導語：機械創新設計與實踐課程教學探討一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為了提高機制專業學生的創新能力，通過實際的調研和前期教學的經驗，在2016級本科教學大綱增加“專業機械創新設計與實踐”課程，從調動學生的積極性出發，提出了機械創新設計與實踐課程理論和實踐相結合的運作模式，從而培養機制專業學生的主動參與意識和創新意識，這對提高課程的實踐教學質量和培養機制專業學生的工程能力，推進高等教育的完善，具有十分重要的意義。

關鍵詞：機械創新設計；理論；實踐；創新意識；工程能力

一、機械創新設計與實踐課程的性質

“機械創新設計與實踐”課程是機械設計制造及自動化專業2016年教學計劃中的學院的平臺課，是機制專業在2016級教學計劃中新增加的課程，預計在第六學期開設。該課程著重培養學生創新思維、創新能力、工程應用與實踐能力，使學生學會、掌握一般創新設計技法，掌握針對某一需求（或功能）進行功能原理創新設計、機構創新設計、結構創新設計的方法，或發現潛在的需求，進而開發新產品的能力，在此基礎上進行提升創新設計能力和工程訓練綜合能力[1-3]。在教學模式的構建、教學方法的運用、教學手段的使用和考核方式的改革等方面均圍繞著培養學生的創新能力和實際動手能力來進行設計[4]。“機制創新設計與實踐”課程理論內容包括創新原理與技法、方案創新設計、機構與結構創新設計、TRIZ理論與創新設計和基于項目的創新方案設計等，旨在培養學生提升創新能力的同時，將創新思維、技法應用到專業學習實踐中，達到創新教育與專業教育相融合的目的，使學生具有較為全面的專業知識和扎實的理論基礎。“機制創新設計與實踐”實踐內容包括基于項目的機械創新方案的數字化設計、基于項目的設計方案運動模擬與分析和項目的加工制作。

二、理論與實踐相結合，構建多層次的課程體系

為了進一步開展強化創新實踐的工程教育新模式的改革與實踐，培養實踐動手能力強、富于創新精神的工程創新型人才，2016年，學校進一步加大了實踐設施建設，在新建的實訓實驗中心增加了大學生創新設計實驗室的活動空間，作為本科學生專業工程訓練和實踐基地，用于學生創新、研發、制作，為課程教學改革奠定了基礎[5]。經過前期多年的教學經驗的積累，在新設置課程“機制創新設計與實踐”教學計劃中著重培養學生創新設計能力和工程創新訓練，其中理論授課學時為16學時，課內實驗學時為16學時,同時打破了課內實驗教學的傳統模式，將學生課外的創新實驗也納入教學體系之中，增設了課外開放創新實驗、工程訓練和創新設計競賽等課外的實踐環節，形成了理論與實際相結合、課內和課外相結合的多層次課程體系。“機制創新設計與實踐”課程理論教學環節主要包括以下幾個方面：創新原理與技法包括創新思維、創新理論、創新技法以及機械創新設計方法等內容；方案創新設計包括機械系統原理方案、執行系統方案、傳動系統方案的設計；機構與結構創新設計包括機構形式設計的原則、機構方案的評價、機構的構型。掌握機構的構型；TRIZ理論與創新設計包括講授TRIZ理論的基本概念，技術系統及其進化法則，TRIZ理論及其應用等；基于項目的創新方案設計主要以大學生機械設計競賽優秀作品為例進行案例教學。“機制創新設計與實踐”課內實踐環節具體的實施過程是利用三維軟件進行典型機械裝置的設計，利用二維、三維軟件進行典型機械裝置的運動模擬與分析，針對前一個實驗的設計方案進行實物的加工制作，3個人一小組，制作一個機械創新裝置。具體的項目設計的內容是結合已學的機械結構完成具體問題的創新設計，充分利用大學生創新實驗室的設備完成指定問題的實物制作，培養學生具有分析問題和解決問題的實際工作能力。

三、加強課外實踐環節，提高學生工程實踐能力與創新能力

實驗教學內容重在實踐、鼓勵創新，突出綜合、強調能力。同時，打破了課內實驗教學的傳統模式，將學生課外的創新實驗實踐也納入教學體系之中。將“做中學”理念融入課程教學，強化創新教育與專業教育的深度融合，加強了本專業學生的創新教育與工程實踐訓練[6]。（一）開設開放創新實驗。在2016年之前的課外實踐環節中，為了使本專業學生能夠學習到更多地知識技能，每個學期設置一些開放性創新實驗，如基于3D打印技術的機構創新實驗，效果良好，學生可以獲得創新學分。學生共獲得創新學分人數300多人次，并且也為他們的就業奠定了一定的基礎。從教學經驗可以看出開設開放實驗對于提高學生的工程能力有著重要的作用。在新設置“機制創新設計與實踐”課程中可以進行開放實驗的設置，參考題目如基于3d打印技術的機構創新設計開放實驗、基于3d打印技術的典型模具設計開放實驗等。開放實驗題目可以自行擬定、指導教師命題、企業命題、各種學科競賽命題，主要以學生自我創新為主進行機構創新、結構創新設計。學生主要通過三維造型、3D打印、機構搭接試驗臺、模型制作、模具設計及數控編程等形式進行模擬仿真或實物模型仿真。經過此環節的訓練，學生無論是理論知識的融會貫通還是實踐技能和創新能力都能獲得了質的飛躍。（二）進行創新創業項目研究。“機制創新設計與實踐”課程教學團隊教師負責指導學生申報校級以上大學生創新創業項目。注重以項目研究為載體，開展原理方案設計、答辯、實驗實施、數據處理與分析、樣機制作等具體的項目研究工作，讓學生接受較為系統的訓練，體驗項目研究的完整性，完成實踐能力的鍛煉和經驗的積累。項目結題需提交研究報告，研究成果至少包括實物、專利、競賽獲獎其中的一項，每個項目成員由3人組成。（三）開展工程訓練。在學生的工程訓練過程中，計劃在“機制創新設計與實踐”課程的實踐環節中設置一些訓練項目，如無碳越障小車（重力勢能驅動，繞“8”字或按正弦曲線行走）、循跡（或搬運）機器人訓練項目、創新創意設計等項目，進行工程實踐基礎訓練，每個項目小組由3人組成。其中無碳小車競賽創新設計題目可以參考如下：“小車支架零件創新設計”“小車導向機構零件創新設計”“小車底盤零件創新設計”“小車傳動機構傳動齒輪的創新設計”等，也可自行設計題目。這些題目在設計上遵循自主創新的原則，每個設計圖形都要求具有一定的復雜程度，在原理和實踐上同時培養了大學生在專業技能方面的經驗[7]。項目融合了實踐性、綜合性、創新性，有利于學生主動學習、主動實踐和團隊精神的培養，有利于學生創新意識和實踐能力的養成。在創新創意項目中：例如設置創新設計主題為“創新創意”，內容為“結合先進的制造方法進行五金、家居、玩具、家電、機械、汽車等六類工業產品的創新創意設計”。要求完成以下幾個方面內容：利用3D打印機實現作品原型，對比設計方案與3D原型，修改設計方案，記錄設計-驗證-再設計的過程，編寫并提交3D打印模型的檢測報告等。編寫3D打印工藝設計文件（根據產品造型3D模型，結合3D打印工藝特點，綜合考慮精度、質量、加工速度、節省支撐材料、方便支撐材料手工剝除、后處理容易等因素，確定產品結構形式及快速成型時工件的姿態）。通過3D打印機制作出的未進行后處理的設計作品一件。根據3D打印工藝設計文件，在3D打印設備許可的范圍內選擇設備工作參數。啟動設備進行產品的制作，制作過程中可以采取暫停等措施進行必要的人工干預，也可以采取全自動的方式進行制作[8]。（四）開展學科創新設計競賽。為了進一步解決專業課程教學內容與工程實踐過于脫離，突出本課程“重在實踐，鼓勵創新，突出綜合，強調能力”的教學目標，引導學生參加校級或院級以上專業競賽，并作為課程考核選項的內容之一[9]。目前，校級或院級以上與專業密切相關的競賽有“機械創新設計競賽”“機器人競賽”“工程能力綜合競賽”“創新創意設計競賽”每年舉辦一次。參賽作品為設計圖紙、三維仿真、實物（或模型）制作等。近幾年，機制專業學生參加省級以上創新類競賽取得了優異的成績，例如遼寧省首屆“TRIZ”杯創新大賽TRIZ理論應用（硬幣分類系統），遼寧省首屆“TRIZ”杯創新大賽TRIZ理論應用（搬運車的輪胎履帶轉換機構），遼寧省機械設計競賽（塑纏式硬幣自動包裝機、全自動包裝封箱一體機、全自動書本包裝機、自動送紙硬幣包裝機、硬幣分類包裝機），第十二屆遼寧省“挑戰杯”競賽（助殘健身輪椅、一體式輪胎履帶轉換運輸車），其中指導本科生參加2012年遼寧省機械設計大賽（螞蚱滑板車）獲得了省一等獎，2016年全國機械創新設計大賽作品硬幣分類包裝機獲得了全國一等獎等好成績。獲獎作品同時可獲得創新學分。學院規定創新學分中，至少應有0.5學分為通過專業競賽獲得，也為課程教學提供了保障。

四、建立多元考核評價方式

圍繞教學目標、教學內容，采用模塊化考核體系。將考核分為四個模塊，實施了“平時考核+課內考核+課外實踐考核+答辯考核”考試方式。平時考核：主要考核學習主動性，提出問題的優良性、主動性，作業、報告完成質量等。課內考核：指課內知識點的考核，考核采用結果與過程結合、仿真與實操結合。課外實踐考核：課外實踐實施分層次教學，至少完成開放性實驗、創新創業項目、工程訓練（無碳小車制作、循跡（搬運）機器人制作）、學科競賽四項中的一項，側重創新性、工程性、完成質量。答辯考核：采用答辯的方式對設計結果進行考核。多元化考核評價方式，提高了學生學習的主動性，強化了平時學習的投入，突出了創新能力和專業能力評價[10]。經過多年改革整合和建設，目前課程著重培養學生創新設計能力和工程創新訓練，理論授課學時為20學時，課內實驗學時為12學時,同時打破了課內實驗教學的傳統模式，將學生課外的創新實驗也納入教學體系之中，增設了課外開放創新實驗、工程訓練和創新設計競賽等課外的實踐環節，形成了理論實際相結合、課內和課外相結合的多層次課程體系，如表1所示。根據“加強基礎、融合專業、因材施教、重點培養”的指導思想，制定了圖1所示的“創新教育”與“專業教育”相融合的培養方案，課程教學模式分為三個相互融合的模塊，完成創新教育與專業教育融合。通過創新課程的學習，大學生的創新理論和創新實踐技能都得到很大的提高，創新課程實施后的效果如圖1所示。

五、結語

2016教學計劃中“機械創新設計與實踐”課程包括了課內實踐和課外實踐兩部分，邊做邊學。課內實踐包括實訓、實驗、基本工程訓練等環節；課外實踐包括工程能力綜合訓練、開放創新實驗、創新創業項目訓練、學科競賽等環節。課內實踐側重基礎訓練，課外實踐側重工程綜合能力訓練，全方位擴展相關知識，使知識結構更趨完整。每個實踐單元既獨立又相互聯系，從虛擬仿真到實物加工，相輔相成，共同完成能力培養。由于課程的“課外實踐”全部采用實際設計題目，其中有一部分是參賽題目，所以，學生的部分作業參加了設計競賽，并獲得了眾多獎項，這對鍛煉學生的實戰能力，調動學生的學習熱情具有極其重要的作用。

作者:張曉光 王宏祥 單位:遼寧工業大學