基于创新能力培养的《机械设计基础》教学改革

张晓露，武卫，郭晓峰

摘要：以培养大学生创新能力为目标，对《机械设计基础》课程进行了教学改革。从教学目标与培养机制、教学体系与教学内容、教学方法与教学手段等方面论述了加强学生创新能力培养的措施，实践表明，这些措施效果良好。

关键词：创新能力培养；《机械设计基础》；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2014）10-0036-02

创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力[1]。培养具有创新意识、创新能力和工程实践经验的复合型人才是高等工科院校教学改革所追求的目标[2]。机械设计基础课程是我校航空工程类专业的重要技术基础类课程，如何在该课程的教学中培养学生分析问题、解决问题的能力，培养学生的工程意识和创新能力，从而取得更好的教学效果，是一个值得研究和探讨的问题。近年来，着眼于培养学生创新能力的需要，按照打牢基础、着眼发展、注重创新、培养能力的人才培养要求，我们对机械设计基础课程的教学改革进行了探索与实践。

一、调整教学目标，创新培养机制

1.在教学目标中重视学生创新能力的培养。根据军队院校人才培养的要求，结合相关专业的实际情况，在充分调研论证的基础上，调整了课程教学目标：不但要求学生系统掌握本课程的基础理论、基本知识和基本技能，还通过理论与实践相结合的途径，重点培养学生的创新意识、创新能力和动手能力，把其与专业技能和军官素质培养并重，为学生将来从事装备技术工作打下基础。因此，在机械设计基础课程的整个教学改革中都要有利于学生综合素质的提高，有利于装备实践能力、创新意识和创新能力的培养。

2.实行本科生导师制，在科研实践中培养学生的创新能力。目前高校教育中，硕士、博士研究生在导师指导下开展科研学术工作，而本科生很少有机会参与到具有较强实践性和创新性的科研项目中。本科生导师制就是本科学生在教师指导下进行学术研究，使学生能够尽早进入学科专业领域，培养实践能力和创新能力。对于三年级的学生，通过双向选择为每一名学生配备本科生导师，导师安排学生进入相关科研项目。在每个学年末学生要完成相关的研究报告、论文等作为结题依据。本科生导师制把学生从单一的课堂学习带入到高层次的科研创新氛围中，让广大学生敢想，敢思，敢悟，敢做，可有效培养其创新意识和创新能力。

二、改革课程内容体系，优化教学内容

1.以机械系统设计为主线，以创新能力的培养为导向，改革课程内容体系。机械设计基础课程主要研究机械工程中常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计方法。各部分内容之间逻辑上的联系较少，内容体系具有不系统性和零散性，如果没有一条清晰的主线，容易使学生学得毫无头绪，造成理解上的混乱。为此，我们构建了以机械系统设计为主线的内容体系，从系统的角度把教学内容分为“常用机构”、“机械传动”、“机械联接”、“轴系”和“机械系统”五大模块，将相对独立的各种零部件相互联系起来，让学生具备整体的机械系统设计概念。虽然本课程研究的是机械设计问题，但其本身却并不“机械”，工程问题的解决虽有其经典设计方案，但设计更为简单、巧妙和高效的方案始终是设计者努力的方向，这就是机械创新设计，我们在课程内容中增加了创造原理和创新技法等教学内容，促进了学生创新意识和创新能力的培养。

2.以装备实际应用为背景，优化教学内容。为了解决机械设计基础课程教学中理论与装备实际相脱离的问题，我们结合专业特点，对原有教学内容进行了优化，紧密联系航空装备实际，尽量采用装备实例来说明问题。比如在《机械设计基础》教学内容中，我们引入了飞机起落架、发动机附件机匣、直升机主减速器等装备实例，使学生对机构有了直观的认识，同时也使得学生对本专业更感兴趣，更好地适应部队航空装备快速发展的需要。在课余时间带领学生到飞机实验厅参观，将理论与实践相结合，通过介绍装备中一些设计巧妙的机构，提高学生对工程设计的认识，激发学生的创新意识。

三、创新教学方法，改革教学手段

1.采用启发式教学方法，培养学生的创新思维。传统的教学方法是教师采取灌输式的教学方法，学生参与教学活动的机会少，绝大部分时间处于被动的接受状态，没有更多独立思考的空间，学习的主动性和积极性很难发挥，不利于培养学生的创新思维，不利于创新型人才的成长。启发式教学法是启发引导学生主动学习的一种创新教学法，强调学生是教学活动的主体，它能启迪学生思维，激发学生的兴趣和求知欲，有效地调动学生学习的积极性和创造性。在机械设计基础课程的教学过程中，应多采用启发式教学，通过创设启发性问题，引导学生去思考，去求变，让他们自己去寻求答案。例如，在讲授周转轮系传动比计算时，依次向学生提出这样三个问题：能不能直接利用定轴轮系传动比计算的公式？不能用的原因是什么？怎么让周转轮系的行星轮轴线固定下来变成一个定轴轮系？学生在教师启发与点拨下，积极主动地思考，最终采用“反转法”把周转轮系的传动比计算问题转化为定轴轮系传动比计算问题，利用已有知识解决了新问题，获取了新知识，教师的主导地位、学生的主体地位得以实现。实践证明，采用启发式教学，学生的逻辑推理能力、总结归纳能力、分析判断能力和解决问题能力都得到了锻炼和提高。思维能力的提高，无形中对学习也起到推动作用，这一切为学生创新思维的形成奠定了坚实的基础。

2.多种教学手段相结合，激发学生的学习兴趣，提高创新意识。机械设计基础课程的特点是信息量大，与工程实际结合紧密，且很多内容较为抽象，难以用语言描述，而学生对于绝大多数机械特别是装备中的机械还缺乏直观、形象的认识，不仅学起来枯燥乏味，对于抽象的知识点也难以真正理解和消化。在课堂教学中，应充分考虑学生的认知困难，根据课程中各部分内容的不同特点，灵活采用多媒体课件、模型、三维动画、视频等教学手段，营造出图、文、声、像并茂的视听氛围，帮助学生直观地获取信息，激发学习兴趣，促进学生对知识的感性理解和掌握，提高创新意识。例如，在讲授四杆机构“死点”的应用时，先播放一段飞机放下起落架着陆的视频，再由Flash动画演示起落架收放机构（四杆机构）的工作情况，最后提出“怎么保证起落架在地面巨大作用力的作用下不会自动收起”这一问题，学生对这一装备实例问题产生了兴趣，很容易想到应用机构在“死点”位置时将不能运动这一特性，使起落架机构在放下状态处于“死点”位置。利用“死点”这一“不好”的特性实现特定的功能，加深了学生对于事物两面性的认识，提高了巧妙利用事物的反面特性进行创新的意识。

四、结束语

学生创新能力的培养是一项综合性很强的系统工程，它涉及整个教育体系的方方面面。我们从教学目标与培养机制、教学体系与教学内容、教学方法与教学手段等方面对《机械设计基础》课程教学改革与学生创新能力培养进行了初步的研究，经过几年的实践，取得了良好的效果。近年来指导学生参加全国大学生机械创新设计大赛、全国未来飞行器设计大赛等学科竞赛，共获全国一等奖9项、二等奖15项、三等奖4项。

参考文献：

[1]江泽民.论科学技术[M].北京：中央文献出版社，2001.

[2]徐小军，尚建忠，潘存云等.军校学员机械创新设计能力培养的探索与实践[J].高等教育研究学报，2009，32（2）：70-71.

作者简介：张晓露（1982-），男，安徽阜阳人，空军工程大学讲师，主要从事机械设计教学与研究。