基于创新能力过程培养的地方普通高等院校机械设计课程设计教学研究

杨小高　丁德琼

摘  要：《机械设计课程设计》是机械专业最后一个重要创新能力培养的实践性教学环节，关系到地方普通高校人才培养的优劣。该文在《机械设计》课程设计中，通过学生学习生活中发现问题、找到痛点，通过查阅文献和专利了解现状、提出利用机械设计专业知识能解决的方案，经过三维软件进行作品的功能设计、结构设计和三维运动学、动力学分析软件分析，了解作品的功能并生成二维产品图纸的过程培养中进行创新能力培养，拟提高学生的综合素质。

关键词：创新能力  过程培养  机械设计

中图分类号：TH122-4    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（c）-0067-02

随着地方性普通高等院校扩招、合并以及转型发展，机械专业的学生数量增多。在机械设计课程的教学过程中发现学生素质参差不齐、学习积极性不高，空间想象和动手能力弱，补考、重修比例居高不下的问题突出。如何在“大众创业，万众创新”的时代背景下培养具备扎实的机械设计理论知识和创新能力的人才，已经成为机械设计教学课程过程中迫切需要解决的关键问题。

机械设计课程具有理论知识比较抽象，实践性强，与工程实际结合紧密的特点，创新意识和创新能力的培养不仅在课堂需要学生能够学到扎实的基础理论和宽厚的专业知识，而且要经过实践环节让学生获得一定的实践感知，增强创新意识，激发其创新潜力。为此围绕机械设计课程的理论的学习和创新能力的培养，国内外教育工作者进行了探索并取得了一定的成果。李平、杜力等研究学者针对《机械原理》《机械设计》实践教学环节存在的问题，提出以学科竞赛促进机械综合课程设计的改革思路[1]，以增进学科的实践能力。汤晓明、潘晓红提出了以课程设计要求为目标，以课程设计阶段任务驱动学生完成课程学习的教改模式[2]。宋仲康、崔玉莲等研究学者依据新的人才培养方案和目标定位，以注重基础、结合装备、培养创新为基本思路，提出通过修订课程标准、完善设计题目、建立课内外一体化教学模式，以提高教学质量的举措[3]。张敏唐等研究学者主张在《机械设计课程设计》中引入综合性、系统性的数字化设计理念并进行了教改实践，以促进学生的设计能力、团队协作、工程思想与解决问题的能力提升。

通过对相关的研究的分析发现就如何在《机械设计课程设计》的实践中就如何提高学生的创新能力有了一些思路。如何建立人才培养机制，深化理论知识的学习并将其运用到实际的作品制作和创新设计中，以促进机械创新型应用人才的培养关系到机械专业学生专业素质和国家人才培养战略的重要环节。该文就机械设计课程的特点，通过场景设置，从选题、构思、方案设计、机械零部件的设计入手，对《机械设计课程设计》如何培养学生运用机械设计课程的理论和实践知识，分析和解决与机械领域有关的实际问题进行探索，以对学生运用机械专业理论知识开展《机械设计课程设计》专业实践创新能力的培养。

1  地方性普通高等院校课程设计培养模式现状

机械设计课程设计是在《机械原理》《机械设计》两门机械工程专业主干课程学习后，开设的旨在培养运用杆件、凸轮、齿轮、带传动等典型结构及运动规律进行创新设计的实践课程。从先前由指导教师指定题目，通过修改不同参数进行课程设计的传统培养模式实践来看，学生对机械设计的全过程缺乏了解，难以运用基本理论知识进行系统设计，没有得到工程创新能力和设计能力的培养，这与工程实际需要相差甚远，达不到《机械设计课程设计》要求。就设计的过程分析，不能达到开设机械专业要求的原因主要有以下几个方面的因素。

（1）学生方面。

随着地方性普通高等院校扩招、合并以及转型发展，机械专业的学生数量增多，学生素质参差不齐、空间想象和动手能力弱。在教师设计课程设计题目，让学生运用所学课程的理论知识进行设计的过程中，通常表现出学习积极性不高，不主动地学习和查找资料，处于被动的等待和接受状态，创新思维得不到培养。

（2）传统的机械课程设计的培养模式。

机械设计课程设计主要就机械系统的传动装置（或包含执行部件）进行结构设计，主要就《机械设计》理论课程中的轴、齿轮、带轮，支撑配合的轴承、键的设计和箱体的结构设计。《机械设计》理论课程的重点是传动装置的零部件设计的相关理论知识学习，机械设计的课程设计则主要针对该内容的知识运用。在统一题目、统一进度原则下，学生只需要修改参数和传动部件的类型。根据设计指导书，按照设计步骤，照搬公式，比对模板，学生就能完成《机械设计》的课程设计。从整个设计过程来看，设计题目陈旧单一、与实际工程脱节，缺乏系统训练，缺少过程培养，系统性不强，起不到创新思维和能力的培养。

2  《机械设计》课程设计是应用型创新性人才过程培养的重要环节

地方性普通高等院校教学科研資源相对较少，用于课程实验教学的设备投入相对有限，如何利用有限的教学条件对不同层次的学生在《机械设计》课程设计中进行创新能力的培养，以满足“中国制造2025”的要求，适应人才市场对创新型应用人才的需要，是地方性普通高等院校迫切需要解决的问题。

《机械设计》课程设计是在专业基础课程学习后开设的专业核心课程，为此学生在知识结构上具备运用理论力学、材料力学、金属材料及热处理、公差与互换性等学科知识进行综合机械设计的条件。在《机械设计》课程设计的过程中需要学生从学习生活中发现问题、找到痛点，通过查阅文献和专利了解现状、提出利用机械设计专业知识能解决的方案，经过三维软件进行作品的功能设计、结构设计和三维运动学、动力学分析软件分析，了解作品的功能并生成二维产品图纸。通过该过程的培养，从而使学生在明白机械专业与学习生活、生产实际的联系，机械专业各门课程的关系，机械产品的设计过程，让学生的创新意识和创新能力得到培养，以适应中国发展和人才市场的需求。

在《机械设计》课程设计的教学实践环节中注重培养大学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神;加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行创新思维、设计和制作等实际工作能力，增设《机械设计》课程设计中“创新精神和实践能力”培养环节等是应用型创新人才过程培养的重要内容。

3  基于创新能力过程培养的地方普通高等院校机械设计课程设计改革措施

机械设计课程设计是机械设计课程的最后一个重要实践性教学环节，也是高等工科院校机械类专业学生第一次较全面的设计能力训练，在培养机械类高级工程技术人才的全局中，对于增强学生对机械技术工作的适应性，培养其开发创新能力的具有非常重要的作用。其目的是：使学生能够综合运用机械设计和其他先修课程的知识去分析、解决机械设计问题;学习机械设计的一般方法，掌握常用机械零部件、机械传动装置的设计过程，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力;通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养机械设计的基本技能。鉴于地方普通高等院校学生素质与师资设施情况，在《机械设计课程设计》实践教学中进行创新能力的培养过程中，做出以下措施。

（1）开展基于的《机械设计》课程改革，按照创新设计的过程来组织理论知识的学习，将陈述性知识与过程性知识整合、理论知识与实践知识整合。在教学内容上，以实际应用带动理论知识学习为主、以适度够用的概念和原理的理解辅开《机械设计》的教学工作。

（2）选取具有代表性的典型机械、构建与零件的设计与分析贯穿整个教学过程，并且在课程总体设计时，根据学生的认知心理顺序和设计工作过程，在整个设计中构建基本学习情境和拓展学习情境两类学习情境。根据机械设计课程设置基本学习情境和拓展情景供不同学习能力的同学进行选择。基本学习情境要求每个学生必须完成的，拓展学习情境供学习能力和创新能力强的学生选择完成。

（3）结合机械创新比赛、学科竞赛、3D快速成型技术、慧鱼创意组合模型设置机械结构，通过理论知识的运用进行创新能力的培养。

图1是机械设计创新能力过程培养方案图。

参考文献

[1] 李平，杜力，徐元.从学科竞赛内涵体系谈机械课程设计的改革[J].重庆工商大学学报：自然科学版，2012，29（7）：98-102.

[2] 汤晓明，潘晓红.“目标引导，任务驱动”下的课程设计与专业课教学同步的教改尝试——以机械设计基础课程为例[J].大学教育，2019（1）：58-60.

[3] 宋仲康，崔玉蓮，张炳喜，等.《机械课程设计》课程教改探索[A].中国机械工程学会机械设计分会、全国机械设计教学研究会.2016年第十五届全国机械设计教学研讨会论文集[C].中国机械工程学会机械设计分会、全国机械设计教学研究会：《机械设计》编辑部，2016：3.

[4] 张敏，唐利芹，鹿新建，等.对《机械设计课程设计》的一次数字化教改实践与分析[J].山东工业技术，2019（15）：234.