以学生创新能力为导向的机械设计课程设计教学改革

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　　摘要：机械设计课程设计是培养机械类专业学生实践创新能力的一个重要环节。文章对目前机械设计课程设计中所存在的问题进行了分析，从课堂教学方式、考核方式、实践环节等方面入手，提出了以学生创新能力为导向的教学改革，以提高机械设计课程设计的教学质量和加强学生创新能力的培养，为培养合格的工程师提供保证。
　　关键词：机械设计；课程设计；创新能力；教学改革
　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）29-0127-02
　　一、引言
　　机械设计是机械工程专业本科生的主干课程之一，也是培养应用型人才不可或缺的专业技能课程。这门课程对于学生的综合能力要求较高，需要学生在课程中综合应用机械制图、材料力学、机械原理等前期课程的知识并要求学生运用所学的知识去分析和解决实际工程问题的能力。尤其是在科技飞速进步的时代，学生更应学会融会贯通，注重培养创新精神和能力。
　　目前，我校机械设计课程设计都是采用齿轮减速器装置作为课程设计内容，但是多年来减速器一直作为传统的设计内容，存在内容陈旧、思路单一并且网上现成资料过多等诸多问题。因此，机械设计综合实践课的教学改革已迫在眉睫。
　　二、教学现状分析
　　虽然目前的课程设计内容包含了机械设计课程的绝大部分的知识内容，对提高学生综合应用知识解决问题的能力打下了基础，但也暴露出不少的问题。
　　1.抄袭现象。以我校为例，虽然可以根据学生的学号选择不同的设计参数，但是减速器总体的结构是相同的，在学生中抄袭现象还是比较普遍的，甚至有学生直接照搬网上现成的资料，几乎很少有学生会去思考适合自己参数的结构、装配、密封等问题。
　　2.缺乏重视。虽然课程设计对机械类专业的学生是一门极其重要的课程，但大部分学生还是把它当作一项任务，并未足够重视，也没有将此设计课程当作提高自己创新能力的一个很好的机会。在设计中往往都是直接照搬设计手册，不去探究和思考产生问题的原因，并且在整个过程中缺乏与教师交流、探讨的积极性。
　　3.方式陈旧。我校的课程设计工作量为手工绘制减速器装配图一张、零件图两张和一份设计报告。虽然通过此过程可以提高作图能力，但是目前虚拟仿真技术已经非常成熟，包括CAD软件以及动力学、力学分析软件已经普遍被应用在机械设计等领域，而仅有一小部分学生会去主动学习虚拟仿真技术。这种状况已经不适应现代机械设计发展的需求，学生的竞争力也会下降。
　　传统的机械设计和课程设计有着重知识轻能力等弊端，因而存在学生实践、创新能力较差和与实际生产脱节等问题。作为新一代的大学生不仅需要扎实的基础知识，还应具有较强的实际应用能力。目前国内各高校都在大力推行“卓越工程师教育培养计划”，其核心就是培养高质量的工程技术人才。而上述机械设计课程设计中存在的这些问题已经成为制约实现这一目标的因素之一。
　　三、教学改革内容
　　国外尤其是欧美发达国家的高等教育，非常重视对学生综合能力和创新能力的培养，具有比较成熟的经验和传统。他们鼓励学生提出新的想法和做法，对成绩的考核包括课程的报告、演讲、实践等多个方面。我校通过反思高等教育的现状，借鉴国外高校的经验，做出如下改革。
　　1.建立基于实际工程项目的衍生设计题库。以往的课程设计内容虽然包含了机械设计课程的绝大部分内容，但是题目老旧，缺少内容的创新，学生的积极性不高。并且，学生对自己完成的方案是否可实现也缺少途径去验证。因此，引入基于实际工程项目或者大学生创新比赛相关的题目可以有效地扩大课程设计的题目范围，挖掘学生的创新潜力。当然，这对授课教师也提出了更高的要求，即不能拘泥于课本。授课教师在备课时，可以对以往的科研项目进行归纳总结，结合工程实际整理出适合作为课程设计的题目，也可以鼓励学生结合“挑战杯”等比赛自主选择课题。教师则需对自主选择的课题从难度、可行性、工作量等方面进行把关，保证课程设计能够顺利进行。学生也可以通过这个过程提高查阅文献资料以及独立思考的能力。
　　2.虚拟仿真分析。过去学生主要任务是完成教师布置的设计任务书，提交设计图纸和设计报告，但是对装置结构方案、结构原理和结构参数的影响往往一知半解，缺少知识的系统性学习。因此，可鼓励学生进一步对装置进行分析，如采用solidworks、adams和ansys等仿真软件对方案进行动力学和力学仿真，对装置的结构参数和性能进行分析，对装置的运动特性、机构组成原理有了更进一步的了解。学生也通过这个环节，对机械原理、机械设计等课程有了更进一步的巩固。学生对所需的软件有了一个初步的掌握，增加了竞争力。
　　3.撰写发明专利、期刊论文。在上述基础上，挑选较好的设计方案，鼓励学生申请发明专利并指导学生撰写期刊论文。在有条件的情况下，申请专项经费购买相关材料加工出样机。这样既能激发学生参与课程设计的积极性，也能锻炼学生实际参与项目的能力，为后续就业、升学打下良好的基础。鼓励优秀的学生参加“挑战杯”等比赛，使得学生在“学中做、做中学”的过程中对已学的知识进行融会贯通。
　　4.改进教学方法和模式。传统的教学方法主要是以教师为主体，通过授课传授学生知识。但是学生对其内容往往印象不深，甚至一知半解。而在课改后，鼓励教师和学生合作，共同参与交流、讨论，鼓励案例式教学模式，注重对学生知识、能力与综合素质的培养。教师可布置一些综合性、开放性的问题，引导学生查阅文献资料，甚至可借助实验室的设备和资源，进行分析和研究，从而引导学生独立思考、自由发挥和自觉学习，培养创新意识与创造性思维，并且在这个过程中，教师也可以与学生一起探索新的教学方法及模式。
　　5.建立全面的成绩评价体系。建立能够全面、客观地反映教学质量和学生创新能力等的成绩评价体系，提高学生对自己创新思维培养的重视程度。坚持全方位的成绩评价体系，即总成绩包含平时成绩、设计成绩以及创新成果等多个方面进行综合评价。教师根据实际情况，分配各项权重进行量化分数。平时成绩主要包括机械设计课程原理和方法的掌握，解决实际问题的能力以及学生的创新想法。设计成绩包括提交的设计报告和设计图纸分数。创新成果主要包括虚拟仿真、期刊论文、专利或“挑战杯”等活动。此项不做硬性要求，鼓励有能力的学生去尝试参与相关活动，甚至可以借此鼓励学生提前进入实验室，跟随教师从事相关科研项目。
　　四、结论
　　本次教学改革将专业知识和创新实践等有机结合，更好地体现了重基础、强应用的人才培养目标，建立特色鲜明的教学体系。这将有利于培养学生的工程实践能力和驾驭实际项目的能力，也有利于培养学生的创新精神和团队合作精神，对包括机械制图、机械设计等课程有了更加深刻的认识。学生对工程问题的分析和解决能力也得到加强，为后续的教学环节、毕业设计都打下了良好的基础。在这个过程中，也要求教师摆脱原有的教学观念，提高自身的专业素质，达到教学相长的结果。
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