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摘要：通过机械原理及设计课程的教学实践，提出了利于创新能力培养的教学方法和手段，并对如何激发学生创新潜能，培养学生创新思维和创新能力进行了探讨。实践中切实有效地开展创新能力设计教学，培养学生的创新设计能力和解决实际问题的能力。
关键词：机械；创新能力；培养
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）41-0225-02
机械原理及设计是高等院校机械类专业重要的专业技术基础课，是对学生进行设计能力、创新能力、工程意识训练的主要课程，对学生学习专业课程起承上启下的重要作用。近年来，随着课程体系的改革和深化，课程内容在不断更新和增加，课时却在不断减少，学时与内容之间的矛盾较突出。机械原理及设计又是我校省级精品课程，根据国家教育部提出的高等工程教育应适应21世纪人才需要的培养目标，本课程体系、教学内容、教学手段及实践教学等改革势在必行。作者经多年《机械原理及设计》、《机械设计基础》课程的教学实践，对如何在有限的学时内向学生讲授更多、更新的本学科知识和信息，更好地培养学生分析解决问题的能力，培养工程意识和创新能力，进行了一些探索和尝试。
一、国内外的机械创新设计能力培养概况
国外高校很重视学生创新能力的培养。课程体系上，设置相关创新设计课程和实践环节，建立创新实验室；在教学方法上，采取项目研究式的教学模式，其特点是：（1）强调通才教育，专业基础宽。（2）注重实践教学，学生须参加科研创新活动，并获得科研学分，培养了学生的工作能力、创新能力与组织能力。我国高校创新设计能力培养同西方发达国家相比，还有差距。目前，教育领域存在着一些不科学的教育观念与教育方法。以考试为手段，以分数为考量的应试教育，使教师和学生陷入十分苦恼的境地。它严重制约着教育、教学质量的提高，只能培养出高分低能的不合格品。教师在课堂上只重灌输，不重思考，在教学实践中不去揭示假说，只是验证假说，使得学科知识与科学实践脱节。学生被动接受大量知识，教学效率不高，加上学生学习目标不明确，被动学习，使学生对学习渐渐缺乏兴趣，甚至产生抵触情绪。尽管我们也意识到了当前教育的弊端，也开展了如大学生机械创新设计大赛等科研活动，但教学方法、手段的限制，如实验条件、设施的陈旧，综合性实验少，学生动手机会少，教学手段单一，高校仍存在重视理论知识传授，忽略创新能力与实践能力培养的现象。
二、树立正确的教育观念是创新能力培养的前提
只有具有创新精神的教师进行创造性教学，才能培养出创造型的人才。培养学生的创新意识和创新精神，关键在于教师。教师自身的素质已成为高等教育发展的重要因素。作为教师，必须做到与时俱进，及时了解和掌握本学科最新科技动态，积极开展专业研究，并钻研教材，改革教学内容，掌握各种教学方法，不断丰富和提高自身的教书育人水平。教师要自觉把学生创新能力的培养和提高与教学活动相结合，在教学中善于激发学生好奇心、创造欲、求知欲，使其在掌握理论的过程中，发展自学能力、思维能力和实践能力，敢于求新、求异。
三、努力提升教学质量
机械原理及设计具有一定的系统性，更偏重实践。课程重点是常用机构、通用零件的类型、特点、工作原理、失效形式及设计准则。但难点是与工程实践相结合，需要一定的理论基础，还涉及许多实践性问题，就要求灵活采用多种教学方法。
1.重视课堂教学方法和手段。教学实践中，多媒体技术已普遍应用。本课程具有信息量大、图片动画多等特点，采用多媒体教学生动直观，教师把教学内容制成课件，除课堂讲授外，还可挂在网上利于学生自学。教学中常展示机械原理图、三维立体图，有助于学生加深理解，利用多媒体既节约了时间又取得了很好的教学效果，起到事半功倍的作用。例如机构中周转轮系的运动、轴系设计与减速器装拆，由于有运动与三维演示，学生很容易理解其工作原理，并记忆深刻。还可以根据课堂反应情况，重现一些视频，让学生了解某些参数的改变对过程、结果的影响。课程讲授与课件制作过程中，注意引入适应机电一体化产品设计要求的、反映本学科最新科技成果的相关概念与知识。增加新机构、新传动和机器人设计的内容，加强机构系统设计中机构创新设计理论及方法的内容，以利于培养学生的工程实践能力和创新设计能力。灵活采用多种教学方式，充分采用互动式教学、启发式教学和课堂讨论教学等多种方法相结合，调动学生的学习积极性，以取得较好的教学效果。
2.加强实验教学环节。学生将学过的知识通过思考付诸于实践环节是培养学生创新能力的根本。可分步进行认识、分析和创新设计训练。首先让学生参观机械实物和创新实例，了解并认识机械。其次对学生进行综合训练专题教学和“机械分析”实践教学，要求学生对机械案例提出有新意的改进方案。最后完成从原理方案到参数、结构设计的机械设计训练，以提高其综合能力和创新能力。贯穿课程教学，我们开设“机械创新设计实验”、“机器人创新设计”、“实用机构设计”、“机械传动方案设计”等多个综合实验，结果学生创新能力大大提高了，也提高了整体教学效果。
3.加强课外科技创新指导。鼓励学生参加各种大学生科研活动，作者指导了数位学生的科技创新实践，如6足爬行机器人的成功设计。通过科研实践，调动了学生的科研积极性，通过创新设计把知识综合应用，学习目的也明确了，会主动去学习课内、课外的相关知识，开拓了知识面，也加深了对专业的理解。指导学生创新时应掌握一些技巧和方法，如类比法，培养学生从事物间相似处的类比中得到创新，如从手搓数钞票类比中，设计出点钞机；如移植法，把某产品的先进技术应用到另一种产品中，如将静电技术移植到耐磨喷剂上，可以提高耐磨剂的吸附性能等。
4.加强课程设计实践。机械原理和机械设计课程的体系和内容，前者主要以机构分析与设计为主线，后者则以零部件工作能力设计计算为主线。这两门课程存在着部分的交叉和重复，但又几乎不涉及机械系统总体方案设计和创新设计，这样的体系显然已不能适应新世纪科技发展和人才培养的要求。应以培养学生设计能力和创新能力为目标，在介绍机构运动设计、通用零件工作能力设计的基础上，突出现代机械系统方案设计。如设计园艺机器人，功能上为行走与园艺操作，柴油机提供动力，有多个工作头，引导学生进行机构方案设计和零件设计。在设计中结合常用传动装置，筛选出四种较为典型的方案：带——直齿圆柱齿轮传动、带——斜齿圆柱齿轮传动、链——圆锥齿轮传动和带——蜗杆传动。引导学生进行方案优选，提醒他们要考虑技术性能、经济性，要尺寸紧凑、维修方便等。再利用UG、Solidworks等进行产品的虚拟设计。
通过教学中进行创新能力的培养，学生对本课程表现出较高的兴趣，充分调动了学生的积极性。很多学生的创造性设计非常有研究和应用价值。不仅培养了学生的设计能力，也激发了学生的创新意识，起到了考试考核成绩起不到的作用。总之，教师应适应高等教育发展的需要，培养出更多的一线实用人才。
参考文献：
[1]机械原理、机械设计教学改革十人谈[J].中国大学教学，2006.
[2]葛文杰.以新的教学理念打造机械原理国家精品课程[J].中国大学教学，2005.
[3]梁宝英，王永清，等.《机械原理》课程实践教学改革的探讨[J].山西大同大学学报，2009.
[4]阎绍泽，申永胜，等.机械设计基础系列课程的新教学模式[J].中国大学教学，2004.
[5]黄坤.论机械基础课程教学中学生创新能力的培养[J].石油教育，2000.
[6]柳义皎.机械基础教学中学生创新能力的培养[J].中国职业技术教育，2004.
基金项目：国家自然科学基金（50471051）
作者简介：孙建荣（1976-），男，讲师，博士研究生，从事机械原理及设计教学，研究方向为机械设计与制造，纳米润滑材料。
关键词：机械；创新能力；培养
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）41-0225-02
机械原理及设计是高等院校机械类专业重要的专业技术基础课，是对学生进行设计能力、创新能力、工程意识训练的主要课程，对学生学习专业课程起承上启下的重要作用。近年来，随着课程体系的改革和深化，课程内容在不断更新和增加，课时却在不断减少，学时与内容之间的矛盾较突出。机械原理及设计又是我校省级精品课程，根据国家教育部提出的高等工程教育应适应21世纪人才需要的培养目标，本课程体系、教学内容、教学手段及实践教学等改革势在必行。作者经多年《机械原理及设计》、《机械设计基础》课程的教学实践，对如何在有限的学时内向学生讲授更多、更新的本学科知识和信息，更好地培养学生分析解决问题的能力，培养工程意识和创新能力，进行了一些探索和尝试。
一、国内外的机械创新设计能力培养概况
国外高校很重视学生创新能力的培养。课程体系上，设置相关创新设计课程和实践环节，建立创新实验室；在教学方法上，采取项目研究式的教学模式，其特点是：（1）强调通才教育，专业基础宽。（2）注重实践教学，学生须参加科研创新活动，并获得科研学分，培养了学生的工作能力、创新能力与组织能力。我国高校创新设计能力培养同西方发达国家相比，还有差距。目前，教育领域存在着一些不科学的教育观念与教育方法。以考试为手段，以分数为考量的应试教育，使教师和学生陷入十分苦恼的境地。它严重制约着教育、教学质量的提高，只能培养出高分低能的不合格品。教师在课堂上只重灌输，不重思考，在教学实践中不去揭示假说，只是验证假说，使得学科知识与科学实践脱节。学生被动接受大量知识，教学效率不高，加上学生学习目标不明确，被动学习，使学生对学习渐渐缺乏兴趣，甚至产生抵触情绪。尽管我们也意识到了当前教育的弊端，也开展了如大学生机械创新设计大赛等科研活动，但教学方法、手段的限制，如实验条件、设施的陈旧，综合性实验少，学生动手机会少，教学手段单一，高校仍存在重视理论知识传授，忽略创新能力与实践能力培养的现象。
二、树立正确的教育观念是创新能力培养的前提
只有具有创新精神的教师进行创造性教学，才能培养出创造型的人才。培养学生的创新意识和创新精神，关键在于教师。教师自身的素质已成为高等教育发展的重要因素。作为教师，必须做到与时俱进，及时了解和掌握本学科最新科技动态，积极开展专业研究，并钻研教材，改革教学内容，掌握各种教学方法，不断丰富和提高自身的教书育人水平。教师要自觉把学生创新能力的培养和提高与教学活动相结合，在教学中善于激发学生好奇心、创造欲、求知欲，使其在掌握理论的过程中，发展自学能力、思维能力和实践能力，敢于求新、求异。
三、努力提升教学质量
机械原理及设计具有一定的系统性，更偏重实践。课程重点是常用机构、通用零件的类型、特点、工作原理、失效形式及设计准则。但难点是与工程实践相结合，需要一定的理论基础，还涉及许多实践性问题，就要求灵活采用多种教学方法。
1.重视课堂教学方法和手段。教学实践中，多媒体技术已普遍应用。本课程具有信息量大、图片动画多等特点，采用多媒体教学生动直观，教师把教学内容制成课件，除课堂讲授外，还可挂在网上利于学生自学。教学中常展示机械原理图、三维立体图，有助于学生加深理解，利用多媒体既节约了时间又取得了很好的教学效果，起到事半功倍的作用。例如机构中周转轮系的运动、轴系设计与减速器装拆，由于有运动与三维演示，学生很容易理解其工作原理，并记忆深刻。还可以根据课堂反应情况，重现一些视频，让学生了解某些参数的改变对过程、结果的影响。课程讲授与课件制作过程中，注意引入适应机电一体化产品设计要求的、反映本学科最新科技成果的相关概念与知识。增加新机构、新传动和机器人设计的内容，加强机构系统设计中机构创新设计理论及方法的内容，以利于培养学生的工程实践能力和创新设计能力。灵活采用多种教学方式，充分采用互动式教学、启发式教学和课堂讨论教学等多种方法相结合，调动学生的学习积极性，以取得较好的教学效果。
2.加强实验教学环节。学生将学过的知识通过思考付诸于实践环节是培养学生创新能力的根本。可分步进行认识、分析和创新设计训练。首先让学生参观机械实物和创新实例，了解并认识机械。其次对学生进行综合训练专题教学和“机械分析”实践教学，要求学生对机械案例提出有新意的改进方案。最后完成从原理方案到参数、结构设计的机械设计训练，以提高其综合能力和创新能力。贯穿课程教学，我们开设“机械创新设计实验”、“机器人创新设计”、“实用机构设计”、“机械传动方案设计”等多个综合实验，结果学生创新能力大大提高了，也提高了整体教学效果。
3.加强课外科技创新指导。鼓励学生参加各种大学生科研活动，作者指导了数位学生的科技创新实践，如6足爬行机器人的成功设计。通过科研实践，调动了学生的科研积极性，通过创新设计把知识综合应用，学习目的也明确了，会主动去学习课内、课外的相关知识，开拓了知识面，也加深了对专业的理解。指导学生创新时应掌握一些技巧和方法，如类比法，培养学生从事物间相似处的类比中得到创新，如从手搓数钞票类比中，设计出点钞机；如移植法，把某产品的先进技术应用到另一种产品中，如将静电技术移植到耐磨喷剂上，可以提高耐磨剂的吸附性能等。
4.加强课程设计实践。机械原理和机械设计课程的体系和内容，前者主要以机构分析与设计为主线，后者则以零部件工作能力设计计算为主线。这两门课程存在着部分的交叉和重复，但又几乎不涉及机械系统总体方案设计和创新设计，这样的体系显然已不能适应新世纪科技发展和人才培养的要求。应以培养学生设计能力和创新能力为目标，在介绍机构运动设计、通用零件工作能力设计的基础上，突出现代机械系统方案设计。如设计园艺机器人，功能上为行走与园艺操作，柴油机提供动力，有多个工作头，引导学生进行机构方案设计和零件设计。在设计中结合常用传动装置，筛选出四种较为典型的方案：带——直齿圆柱齿轮传动、带——斜齿圆柱齿轮传动、链——圆锥齿轮传动和带——蜗杆传动。引导学生进行方案优选，提醒他们要考虑技术性能、经济性，要尺寸紧凑、维修方便等。再利用UG、Solidworks等进行产品的虚拟设计。
通过教学中进行创新能力的培养，学生对本课程表现出较高的兴趣，充分调动了学生的积极性。很多学生的创造性设计非常有研究和应用价值。不仅培养了学生的设计能力，也激发了学生的创新意识，起到了考试考核成绩起不到的作用。总之，教师应适应高等教育发展的需要，培养出更多的一线实用人才。
参考文献：
[1]机械原理、机械设计教学改革十人谈[J].中国大学教学，2006.
[2]葛文杰.以新的教学理念打造机械原理国家精品课程[J].中国大学教学，2005.
[3]梁宝英，王永清，等.《机械原理》课程实践教学改革的探讨[J].山西大同大学学报，2009.
[4]阎绍泽，申永胜，等.机械设计基础系列课程的新教学模式[J].中国大学教学，2004.
[5]黄坤.论机械基础课程教学中学生创新能力的培养[J].石油教育，2000.
[6]柳义皎.机械基础教学中学生创新能力的培养[J].中国职业技术教育，2004.
基金项目：国家自然科学基金（50471051）
作者简介：孙建荣（1976-），男，讲师，博士研究生，从事机械原理及设计教学，研究方向为机械设计与制造，纳米润滑材料。