宋井玲+夏連明+孫霞

摘要：“自動機械設計”課程是機械設計類本科的專業(yè)課，對機械設計創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起著重要的作用。本文從該課程教學內(nèi)容的設置、考核方式的多樣化、課程設計等方面探討培養(yǎng)大學生機械創(chuàng)新設計能力的教學方法。

關鍵詞：機械;創(chuàng)新設計能力;教學;培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）24-0160-02

一、引言

“自動機械設計”課程是機械設計類本科的專業(yè)課，為了加強學生機械設計綜合能力的培養(yǎng)，我校2003年開始作為機械設計及自動化專業(yè)和農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的專業(yè)課開課。現(xiàn)已建設成為專業(yè)核心課程，對提高學生的機械設計水平和創(chuàng)新設計能力起到了重要作用。

二、教學內(nèi)容的設置

自動機械是指自動化程度較高的機械系統(tǒng)，其教學內(nèi)容與“機械系統(tǒng)設計”類似。要培養(yǎng)創(chuàng)新能力，必須先具備堅實的基礎理論和設計方法，因此我們根據(jù)自動機械與一般的機械系統(tǒng)相比，有自動化程度高、結(jié)構(gòu)復雜等特點，在教學內(nèi)容上以自動機械的四大結(jié)構(gòu)組成部分，即驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)為主要內(nèi)容展開，著重共性問題，力求照顧到系統(tǒng)性和完整性，深入闡述了自動機械設計中普遍性的理論問題，重點分析自動機械中普遍應用的機構(gòu)、裝置的設計原理和方法以及現(xiàn)代控制技術(shù)，注重機械設計與現(xiàn)代機械設計理論和方法相結(jié)合，同時列舉了大量實例，力求做到理論聯(lián)系實際，突出專業(yè)特色和現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展水平。課程內(nèi)容不僅體現(xiàn)傳統(tǒng)的機械及其設計方法，還體現(xiàn)了現(xiàn)代自動機械及其制造技術(shù)的新進展和現(xiàn)代設計方法的新應用，注重教學內(nèi)容的更新。我們主要參考了崔久浩的“自動機械設計”一書，編輯出版了“自動機械設計”教材，在基本內(nèi)容上比一般的“機械系統(tǒng)設計”教材更全面和豐富。

在教學中，力求把發(fā)明創(chuàng)新意識貫穿于整個教學過程。教學過程中除了上述主要內(nèi)容外，充分利用多媒體教學手段，通過大量的自動機械和機構(gòu)的工作視頻和照片提高教學效率，創(chuàng)造視覺的新感受，增強感性認識，激發(fā)學生的學習興趣和熱情，同時有效提高了教學效果和學生的知識面。在教學過程中，注重自動機械各組成部份的基本工作原理、結(jié)構(gòu)特點和設計方法，淡化理論模型和推導。利用啟發(fā)式、提問式、反問式等方法，激發(fā)學生的創(chuàng)造性和想象力，提高綜合應用所學知識進行機械設計、探索新知識、新技術(shù)、開發(fā)新的機械產(chǎn)品的能力和水平。推薦并組織學生觀看中央電視臺的“我愛發(fā)明”節(jié)目，提高發(fā)明創(chuàng)造的興趣，學習發(fā)明創(chuàng)造的一般思路和方法。支持鼓勵學生參與教師發(fā)明專利的申請工作。

增加課堂討論環(huán)節(jié)，設計能激發(fā)學生發(fā)明創(chuàng)新意識的討論題。例如：原理方案設計時，每組提出至少3種機器，每種機器采用兩種以上的原理實現(xiàn)其功能。總體設計時，以小型代步工具為例，不限定條件，發(fā)揮學生的創(chuàng)造性，分組提出方案并討論其特點和可行性。在講述執(zhí)行機構(gòu)有關內(nèi)容時，讓學生提出分解用機器代替手工操作的動作，并提出可能實現(xiàn)這些動作的機構(gòu)或組合機構(gòu)并加以比較。在講間歇機構(gòu)和供料機構(gòu)時，提示學生生活中可能應用的場合并讓學生注意觀察后，討論為什么在此場合會應用此機構(gòu)，是否可用其他機構(gòu)代替，如果能用其他機構(gòu)代替，就有可能創(chuàng)新發(fā)明新的裝置或機器。另外，鼓勵學生參加山東省機電產(chǎn)品創(chuàng)新大賽等各類校、省、全國創(chuàng)新大賽，并可在討論課中做專題討論論證方案，指導學生充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性開發(fā)新的機械產(chǎn)品。在歷年“山東省大學生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設計競賽”中獲得了多個一等獎，在其他創(chuàng)新競賽中也屢創(chuàng)佳績。

三、考試考核方式的多樣化

考試考核目標是使學生在掌握基本理論、基本知識和基本技能的基礎上，增強職業(yè)素養(yǎng)與專業(yè)技能，提高分析問題及解決問題的能力，成為具有較強創(chuàng)新意識和實踐能力的高技能人才?？荚嚳己艘杂欣趯W生運用知識能力、實際工作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于學生學習方法的改變?yōu)橹笇枷耄菇虒W工作的重點落實到學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和自身素質(zhì)的提高上。為了激勵學生學習興趣和創(chuàng)新性，筆者設計了以下考試考核方式。

1.大作業(yè)。分組整理討論課中的討論結(jié)果以及新的創(chuàng)新想法方案形成大作業(yè)，內(nèi)容可是完整機械，也可是關鍵機構(gòu)、部件;時間可從課程開始到最后筆試之前，期間還可通過郵件、QQ和微信以及校核心課程網(wǎng)等及時得到教師的指導。

2.答辯式。建立具有綜合性、適宜答辯的試題庫，成立答辯小組，答辯小組由至少3位教師組成，可包括助課研究生?？己藭r每個學生按順序先后隨機抽取題目，準備10分鐘。準備時可翻閱參考資料以及和同學討論，此時學生參與討論的積極性非常高，不僅有利于抽到考題的學生掌握該知識，也使參與討論的學生學習掌握了考題中的知識點，每個學生表面上是考核自己抽到的有限的考題，實際上在整個考核過程中，參與了幾乎全部學生的考題準備，從而將考試變成了學生積極主動的學習、交流、鞏固所學內(nèi)容的過程，學生不再是應付考試，厭煩、害怕考試，同時也鍛煉了學生綜合利用所學知識、收集資料、口頭表達的能力以及答辯和應變能力等，有利于將來找工作時的面試，這使得學生的收益是全方位的。

3.筆試。筆試在課程結(jié)束后，時間由學校統(tǒng)一安排，主要考核基本概念和理論。創(chuàng)新發(fā)明必須在掌握扎實的機械設計基本概念和理論基礎上，因此，掌握這些概念非常重要。例如自動機械生產(chǎn)率的概念、評價工作性能的指標等。

四、緊密結(jié)合實際應用的課程設計

課程設計是自動機械設計課程的一個重要教學環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生獨立運用所學知識、綜合分析和解決工程實際問題能力的重要教學步驟，為學生將來從事工程技術(shù)工作和畢業(yè)設計打下良好的基礎。在此教學環(huán)節(jié)中，學生可將所學的自動機械設計知識應用于設計中，這是有效的練兵和檢驗，同時還可以提高、鞏固教學效果的環(huán)節(jié)。因此，我們要緊密結(jié)合實際應用進一步加強培養(yǎng)學生的機械創(chuàng)新能力，使學生在課堂教學環(huán)節(jié)中的創(chuàng)新性想法得以進一步實現(xiàn)，距實際應用更進一步。注重培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新設計能力、綜合設計能力與團隊協(xié)作精神。endprint

1.課程設計內(nèi)容。在自動機械的四大結(jié)構(gòu)組成部分，即驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)中，驅(qū)動系統(tǒng)通常為選型設計，包括在總體設計的內(nèi)容中，不單獨作為課程設計題目，控制系統(tǒng)涉及電氣電子液壓、計算機等相關的學科知識較深，在課程設計中我們將這部分作為選做內(nèi)容。因此，課程設計的主要內(nèi)容包括傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和總體設計三種。比較復雜的機械3個人一組，自由組合，每人主要負責一部分內(nèi)容，其中總體設計的學生由小組成員推薦選舉產(chǎn)生并擔任組長，除了自己承擔的內(nèi)容外還要負責協(xié)調(diào)3個人的方案應能滿足整機的任務書要求，完整一致。各種題目的具體內(nèi)容如下是。

（1）自動機械總體方案設計。①根據(jù)給定機械的工作要求，確定實現(xiàn)功能要求的原理方案。②根據(jù)原理方案確定工藝方案。③確定工作循環(huán)時間，擬定機械的工作循環(huán)圖。④確定采用的動力形式、總體布置、總體結(jié)構(gòu)來設計機架。

（2）執(zhí)行機構(gòu)設計。①參與原理方案和工藝過程的設計。分析確定工藝操作動作、順序、運動形式和運動規(guī)律。②擬定機構(gòu)的選型與組合方案，提出多個方案分析并選擇最佳的。③機構(gòu)的設計計算，主要構(gòu)件的運動分析、仿真等。④機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計，畫機構(gòu)簡圖，包括運動軌跡、極限位置圖。

（3）自動機械傳動系統(tǒng)設計。①參與原理方案和工藝過程的設計。分析工藝操作動作、各機構(gòu)運動形式和運動規(guī)律選擇動力機。②確定傳動機構(gòu)方案和采用的傳動形式，分析傳動效率和傳動精度，提出多個方案并分析選擇最佳的。③傳動比分配、設計計算，主要零件的強度校核。④傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計，畫傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

2.課程設計題目。筆者精心設計了多于學生人數(shù)的課程設計題目和相應的任務書，制定了課程設計大綱和指導書。學生選題具有靈活性，可從給定的題目中選題，也鼓勵自選題目。學生自選題目要經(jīng)過論證方可作為課程設計題目并有一定的加分，同時要與教師的科研以及各種創(chuàng)新競賽題目緊密結(jié)合，有效激發(fā)學生的學習興趣和參與的積極性、主動性。山東省大學生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設計競賽每年暑期進行，而自動機械課程設計正好是每學年的第二學期，可以說這個學期是學生申請準備方案、進行結(jié)構(gòu)設計的階段。采取提前選題的方法可以使學生在上課期間有目的的聽課，有充分的時間醞釀設計方案，使自動機械課程設計教學環(huán)節(jié)不局限于培養(yǎng)方案中設置的1周時間，有效地提高了課程設計的質(zhì)量和效果，有些題目最后還申請了發(fā)明專利?！坝糜诖罅７N子的精密排種器”、“家用瓜子去皮機”、“頂尖可收集式仿形棉花打頂機”等項目就獲得了山東省大學生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設計競賽的一等獎。

五、結(jié)語

“自動機械設計”是一門實踐性較強的專業(yè)課，對培養(yǎng)學生機械創(chuàng)新能力起著重要作用。因此，筆者在整個教學環(huán)節(jié)中，始終貫穿創(chuàng)新意識，調(diào)動鼓勵學生學習的積極性、主動性，開發(fā)創(chuàng)新思維，并取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]帥玉妹.大學生機械設計創(chuàng)新能力的培養(yǎng)思路[J].中國西部科技，2009，（31）：58-61.

[2]宋井玲.自動機械設計[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011.endprint