在一起[1]。

1.2案例教学法可有效提高学生的机械创新设计能力

随着科技的不断进步，人才的需求出现多元化特征，应用型本科人才培养也由此应运而生，应用型本科以培养应用型人才为目标[2]。我国是一个机械制造大国，要想实现从机械大国到机械强国的转变，就需要培养具有机械创新能力的应用型人才，应用型人才的培养关键是要培养学生的实践能力。机械创新设计是一门实践性很强的工科课程，它是建立在机械原理、机械设计等专业基础课程之上的一门课程，主要培养学生的创新思维和创新设计能力。目前，国内外学者对案例教学的研究很多，但在机械创新设计方面的研究文章较少。当前，用于培养大学生创新实践能力的机械创新活动很多，比如机械创新设计大赛、全国“挑战杯”大学生课外科技作品竞赛等，通过这些比赛活动，培养了一批批优秀人才。为更好地提高广大大学生的机械创新能力，可以将优秀的机械创新案例带入课堂教学，机械创新设计案例教学法是对一个或若干个具体的机械创新案例的描述[3]，研究表明，这些案例描述可有效改革传统机械创新设计通识课程空洞的教学内容，激发更多学生参与创新实践，培养出更多机械创新型人才。

2.在机械创新设计课程中如何更好地实施案例教学

2.1案例教学的特点

案例教学的一般过程包括课前准备、课堂讨论、点评、总结等。国外一般将案例分成三种类型，第一种为问题评审型，这种案例有问题及其解决方案；第二种为分策型，不提供答案，通过学生讨论得到；第三种为发展理论型，这种案例旨在提高学生的理论水平。案例的形式又分为多种，有纯文字型的，有图片型的，有视频动画型的，还有的是文字、图片、视频相结合的案例。

2.2案例教学中常见的问题和案例设计新思路

在众多的课程案例教学研究过程当中，更多的是文字描述性案例，老师给出问题，学生分好组后参与讨论，这种讨论更适合于法学、医学类课程。文字案例有时比较抽象，难以长时间吸引机械学科学生的注意力，有时要引入一些既生动又具有挖掘潜力的案例，这样才可以不断强化教学效果。研究表明，案例教学中采用多种形式的案例展现，可以使学生保留新鲜感，激发其兴趣，如丰富的图片案例可有效触动学生的大脑，使学生为课堂教学内容服务[4]。人的知识85%来源于视觉，10%来源于听觉，5%来源于其他，故视觉事物对于人的学习至关重要[5]，为此有必要在课堂上引入图片、视频案例。机械创新设计课程文本案例基础之上引入图片、视频案例并不困难，当今互联网发达，资源比较丰富，可以找到合适的机械创新图片或视频短片案例，也可以收集机械创新设计比赛获奖作品视频作为教学案例内容，当然，案例比较复杂的需要有问题引入，让学生带着问题思考，还需要进行小组讨论、组长汇报、教师点评，点评针对的是讨论过程的内容及其结果，只有经历这样一个过程才能达到启发思维的目的，同时可充分激发学生的兴趣，使学生成为教学主体。

3.机械创新设计案例教学实例

我校为江西省应用型本科试点高校之一，为适应转型发展，全校不断深化课程改革，倡导案例教学。传统的机械创新设计教学过程中，在依次讲完创新设计理论、创新设计方法之后进行实例分析，在这种方法指导下，学生创新兴趣低下。为此，笔者在讲授机械创新设计理论时采用“案例驱动”方式。在机械创新设计课程教学当中，收集并精选了近200个贴近于生活的机械创新文本、图片和视频案例，建立了案例库，取得了较好的教学效果。下面列举笔者在教学中的两个机械创新设计案例：

案例一：在讲述机械创新设计中“创新思维”章节的内容时，传统的教学方法是讲述书本的概念“想到别人没有想到的观念”，笔者根据教学目标的要求，首先引入有趣的简单的实用型生活案例：“生活中的红黄绿灯外壳都是圆形的，但是对于色盲的人，就分不清哪种颜色的灯亮，不便于通过十字路口。”同时展示交通灯的图片，图片里除了红黄绿灯外，还有众多行驶车辆，这样就把学生带入现实生活情境——“假设自己色盲，应怎样识别交通信号通过马路”。笔者为了激发学生的创新思维，首先让学生讨论发言“如何设计一种新的红黄绿灯外壳，使色盲的人也能辨别清楚”，以此作为教学切入点，让学生分组讨论，这时课堂气氛活跃，讨论后，得到几种不同解决方案。一位学生说“色盲的人不能辨别颜色，但可分辨形状，可从外壳的形状角度出发，把有黄灯的地方做成三角形外壳、红灯的地方做成圆形、绿灯的地方做成方形”，这位学生话语刚落，就有学生提出“可以让红黄绿的灯的大小区别，比如红灯最大，绿灯中间，黄灯最小”，还有学生提出“从左到右按红黄绿顺序排列”，笔者对各组讨论意见进行了点评“这些方法都可以，其实答案不止一种，只要大家认真思考，就会有不同的结果，大家能够想到这些方法，说明大家有一种创新思维能力”，这样学生就在思考中理解并运用了自己的“创新思维”。案例教学不在于答案，而在于过程，关键是通过这样一种讨论、分析的过程，让学生在思考中理解“创新思维”的概念，同时锻炼学生的观察、分析和表达能力。

案例二：在讲述机械创新设计中“组合创新”章节时，笔者引入了生活中的自行车案例，首先提出问题：“目前自行车形式多样，大家能否将自行车改成更好的健身娱乐型的自行车？”然后分组讨论，讨论结果是，大部分学生想到了跑步机自行车，当然还有一种是没有链条的改装脚蹬自行车，从字面上分析，提到“健身娱乐”，大部分学生想到了健身房中的健身器材，这时将学生带入健身房运动的情境“健身房可看见哑铃、弹簧拉力器、握力器、跑步机等”，由于自行车在学生的脑海里是用脚驱动的，因此大部分学生想到的是跑步机，然后笔者因势诱导地提出问题：“跑步机又怎样和自行车结合在一起？”学生有了好奇心，想到了但又因为没见过而产生质疑，这时笔者导入网上已有的健身自行车图片，让学生看后，很多学生有一种想法得到认可的成就感，发现创新并不难，就积极参与思考。图中跑步机自行车形象直观，然而，图片不能体现这种健身自行车能否动起来，还有其内部传动系统的结构不清楚。为了让学生感受其真实性，在授课过程中笔者又展示这种健身自行车真实作品的视频，笔者收集了第五届机械创新设计大赛作品视频，里面有这一种自行车的视频。通过播放这种跑步自行车的视频，学生学习热情高涨，感觉到了机械创新设计的新鲜感，所以教学中笔者引导学生进入另外一个思考的问题“跑步输送带如何与自行车连接在一起，运动是怎么传递的？”，这时让学生回忆学过的传动系统知识，在课堂后面让学生分组讨论如何利用自身学过的机械原理知识画出这种跑步机自行车的结构简图时，学生都积极参与，画出由带传动、齿轮传动、链传动两两组合以实现跑步装置与自行车后轮连接的几种方案，最后笔者在课堂上做了总结分析“各种方案各有优缺点，有的简单但经济，有的复杂但合理”。通过这一生活中机械案例的讨论与分析的过程，既让学生懂得什么叫“组合创新”，又让学生用所学的知识得到运用，增强学生的创新能力。

用传统的理论教学方法，概念和理论内容使很多学生低头上课，自机械创新设计课程改革采用多种案例形式的案例教学法后，通过精心挑选案例、组织讨论案例、总结分析案例这一过程，提高学生的兴趣，上课气氛开始浓厚起来，同时学生在课外积极参与创新实践，近年来，学生机械创新作品在华东交通大学机械创新设计比赛中获得十几项奖项，其中“多功能教学装置”参加第六届全国机械创新设计大赛并在江西赛区获得二等奖，还获得国家实用新型专利。

4.结语

机械创新设计对提高学生的实践能力起着重要的作用，其案例教学形式很多，笔者结合自己学校的案例教学实例，提出在课堂上引入不同形式的机械创新设计案例的举措，有效地实施以学生为主体，以已教师为主导的案例教学，可以激发学生的学习兴趣和创新思维，改变传统的单一课本内容教学模式，可有效地提高学生的机械创新设计能力，供同行借鉴参考。

参考文献：

[1]陈国辉，李光煜，李阳星.案例教学法在机械设计课程教学中的实施研究[J].科技教育，2014（5）：75-76.

[2]刘静，胡唬，陈雷.《机械设计》案例式教学的研究与实践[J].科技文化，2012（20）：200-201.

[3]周林玉，谢晖.机械创新设计的案例教学方法探究[J].科技信息，2008（34）：208.

[4]张夕琴.视频教学在机械设计基础课程中的应用[J].科技经济市场，2010（12）：100-101.

[5]戴文霞.图片—视频—案例一体化课堂教学法浅析[J].文学教育，2015（10）：146-147.