基于创新理念的机械设计教学研究

1、基于创新理念的机械设计教学研究    基于创新理念的机械设计教学研究摘要:针对当前高校机械设计教学中存在的不足，从改革教学理念、模式与方法入手，提出以创新为主题，运用现代化的教学方法及手段提高机械设计教学效果的思路。关键词:机械设计,创新机械类学生通过学习机械设计，除了学习机械通用零部件的设计、计算的具体知识及初步掌握设计的过程外，更重要的是要学会如何用相对简化的理论公式来处理复杂的工程问题，如何用过去的基础知识(点)，利用机械设计课程中的内容(线)来解决实际的工程问题(面)。学会如何实现将“点”连成“线”，继而变成“面”，如何真正达到课程的最终教学目标

2、:学生具备综合运用所学的知识，分析、解决工程实际问题的能力;能够形成创新性思维，具备创新设计的能力;能成为社会需要的知识新、素质高、能力强的“复合型”人才。然而，现行的教学体系和教学模式却难以达到上述目的。因此必须打破传统教学模式的束缚，围绕学生创新能力的培养，在课程教学的各个方面进行创新性研究和实践。1理念要创新“创新”、“原创”是如今各行各业都推崇的两个关键词。不可否认，只有创新、原创，科技才能进步，经济才能发展。但如今人们很多地将创新简单定义为发明，认为世界上只有“独有”，或者“技术第一”的才是创新，才是原创。这是一种理念上的误区。创新不是关起门来“独有”或者“技术第一”，是否创新是要得

3、到市场的认可。美国苹果公司日前以2221亿美元成为世界IT产业龙头，被称为是:“创新的胜利”。而公司CEO乔布斯认为:创新是以市场为主导的，不是闭门造车地研发“电子衬衫”之类不知道为谁发明、谁会来买的怪物。也不是多么伟大的发明才是创新，世界上现存的技术不计其数，没有商业化、市场化的到处都有，关键是有没有用来发掘利用。也不要老说原创，原苏联有多少原创成为产品，创造价值了?而日本人做到了创新，原因就在于日本人就是买苏联的杂志，回去研究，想办法把苏联的原创转化成产品和市场。因此，作为教授机械设计课程的教师，理念不可拘泥于三尺讲台，教授学生知识的应用创新才是本门课程的最终目的。2创新理念应溶于教学过程

4、传统的机械设计课堂教学模式是教师在课堂上按部就班地讲授，介绍包括运用强度、刚度、耐磨性、振动性等有关理论，孤立地介绍各种机械零件的知识和设计方法，所授内容缺乏系统性和共性介绍，更缺乏工程应用实例和背景介绍。机械产品设计，是通过分析、综合与创新而开发出能满足某些特定要求和功能的机械系统的过程。科学技术迅猛发展所引起的学科交叉与综合，使得机械设计不再单纯属于工程技术范畴，而成为自然科学、人文科学和社会科学相互交叉，科学理论与工程技术高度融合的一门现代设计科学。因而，现代机械设计具有很明显的特点，即它的理论性、创造性、广义性、优选性等。由于历史的原因，以往的机械设计多以改进型为主，常用仿照、类比的方

5、法，而忽视了创造性。其实，人类文明的源泉在于创造，而设计的本质就是创造性的思维与活动过程。教师应在授课过程中通过创造性教学来体现机械设计的真正本质1。创造性教学不仅是一种知识传递和感情交流的过程，同时还是一门艺术创造的过程。教师和学生都是这个艺术创造过程中的“角色”。教师的角色是要充满感情地在课堂上进行导演，一是对学生有感情，爱学生，信任学生;二是对课程有感情，能深刻体察到主讲课程从内容到形式的科学节奏和艺术韵律，欣赏课程的内在美。要在教授课程中，创设问题情境，启发、引导学生用发散性思维思考工程问题。比如教授“零件疲劳强度”时可结合粮食机械棉子壳振动分离筛结构，首先启发学生利用系统搜寻法找出满

6、足设计要求的各种可能性，很快便知满足这一设计要求的机构有曲柄机构、滑块机构、导杆机构、正弦机构、正切机构、凸轮机构等，此时引导学生分析不同机构各自的运动规律，比较不同机构对所设计设备的物料运动影响状况，从中确定最佳传动机构;然后再分析设备零件工作状况，说明零件的寿命变化规律2。只有设立这样的创造设计过程，将教师和学生都作为创造过程中的角色，讲课才能有声有色，把看似枯燥的内容讲得生动、精彩，从而实现机械设计的艺术创造3。在这个艺术问题情境创造过程中，应注意三个关键点:一是要求教师熟悉教材，掌握教材的结构，了解新旧知识的内在联系;二是要求教师充分了解学生已有的认识结构状态，使新的学习内容与学生已有

7、水平构成一个适当的跨度;三是注意主(学生)客(老师)体角色分配，创设学生能自然接受的学习情境。3教材创新教材创新，是指由于教材编写、出版有一个较长的周期，因而会出现教材内容在学术、技术上的滞后性，并且由于当前课堂教学时数不断压缩，所以教师的讲课内容要作必要的选删。根据教材中的基本知识点，结合自己的科研课题作选取和补充，及时介绍一些本学科国内外的最新水平与科研成果，使学生能了解学科和课程的发展前沿、动态。也应介绍一些新的设计方法和设计手段，让学生在掌握教材基本知识点的同时，能够做到和当今科学技术的与时俱进。在介绍有关学术、技术内容时，应客观地评价不同的学术争论4。教材中基本知识点文字是“死”的，

8、然而其内容却是灵活多变的。本课程的结构体系没有一般理论性课程那么严密，内容多、散，理论性不强，许多问题的解答不是唯一的，不同的新理论、新技术、新材料、新工艺以及新的市场信息都将使答案发生变化。因此，教材创新点还体现在一个基本知识点可衍变出不同的设计结果。如教授螺栓组受力分析时可将机构受力分析、轴结构、轴承及机架等内容综合到一起，通过分析不同机构的不同受力情况，来说明可设计出不同的支撑方式、固定方式、轴结构等，然后对不同方案进行技术综合评价。使学生在掌握教材基本知识点的基础上，培养其设计创新能力5。教材的创新还应该体现在将教材与当代各种各样先进的设计方法和设计手段相结合，比如介绍设计方法时可在教

9、材设计方法基础上延伸优化设计、可靠性设计等内容，设计手段如Solid-Works、UG、Pro/EngineerWildfire设计软件等。通过介绍不同设计方法不同的设计手段，使学生开阔设计思路，也迎合了如今现代学生的独立个性特点，有意识地引导学生去追求教材之外的新思想、新知识、新目标。鼓励他们敢于冲破传统的旧观念，具有怀疑权威的意识，遇事不盲从，针对教材，多问为什么，要敢于发表自己的见解，即使错误的也要给予正面鼓励。机械设计教材的知识点都有一定的工程实际背景，然而学生由于缺乏实践感性认识，很多内容对学生而言就比较抽象。因而，教材的创新还应该利用多媒体技术，将文字、图片、图像、声音、动画和视频

10、等多种电子媒体有机的和教材内容结合在一起，将原来用传统授课方式难以表达清楚的部分形象化。同时利用多媒体教学既可以加深学生的工程意识，培养学生分析和解决工程实际问题的能力，又可以充分利用课堂有效时间，增加课堂信息量，拓展教学内容的深度和广度。为了进一步加深学生的感性认识，真正地接触工程实际，在授课时，还应同时广泛采用现场教学的手段，将与现场结合紧密的内容安排到现场组织教学。4实践创新机械设计课程的教学实践主要指实验和课程设计。实验是机械设计课程教学中重要的实践性环节。传统机械设计实验内容固定、功能单一，目的只是为了验证、巩固和加深理论教学的内容，学生创造机会少，不能体现机械设计创新的本质要求。因

11、此，实验要构建以创新为主线的实验教学体系，将实验课程设置成验证性实验、设计性实验和创新性实验。验证性实验包括机构运动简图测绘实验、回转件动平衡实验、螺栓联接实验和皮带传动实验。设计性实验指渐开线齿廓范成实验、机构运动创新设计实验和轴系结构设计实验。创新性实验主要是指机械系统综合设计实验。实验的宗旨是要培养学生的形象思维能力和创新意识。开设实验课时，要充分将验证性实验与创新性实验相结合，让学生把机械产品及各种机构的复杂实物形态信息转化为具有客体特征的信息。使学生具有丰富的储备信息，在进行机械产品创新设计过程中才思喷涌，举一反三。其次，充分将分析、设计与创新思维紧密结合并融合到实验中，激发学生的积

12、极性与主动性，培养学生创新思维能力、实践动手能力及分析和解决问题的能力。在此基础上，对一些动脑、动手及创新方面有特长的学生进行重点培养，组成课外兴趣小组，鼓励、指导他们参加各种创新大赛，或参加有关教师的科研工作，拓展学生创新实践途径6。传统的机械设计课程设计是一个图版、一个丁字尺，再加上绘图工具。老师讲解计算过程及绘图顺序，学生掌握的是过程，并没有在此过程得到新的设计方法和设计手段的工程训练，培养的是工程师，而不是高级设计人员。随着计算机绘图软件的高速发展与普及，我国一些大型设计制造企业已广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计与绘图，中小型企业以及一些乡镇企业也在努力采用计算机代替人工设计绘图

13、，这意味着21世纪的机械工程师，要扔掉图板，代之以计算机绘图。作为机械设计制造及其自动化专业的大学生，必须掌握CAD技术与计算机辅助绘图。机械设计课程设计应使学生把重点放在方案设计、结构设计(这往往是学生的薄弱环节)等创造性思维上和熟悉与运用设计资料(手册、图册、标准和规范等)等基本技能的训练上。成绩评定不应简单地根据图纸及说明书来判定，而应结合采用分组答辩的方式，让学生之间通过相互讨论的过程，对不太清楚的问题获得一次学习提高的机会。同时，通过这样的答辩方式也使学生的综合能力得到提高。5结束语要培养学生的创新能力，必须要有培养学生创新能力的教育观念，要有一支观念新颖并具有丰富专业知识和创新能力的教师队伍，教学内容及手段上要不断改进，要教给学生一种思考问题的方法，“授之以渔”而非“鱼”。创新能力的培养也不是靠一两门课的教改就能完成，而是要全校各个教学环节的不断改革，为学生的学习全过程，创造具备创新能力培养的条件，营造一个良好的学术自由氛围，只有通过各个教学单位的共同努力，才能培养出具有创新能力的高级工程人才。参考文献:1党玉功创新教育背景下机械设计类课程教学改革浅谈J中国电力教育，2010(3):1211222曹宪周棉子壳振动分离筛振动连板断裂事故分析J河南工业大学学报:自然科学版，2005(3):16183程