摘 要 基本素質(zhì)和能力的培養(yǎng)是高等工程教育的基本目標(biāo)，而創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力是學(xué)生基本素質(zhì)的主要方面。本文從學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力培養(yǎng)的角度闡述機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的重要性，基于機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的內(nèi)容，提出了機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)組織與實(shí)施的一般步驟和應(yīng)注意的問(wèn)題。機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的組織與實(shí)施步驟對(duì)于其它的工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)可提供一定的參考。

關(guān)鍵詞 機(jī)械原理 創(chuàng)新設(shè)計(jì) 組織與實(shí)施

中圖分類號(hào)：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2013）15-0060-03

基本素質(zhì)和能力的培養(yǎng)永遠(yuǎn)是高等教育的基本目標(biāo)，但其基本素質(zhì)和能力的具體內(nèi)容是多方面的，創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力自然是其中重要的方面。盡管創(chuàng)新是人類的天性，但如何把一個(gè)人培養(yǎng)成具有堅(jiān)實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)的創(chuàng)新性人才，一直是教育者思索，也許需要一直思索下去的主題之一。這些年來(lái)，為提高教育質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，教育部實(shí)施了高等工程教育教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃，建設(shè)了一批工科基礎(chǔ)課程教學(xué)基地，同時(shí)還舉辦了諸如大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽等比賽，這些措施推動(dòng)了工科教育改革的深入發(fā)展。

眾多教育者在如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力方面所作的努力，其中不少與其說(shuō)是改革，不如說(shuō)是探索。毫無(wú)疑問(wèn)，僅憑四年的大學(xué)學(xué)習(xí)，不可能把一個(gè)學(xué)生培養(yǎng)成為一個(gè)專業(yè)化的創(chuàng)新能力很強(qiáng)的人才，大學(xué)教育只能把他培養(yǎng)成為一個(gè)具有較強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的創(chuàng)新性人才。機(jī)械原理課程及其創(chuàng)新設(shè)計(jì)在機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)中的地位非常重要，在學(xué)生未學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程時(shí)要到達(dá)培養(yǎng)機(jī)械創(chuàng)新創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的目的本身就是一種挑戰(zhàn)。

一、機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)是培養(yǎng)機(jī)械類創(chuàng)新人才的必須環(huán)節(jié)

設(shè)計(jì)是對(duì)抽象需求的具體化，人類所使用的機(jī)械，都由創(chuàng)新設(shè)計(jì)而得來(lái)，如減速箱、自行車、汽車、飛機(jī)、金屬切削機(jī)床、人造衛(wèi)星等。人們的很多需要通過(guò)不同機(jī)械系統(tǒng)相應(yīng)的功能得到滿足，但人們對(duì)新的、具有優(yōu)良特性的機(jī)械系統(tǒng)的需求總是持續(xù)不斷的。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)幾乎是人類的天性，我們?cè)O(shè)計(jì)學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)生活，甚至設(shè)計(jì)人生，當(dāng)然也包括設(shè)計(jì)功能多樣的機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)無(wú)論簡(jiǎn)單或復(fù)雜，都需要一定的設(shè)計(jì)技術(shù)和設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)現(xiàn)，需要設(shè)計(jì)者具有優(yōu)秀的設(shè)計(jì)能力，復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更需要通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作才能完成。設(shè)計(jì)過(guò)程中有分工，如有組織者（或協(xié)調(diào)人）、創(chuàng)新設(shè)計(jì)者、搜集或者資源調(diào)查者等。創(chuàng)新是有風(fēng)險(xiǎn)的，設(shè)計(jì)過(guò)程中并非處處要?jiǎng)?chuàng)新，選擇設(shè)計(jì)、組裝設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)本身并不需要?jiǎng)?chuàng)新，但創(chuàng)新能力是一個(gè)優(yōu)秀設(shè)計(jì)者必備的素質(zhì)。

具有創(chuàng)造性問(wèn)題的答案都符合一條標(biāo)準(zhǔn)，即為正確解且具有原創(chuàng)性。創(chuàng)造力和想象力幾乎成正比。一個(gè)具有創(chuàng)造力的設(shè)計(jì)師是具有專業(yè)知識(shí)的、具有豐富想象力的、勤奮工作和積極建設(shè)型的人，而且具有較強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神和剖析事物的能力。

要成為優(yōu)秀的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)者，需要一定的天賦，更需要接受專業(yè)培養(yǎng)，并在工程實(shí)踐中培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力。一般而言，一個(gè)大學(xué)生獲得機(jī)械設(shè)計(jì)能力的基本訓(xùn)練途徑有：

（1）機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程理論學(xué)習(xí)與課程設(shè)計(jì)；

（2）創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)，比如創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等。

機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的重要形式。通過(guò)機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可使學(xué)生比較全面、系統(tǒng)地掌握和深化機(jī)械原理基本原理和設(shè)計(jì)方法，敢于提出新功能，敢于創(chuàng)新并能應(yīng)用創(chuàng)新原理和創(chuàng)新技法進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為能設(shè)計(jì)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)、成為優(yōu)秀的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和創(chuàng)新性人才打下良好基礎(chǔ)。

二 機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的組織與實(shí)施

1.機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的任務(wù)來(lái)源

為有效組織機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可根據(jù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)間的期限作簡(jiǎn)單分類，如1周的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、2周的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和長(zhǎng)期開放性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)等。對(duì)于短期的創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)，其設(shè)計(jì)工作量相對(duì)較小，既可作簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)完整的原理方案設(shè)計(jì)，也可作較復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的某些階段或某項(xiàng)功能設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，無(wú)論短期的還是長(zhǎng)期的機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成員分組協(xié)作進(jìn)行是一種非常有效的組織方式。

作為實(shí)踐教學(xué)，可選擇1周的創(chuàng)新設(shè)計(jì)或2周的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，也可選擇短期的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與開放性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，同時(shí)開放性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)可向后續(xù)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)延續(xù)，如機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)形成的功能原理方案可在機(jī)械設(shè)計(jì)課程中繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)。

機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的任務(wù)一般有三個(gè)來(lái)源，其基本特點(diǎn)如表1。

表1 機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的任務(wù)來(lái)源及特點(diǎn)

無(wú)論設(shè)計(jì)全新的機(jī)械系統(tǒng)還是在現(xiàn)有機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上更新設(shè)計(jì)，規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的工作非常重要。一般規(guī)劃設(shè)計(jì)階段需要進(jìn)行調(diào)研、可行性論證，才能提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)書。調(diào)研一般可做市場(chǎng)調(diào)研（如進(jìn)行需求、購(gòu)買行為分析，銷售量及市場(chǎng)占有率預(yù)測(cè)，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)分析、產(chǎn)品社會(huì)效益及壽命周期預(yù)測(cè)等）、技術(shù)調(diào)研（如進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造技術(shù)和材料的研究，作出技術(shù)可行性預(yù)測(cè)及成本預(yù)測(cè)）、現(xiàn)狀調(diào)查（對(duì)國(guó)內(nèi)外的同行進(jìn)行分析，作時(shí)間、技術(shù)及功能上可能超前的預(yù)測(cè)）等?？尚行哉撟C從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、市場(chǎng)等方面論證新產(chǎn)品開發(fā)的必要性和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、銷售等各方面的可行性。

簡(jiǎn)單講，調(diào)研報(bào)告需要回答“為什么”要進(jìn)行某個(gè)具體的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可行性論證報(bào)告回答“能不能作”，而設(shè)計(jì)任務(wù)書則約定“做什么”和“做到什么程度”，是實(shí)現(xiàn)功能的具體要求。

調(diào)研報(bào)告和可行性論證報(bào)告一般都有相應(yīng)的格式與要求。考慮機(jī)械系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，一般機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)研報(bào)告和可行性論證報(bào)告可在如表2和表3的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改、補(bǔ)充后形成。

表2常用機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)研報(bào)告的形式與內(nèi)容

表3 常用機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)可行性論證報(bào)告的形式與內(nèi)容

設(shè)計(jì)任務(wù)書明確設(shè)計(jì)目標(biāo)及需要達(dá)到的功能和性能指標(biāo)，基本內(nèi)容有功能要求、設(shè)計(jì)參數(shù)及其他相關(guān)要求等。設(shè)計(jì)任務(wù)書根據(jù)調(diào)研報(bào)告和可行性論證報(bào)告確定，要簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確，同時(shí)要有一定的自由度。例4.1為機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)用的自動(dòng)煎蛋器設(shè)計(jì)任務(wù)書，除了基本要求和環(huán)境要求外沒有更多的要求，給設(shè)計(jì)者留下更多的創(chuàng)新空間。如設(shè)計(jì)任務(wù)為具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，需要設(shè)計(jì)者提供全部相應(yīng)的技術(shù)文件資料（包括裝配圖和施工建議）。

2. 機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的組織實(shí)施

根據(jù)教學(xué)計(jì)劃、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的需要，確定機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的期限并組織實(shí)施是機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)，組織實(shí)施效率在一定程度上決定了創(chuàng)新設(shè)計(jì)培養(yǎng)的效果。為培養(yǎng)學(xué)生在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中獨(dú)立思考基礎(chǔ)上的合作精神和增強(qiáng)師生之間的互動(dòng)，可把學(xué)生按照自愿原則實(shí)行分組，一般每組以不少于3人且不多于5人為宜。

表4所示為三種不同期限的機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的時(shí)間分配和任務(wù)量。

表4機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)和時(shí)間安排

3. 機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)組織與實(shí)施中注意的問(wèn)題

無(wú)論設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)自何處，無(wú)論是短期設(shè)計(jì)還是開放性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，組織實(shí)施非常重要。教師既作為組織者、指導(dǎo)者、又作為設(shè)計(jì)參與者必須起到互動(dòng)和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的橋梁作用。對(duì)如下一些問(wèn)題需要特別注意：

（1）分組時(shí)盡量鼓勵(lì)差異較大的同學(xué)成組，給出一定的設(shè)計(jì)任務(wù)分配思路，讓組員選出組長(zhǎng)。讓組長(zhǎng)明確自己除了設(shè)計(jì)本身之外，諸如記錄、協(xié)調(diào)等職責(zé)。

（2）讓每位同學(xué)都發(fā)表自己的看法，鼓勵(lì)創(chuàng)新精神。除了違反基本科學(xué)規(guī)律的想法外，不要輕易否定同學(xué)的構(gòu)思。對(duì)于不太合理的設(shè)想，要選擇合適的時(shí)機(jī)作分析后提出改進(jìn)要求。

（3）鼓勵(lì)學(xué)生先考慮選用常用的純機(jī)械機(jī)構(gòu)，然后要求學(xué)生對(duì)構(gòu)思的方案中任選至少一項(xiàng)功能采用廣義機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。在功能原理方案設(shè)計(jì)的后期，鼓勵(lì)學(xué)生多采用廣義機(jī)械系統(tǒng)。

（4）對(duì)于設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)生因知識(shí)所限而無(wú)法求解的功能或不能作詳細(xì)分析的功能載體，如繼電器、傳感器以及復(fù)雜的控制單元等，容許學(xué)生僅提出功能要求。

（5）通過(guò)組內(nèi)討論或組間討論總結(jié)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的階段性成果，引導(dǎo)學(xué)生合理創(chuàng)新。

（6）及時(shí)詢問(wèn)學(xué)生想做什么，想讓老師幫助他做什么。結(jié)合創(chuàng)新設(shè)計(jì)詢問(wèn)他們想學(xué)習(xí)哪些課程或哪方面的知識(shí)。如果學(xué)生想把機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)延伸到后續(xù)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，不要忘記提出必要的指導(dǎo)意見并作記錄。

（7）對(duì)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析，鼓勵(lì)學(xué)生多用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。

（8）成績(jī)?cè)u(píng)定時(shí)適當(dāng)提高創(chuàng)新意識(shí)的比例，并當(dāng)面說(shuō)明其獲某成績(jī)的理由。

（9）要組織好任務(wù)布置、幾次討論會(huì)和機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的答辯環(huán)節(jié)。對(duì)于重要階段進(jìn)行的討論會(huì)，可根據(jù)創(chuàng)新設(shè)計(jì)組織的需要選擇實(shí)施，并在表5內(nèi)容的基礎(chǔ)上作適當(dāng)調(diào)整。

表5 機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)階段性討論會(huì)內(nèi)容

在培養(yǎng)機(jī)械工程類學(xué)生的基本素質(zhì)和能力，突出創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力教學(xué)中，機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有主要的地位。機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的內(nèi)容和主題需要?jiǎng)?chuàng)新性和實(shí)踐性緊密結(jié)合，機(jī)械原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)的組織與實(shí)施中需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，形成合作學(xué)習(xí)教學(xué)，應(yīng)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性并培養(yǎng)協(xié)作精神。

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（責(zé)任編輯 劉 紅）