徐勤超 ，潘海兵 ，謝 坤 ，王鳳武

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430070）

0 引言

專業(yè)教育是以專業(yè)知識教學(xué)為主，以培養(yǎng)各類專業(yè)人才的教育；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是為了培養(yǎng)學(xué)生的開創(chuàng)性與個性，包括首創(chuàng)精神、冒險精神、創(chuàng)業(yè)能力、獨立工作能力以及技術(shù)、社交和管理技能等[1-5]。專業(yè)教育是創(chuàng)新教育的基礎(chǔ)，創(chuàng)新教育對專業(yè)教育的教學(xué)目標和內(nèi)容具有指導(dǎo)作用，專業(yè)教育和創(chuàng)新教育的有機融合是高等教育的新使命[6-8]。

目前，在高校機械類課程體系設(shè)置中，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育存在著明顯的分離關(guān)系，不能有效提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，也無法適應(yīng)未來社會持續(xù)發(fā)展與變化的需要。因此，高校需要改革機械類課程教育體系，搭建綜合實踐平臺，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，增強學(xué)生創(chuàng)業(yè)意識，提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

機械學(xué)綜合課程訓(xùn)練是綜合設(shè)計型的實訓(xùn)，是機械類專業(yè)的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。其要求學(xué)生掌握機械系統(tǒng)運動方案的設(shè)計及機械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生計算與繪圖設(shè)計能力以及綜合知識的應(yīng)用能力[9-10]。在專創(chuàng)融合的背景下，課題組從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核評價、創(chuàng)業(yè)孵化等方面進行了“機械學(xué)綜合課程設(shè)計”教學(xué)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育深度融合的探索與改革，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和能力、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高課程教學(xué)效果與質(zhì)量。

1 課程設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀及改革思路

1.1 “機械學(xué)綜合課程設(shè)計”教學(xué)現(xiàn)狀

“機械學(xué)綜合課程設(shè)計”是機械類專業(yè)實踐教學(xué)體系的重要組成部分。在學(xué)習(xí)“機械制圖”“機械原理”“機械設(shè)計”“互換性與測量技術(shù)”等先期課程的基礎(chǔ)上，該課程一般安排在第三學(xué)年末進行，設(shè)計時間固定為3～4周。課程設(shè)計主要包括機器設(shè)計調(diào)研、機械傳動方案設(shè)計、減速器方案設(shè)計、減速器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、減速器零件圖和裝配圖的繪制等教學(xué)內(nèi)容。從總體上看，當前的課程設(shè)計存在著設(shè)計任務(wù)單一、設(shè)計過程完全規(guī)范化甚至模板化、設(shè)計學(xué)時緊張、設(shè)計方法沿用傳統(tǒng)課程設(shè)計的手工計算和尺筆繪圖等問題，導(dǎo)致學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力得不到培養(yǎng)，利用現(xiàn)代工具解決復(fù)雜工程問題的實踐能力弱。

1.2 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與課程設(shè)計融合的改革思路

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與課程設(shè)計融合的“機械學(xué)綜合課程設(shè)計”改革思路如圖1所示。

圖1 專創(chuàng)融合的“機械學(xué)綜合課程設(shè)計”改革思路

1.2.1 創(chuàng)新意識與機械設(shè)計過程的融合

通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與機械學(xué)綜合課程訓(xùn)練的融合，在機械設(shè)計過程中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、思維、素質(zhì)和能力，使學(xué)生成為懂機械創(chuàng)新設(shè)計表達方法、會結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、懂功能原理創(chuàng)新設(shè)計的創(chuàng)客，為將來的創(chuàng)業(yè)、就業(yè)打好基礎(chǔ)。

1.2.2 機械設(shè)計成果與創(chuàng)業(yè)能力的融合

通過創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與機械學(xué)綜合課程訓(xùn)練的融合，探索多層次、多渠道、多模式的校企合作、產(chǎn)教融合的培養(yǎng)模式，推動學(xué)生創(chuàng)新成果以行業(yè)競賽、創(chuàng)業(yè)項目、成果轉(zhuǎn)化等形式落地，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用專業(yè)知識和創(chuàng)業(yè)的能力。

2 課程設(shè)計改革具體實施

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與課程設(shè)計融合的“機械學(xué)綜合課程設(shè)計”教學(xué)實踐如圖2所示。

圖2 專創(chuàng)融合的“機械學(xué)綜合課程設(shè)計”教學(xué)實踐

2.1 課程設(shè)計的時間安排

為了充分保證學(xué)生的設(shè)計時間，提高設(shè)計質(zhì)量，采取先分散再集中的模式，將課程設(shè)計貫穿到理論教學(xué)的全過程，延長課程設(shè)計時間到一學(xué)期。在學(xué)期開始之初，安排3～4次導(dǎo)論課，主要內(nèi)容包括：機器設(shè)計的一般流程和方法、機器設(shè)計需要具備的專業(yè)知識及設(shè)計工具軟件、課程設(shè)計的時間節(jié)點及具體要求、機械創(chuàng)新理論及相關(guān)知識、創(chuàng)業(yè)教育相關(guān)案例等。之后，學(xué)生帶著任務(wù)和問題去學(xué)習(xí)相關(guān)課程，同時展開設(shè)計工作，保證學(xué)生有充裕的時間進行創(chuàng)新思考。此外，建議“機械學(xué)綜合課程設(shè)計”的指導(dǎo)教師由“機械設(shè)計”課程的授課教師擔任，加強指導(dǎo)教師對學(xué)生的指導(dǎo)，及時解決設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題。

2.2 課程設(shè)計的選題

改革課程設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計題目應(yīng)源于工程實際，以面向工程設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程設(shè)計方案為核心，以實踐能力和創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，突出創(chuàng)新思維。機械類學(xué)科競賽主題來源于生活實際可以很好地契合實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標，而課程設(shè)計中優(yōu)秀的設(shè)計方案經(jīng)過后續(xù)加工完善，可以直接拓展為比賽作品或創(chuàng)業(yè)作品，為創(chuàng)業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)打下良好基礎(chǔ)。此外，還可以引導(dǎo)學(xué)生進行自主創(chuàng)新或創(chuàng)業(yè)選題，進一步豐富選題類型及設(shè)計任務(wù)。

2.3 課程設(shè)計的組織實施

課程設(shè)計選題雖然來源于機械創(chuàng)新設(shè)計大賽等實際生活的選題，但是課程的核心目標是訓(xùn)練學(xué)生對機械類專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力。因此，為了解決科研創(chuàng)新實際與課程訓(xùn)練結(jié)合的問題，在課程組織時，應(yīng)要求設(shè)計目標的解決方案中同時包含原動機、傳動裝置和執(zhí)行系統(tǒng)三個基本部分，并突出設(shè)計方案的新穎性和實用性，以更好地融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。

2.3.1 總體方案設(shè)計

課程設(shè)計導(dǎo)論課結(jié)束后，開始系統(tǒng)總體方案的擬定，整個階段一直持續(xù)到集中設(shè)計之前。方案設(shè)計階段，學(xué)生分組協(xié)作，4～5人為一組，開展設(shè)計工作。課程設(shè)計從選題功能出發(fā)，根據(jù)系統(tǒng)工作要求或執(zhí)行構(gòu)件的運動和動力要求，考慮原動機、傳動裝置和執(zhí)行系統(tǒng)間的連接關(guān)系與空間位置、運動參數(shù)和動力參數(shù)間的協(xié)調(diào)以及執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)中多個機構(gòu)間的協(xié)調(diào)配合來設(shè)計整機系統(tǒng)方案。小組要提出至少3種方案，然后組織方案研討會，分析比較各方案的優(yōu)劣，進行方案的評價與決策，擇優(yōu)確定最終方案，并畫出系統(tǒng)總體方案簡圖，方案可以是手繪的裝配草圖，也可以是三維虛擬樣機。指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生提出的具體實現(xiàn)方案，與學(xué)生進行討論，就方案與課程能力考核的關(guān)聯(lián)性、方案的創(chuàng)新性等方面進行評價，給出明確的指導(dǎo)意見，學(xué)生的設(shè)計方案最終要通過指導(dǎo)教師的認可才能開展下一步設(shè)計工作。

2.3.2 機械零件設(shè)計

機械零件設(shè)計安排在集中課程設(shè)計階段，并一直持續(xù)到課程設(shè)計結(jié)束。整個階段，學(xué)生按照分組分工協(xié)作開展具體設(shè)計工作，并繪制裝配圖及零件圖，撰寫設(shè)計說明書，完成設(shè)計答辯等工作。

1）機構(gòu)運動設(shè)計。機械零件設(shè)計需要對所選定的機構(gòu)進行尺度綜合分析，主要分析方法包括圖解法、解析法、現(xiàn)代商用軟件分析法等，學(xué)生可以根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況，自主決定采用哪一種分析方法。為了培養(yǎng)學(xué)生使用現(xiàn)代設(shè)計軟件的能力，建議學(xué)生采用解析法，通過編程對機構(gòu)進行運動分析或者利用商用分析軟件（如ADAMS、SolidWorks等）建立機構(gòu)的運動分析模型，再進行機構(gòu)的運動學(xué)動力分析。然后，根據(jù)計算結(jié)果得出執(zhí)行機構(gòu)的位移圖、速度圖和加速度線圖，并進行特征分析，檢驗該機械零件是否符合工作要求。

2）主要零部件設(shè)計。依據(jù)傳動系統(tǒng)方案與機構(gòu)運動設(shè)計結(jié)果，對主要傳動零部件進行設(shè)計，如齒輪、蝸桿傳動、帶傳動、鏈傳動的設(shè)計，軸的設(shè)計與校核，鍵連接和聯(lián)軸器的選擇與校核，機架及附件的設(shè)計等。學(xué)生可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況，自主采用傳統(tǒng)的理論計算方法或者采用有限元方法（如ANSYS等）進行強度的校核分析工作。根據(jù)計算結(jié)果，完成零部件的設(shè)計工作，并按要求進行3D建模、虛擬裝配。

3）撰寫設(shè)計說明書，繪制裝配圖及零件圖。設(shè)計完成后，學(xué)生需要整理、撰寫設(shè)計說明書，繪制裝配圖及零件圖，然后進行小組答辯。最終提交的材料包括三維虛擬樣機、工程圖紙（總裝圖、部裝圖、零件圖，建議采用CAD繪制）、設(shè)計說明書（字數(shù)8 000～10 000）。答辯過程中，指導(dǎo)教師對設(shè)計的創(chuàng)新性、工作完成情況、訓(xùn)練情況進行評價，并通過評選，發(fā)掘優(yōu)秀的課程設(shè)計作品，鼓勵學(xué)生在課外進一步開展后續(xù)工作，完善設(shè)計，制作樣機，參加競賽或進行創(chuàng)業(yè)等。

2.4 課程設(shè)計的成績評定

考核評價采用過程評價和期末評價相結(jié)合的考核評價方法。過程評價應(yīng)該貫穿于課程設(shè)計開展的全過程，綜合考查小組在設(shè)計過程中方案調(diào)研、文獻查找、小組討論、團隊協(xié)作的完成情況。期末評價更加側(cè)重從學(xué)生對基本知識的掌握程度、設(shè)計工作量的大小及完成情況、設(shè)計創(chuàng)新情況、答辯效果等方面進行評價。在設(shè)計過程中，每個小組成員對設(shè)計工作的貢獻不一樣。因此，每個學(xué)生的最后成績應(yīng)由團隊成績與個人成績兩部分組成，個人成績主要依據(jù)在答辯環(huán)節(jié)中的個人工作匯報及問題回答情況進行評價。課程設(shè)計的學(xué)生成績評價標準，如表1所示。

表1 課程設(shè)計的學(xué)生評價標準

2.5 機械加工成型及成果轉(zhuǎn)化

機械設(shè)計的最終目的是通過制造將設(shè)計思想變成機械實體裝置。在設(shè)計完成后，對于優(yōu)秀的設(shè)計作品，鼓勵學(xué)生繪制符合制造工藝規(guī)范的圖紙，編制加工工藝，通過激光切割、數(shù)控加工、3D打印以及純手工加工等方式加工出非標零件，并進行整體組裝，通過調(diào)試檢驗其是否滿足設(shè)計要求，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題并加以研究解決。樣機制作后，通過撰寫專利對創(chuàng)新方案進行保護，并參加更高層次的創(chuàng)新比賽，在比賽過程中不斷總結(jié)、完善。在條件成熟的情況下，鼓勵學(xué)生申請創(chuàng)業(yè)資助，推動科技創(chuàng)新技術(shù)在實際生活中的應(yīng)用。

3 課程設(shè)計改革效果

實踐效果表明，學(xué)生整體參與率較高，由于設(shè)計題目切合工程實際，解決實際工程問題，學(xué)生做設(shè)計的積極性和興趣大大提高，普遍反映收獲較大?？傮w方案設(shè)計階段，學(xué)生積極查閱資料，構(gòu)思具體方案，不僅在組內(nèi)討論，組與組之間也經(jīng)常進行交流學(xué)習(xí)，并積極與指導(dǎo)教師展開細致討論，學(xué)生之間、師生之間互動明顯。部分學(xué)生主動自學(xué)相關(guān)計算機輔助設(shè)計與分析軟件，利用現(xiàn)代工具解決工程設(shè)計中的實際問題。在具體零件設(shè)計階段，學(xué)生能夠?qū)⒃O(shè)計內(nèi)容較順利地轉(zhuǎn)換為3D虛擬模型，并在建模過程中對設(shè)計的細節(jié)進行修改和調(diào)整，協(xié)作完成設(shè)計全過程，并組織匯報答辯。設(shè)計完成后，學(xué)生對設(shè)計過程由最初的陌生到熟悉，并在后期繼續(xù)完成加工制作、申報專利、參與機械類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的積極性顯著提高。傳統(tǒng)課程設(shè)計與專創(chuàng)融合的課程設(shè)計對比，如表2所示。

表2 傳統(tǒng)課程設(shè)計與專創(chuàng)融合的課程設(shè)計對比

4 結(jié)論

1）專創(chuàng)融合的“機械學(xué)綜合課程設(shè)計”教學(xué)改革，突出了創(chuàng)新思維、創(chuàng)業(yè)教育與“機械學(xué)綜合課程設(shè)計”專業(yè)課程的融合，在課程設(shè)計中解決實際工程問題，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新意識、思維、素質(zhì)和能力，推動了學(xué)生創(chuàng)新成果以行業(yè)競賽、創(chuàng)業(yè)項目、成果轉(zhuǎn)化等形式落地，提高了學(xué)生綜合運用專業(yè)知識和創(chuàng)業(yè)的能力。

2）專創(chuàng)融合的“機械學(xué)綜合課程設(shè)計”從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核評價、創(chuàng)業(yè)孵化等方面進行了專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育深度融合的探索與改革，探索了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和能力、提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和課程教學(xué)效果與質(zhì)量的新途徑。