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摘要：培养大学生的创新思维与创新能力是当前高等教育的重要目标之一，文章通过对机械类“机械设计基础”课程的教学实践总结，对如何培养大学生的创新能力提出了一些看法。
关键词：机械设计基础；创新能力；教学实践
作者简介：帅玉妹（1963-），女，湖北麻城人，长江大学机械工程学院，副教授。（湖北 荆州 434023）
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）29-0090-02
一、前言
创新能力是人们产生新认识、新思想和创造新事物的能力，它涉及到一个人的多种能力，如认识能力、观察能力、记忆能力、分析能力、判断能力、想象能力、实验能力、自学能力等，是一个人综合能力的具体体现，培养具有创新能力的高级人才是高等教育的根本任务。
《机械设计基础》是机械类专业的一门专业基础课，它涵盖的内容广，难度较大，涉及的知识面宽，不仅是一门技术基础课，而且也是一门能直接用于生产的设计性课程。该课程的教学目标不仅在于传授常用机构和通用零件的基本知识、基本理论和基本设计方法，更重要的是培养学生的创新意识与创新能力。以下笔者仅从自己教学实践中对学生创新能力的培养作初步探讨，以期抛砖引玉。
二、机械类学生创新能力的培养
1.重视绪论教学，提高学生兴趣
兴趣是创新的原动力，创新过程是长期的艰苦的活动过程，需要以创新意识为动力，以坚强的毅力为保证，创新才可能获得综合效应的能量。创新需要多种思维的综合，尤其是发散思维能力和非逻辑思维能力。培养学生的创新设计思维能力，应从调动学生的学习积极性，提高学生的兴趣入手。
每门课的绪论虽说没有什么重要的知识点，但是，我们千万不能由此而忽视了绪论讲授的重要性，因为它对于激发学生对该课程的兴趣往往起着很大的作用。在“机械设计基础”的第一堂课上可采用直接提问的启发法，如：什么是机构？机械手表中一系列小齿轮机构、起重机的提升机构、公共汽车车门的启闭机构、汽车发动机的气门进气、排气机构等的作用如何？让学生们自己思考，并鼓励他们各抒己见，然后老师对这些常用机构进行简单的分析和讲解，由此可大大激发学生们学习本课程的兴趣。
2.注重发散性思维训练，提高学生创新思维能力
发散性思维是多方向、多角度、多层次展开的一种指向多种可能答案的思维。也是按照学生的认知规律，围绕问题的解决过程，借助“一题多解”或“一题多变”的方式，设计出让学生进行思考的问题，引导学生从不同角度进行探索发现。如在讲解铰链四杆机构时，通过缝纫机踏板机构、起重机的提升机构、台扇摇头机构的分析，然后进行课堂提问，让学生们介绍还有哪些是自己所知道的机构属于铰链四杆机构，或者自己认为已有的机构可以演变为其他实用的四杆机构。以此来训练学生的发散性思维，将他们固化了的思维模式彻底地改正过来，进行多角度、多方位地思考问题，不断提高学生的创新思维能力，使他们的思维有一个质的飞跃。
此外，将往届全国机械设计创新大赛的经典设计案例在课堂上介绍给学生们，让他们根据这些设计谈谈自己的感想，以此启发和提高学生的机械设计创新思维能力。如多功能齿动平口钳，利用多个更换模块及加长齿条，实现装夹多种规格的丝锥、螺母及不同受力大小物体的拧紧，一把钳子就相当于一套工具箱。有的学生受此启发就提出，如果再将其扩展到与榔头结合，增加敲击功能，此种工具不更受欢迎吗？还有智能洁地机器人，采用机电结合，机械部分利用齿轮机构与辊筒履带，实现自动清扫地上灰尘与纸屑的功能。有的学生就提出如果将齿轮机构改为连杆机构或凸轮机构是否也能完成此任务，且制造成本能够降低。在介绍可折叠崎岖表面自适应障碍小车时，学生们联想到这几年我国发生的几次大地震、泥石流等自然灾害，由于地面道路毁坏，给及时的陆上交通运输与救援带来严重影响，他们提出如果将此种小车的原理运用到能载人载物的越野车，将使灾害救援工作能迅速及时到位，可有效减少受灾的人员与财物的损失。在介绍圆柱凸轮数控铣削装置时，有位学生马上联想到配钥匙的原理就与此相同。还有机械式自适应上、下非等高台阶小车的案例，启发了学生进行货物车辆的改进。此外，机械式停水自闭水龙头的简单结构设计，使学生们感慨创新思维与创新设计与现实生活也是息息相关的，需要不断在生活中发现问题与解决问题，并深深体会到，其实创新与发明处处存在。
3.精选更新教学内容，拓宽创新视野
“机械设计基础”课程应用性和实践性较强，是培养机械类学生创新能力的重要课程。笔者以为，教学内容应当联系实际，注重实践性、整体性和创新性。在课时安排上，可适当减少理论教学的时数，增加应用和实践教学的时数。理论教学以“够用”为原则，对过深的理论推导和公式、公理等的推导、证明，可在有选择的、不影响知识理解连贯性的前提下略减或删除，以便学生集中精力掌握实用的结论，以解决实际设计问题。例如带传动中计算紧边松边拉力的欧拉公式、齿轮传动计算接触应力的赫兹公式及弯曲强度和接触强度的设计校核式等的推导过程都可删除不讲，只介绍结论。公式只要求会选用，理解公式中每个参数的含义，会计算即可。
此外，授课时可增加反映有关机械设计发展的最新成果，比如一些新型的机构、新的设计方法等，力求反映发展前沿，拓宽知识面，增加课堂信息量，调动学生学习的积极性，拓宽他们的创新视野。应当强调的是，机械设计所需的基本知识和基本理论、紧密结合工程实际且多样化的设计方法，是培养机械设计能力的根本保证，整合后的课程内容应以设计为线索，以解决工程实际设计问题为目标，特别要增加实用性、实践性内容和习题，增加应用性的设计方法、经验数据和公式、图表，将学生引向应用型的实际设计。
4.利用机构综合创新实验，增强感性认识与实验动手能力
实践教学中，为有效提高学生的创新能力，我们安排了两个实验。首先是机构认识实验，让学生们参观机械原理及零件陈列室，里面有各种常用机构及典型零件，实验目的是让学生对连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺栓、滚动轴承、轴、箱体、弹簧等通用机构及常用零件有一个基本的认识和了解，增加他们对机构及典型零件的感性认识。
另一个是机构综合创新实验，实验目的是培养学生运用创新思维方法，遵循机械设计的基本法则，对机构运动系统方案进行设计与研究，使学生创新意识、综合设计能力得到加强，实验技能得到提高。实验任务是根据命题学生设计机构创新方案、画出机构运动简图，并将设计好的机构方案在创新实验台上搭接、运行，满足机构设计要求，最后学生根据实验全过程，将其设计思想、创新点、机构运动简图、机构构件参数等以实验报告的形式提交。在此实验中，学生以分组的形式在实验台架上各自完成或合作完成不同的机构创新方案，若无机构创新方案提出，也可按照实验老师提供的在工程机械中常用的一些典型机构，如内燃机机构、精压机机构、牛头刨床机构、冲压机构、插床机构、双滑块机构、筛料机构等中选择拼接方案，完成机构综合创新实验。通过创新实验可训练学生们对这些常用机构的创新设计能力，并结合工程实训，将创新设计、实验和专业基础知识结合起来，从而提高了学生们在工程实践中解决问题的综合能力。
5.加强课外练习，培养创新能力
诚然，创新意识和创新能力的培养和提高不可能一蹴而就，应当贯穿于整个教学活动。因此，当连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等常用机构讲解结束后，笔者会经常给学生布置一些课外作业，要求他们根据自己的能力完成设计新的实用机构或构思新机构或将已有机构进行改进，题目不限，可以是现实生活中的具体应用，也可以是工厂企业中的技术发明与改造等等。学生们经过几周的反复思考，终于完成了老师布置的课外作业。在这些上交的作业中，有的利用凸轮机构来设计自动喷水机，该设计根据凸轮的形状来满足水柱的的不同射程，可用于家庭草坪喷水、农田灌溉、路面洒水或作景点的喷泉等；有的对折叠式担架车机构进行创新设计，该担架车采用多杆机构能方便地进行伸展、折叠及行走，可应用于旅游、行军、医院或家庭临时之用，既可节省空间存放又方便携带；有的利用曲柄滑块机构设计成电动摇床，该摇床可用于休闲及作为婴幼儿用床；还有的将普通椅子增加一个对心曲柄滑块机构，使椅子靠背在一定范围来回移动，使改良后的椅子可以作为休息椅；有的利用摇块机构设计的“懒虫床”，当早上起床时间到了的时候，利用摇块机构将床头直立起来，使人难以继续睡觉，迫使想赖床的人起床；有的利用双曲柄机构进行钟表设计，该钟打破了传统上用指针指示时间的模式，简约的设计，且富有现代感；还有采用连杆机构设计成手摇式打气筒，可以单手使用，也可以坐着使用等等。通过这些作业，教师一方面可以检查学生对常用机构的基本原理和应用掌握情况，另一方面也有效地培养和锻炼了学生创新意识和创新能力，应该说是一举两得。
三、结束语
创新是人类文明进步的重要推动力量。大学生是创新型人才的生力军，创新能力的培养是一个系统工程，需要学生、学校、社会共同参与，作为一个高等教育工作者，我们应当在这方面多思考、多实践，真正为大学生创新能力的提高做一些有益的探索。
参考文献：
[1]杨可桢,程光蕴.机械设计基础(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]张宇斌.浅淡大学生创新能力的培养[J].山西高等学校社会科学学报,2008,(12).
[3]丁闯.浅谈《机械基础》课程教学[J].新课程学习,2011,(1).
（责任编辑：刘辉）
关键词：机械设计基础；创新能力；教学实践
作者简介：帅玉妹（1963-），女，湖北麻城人，长江大学机械工程学院，副教授。（湖北 荆州 434023）
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）29-0090-02
一、前言
创新能力是人们产生新认识、新思想和创造新事物的能力，它涉及到一个人的多种能力，如认识能力、观察能力、记忆能力、分析能力、判断能力、想象能力、实验能力、自学能力等，是一个人综合能力的具体体现，培养具有创新能力的高级人才是高等教育的根本任务。
《机械设计基础》是机械类专业的一门专业基础课，它涵盖的内容广，难度较大，涉及的知识面宽，不仅是一门技术基础课，而且也是一门能直接用于生产的设计性课程。该课程的教学目标不仅在于传授常用机构和通用零件的基本知识、基本理论和基本设计方法，更重要的是培养学生的创新意识与创新能力。以下笔者仅从自己教学实践中对学生创新能力的培养作初步探讨，以期抛砖引玉。
二、机械类学生创新能力的培养
1.重视绪论教学，提高学生兴趣
兴趣是创新的原动力，创新过程是长期的艰苦的活动过程，需要以创新意识为动力，以坚强的毅力为保证，创新才可能获得综合效应的能量。创新需要多种思维的综合，尤其是发散思维能力和非逻辑思维能力。培养学生的创新设计思维能力，应从调动学生的学习积极性，提高学生的兴趣入手。
每门课的绪论虽说没有什么重要的知识点，但是，我们千万不能由此而忽视了绪论讲授的重要性，因为它对于激发学生对该课程的兴趣往往起着很大的作用。在“机械设计基础”的第一堂课上可采用直接提问的启发法，如：什么是机构？机械手表中一系列小齿轮机构、起重机的提升机构、公共汽车车门的启闭机构、汽车发动机的气门进气、排气机构等的作用如何？让学生们自己思考，并鼓励他们各抒己见，然后老师对这些常用机构进行简单的分析和讲解，由此可大大激发学生们学习本课程的兴趣。
2.注重发散性思维训练，提高学生创新思维能力
发散性思维是多方向、多角度、多层次展开的一种指向多种可能答案的思维。也是按照学生的认知规律，围绕问题的解决过程，借助“一题多解”或“一题多变”的方式，设计出让学生进行思考的问题，引导学生从不同角度进行探索发现。如在讲解铰链四杆机构时，通过缝纫机踏板机构、起重机的提升机构、台扇摇头机构的分析，然后进行课堂提问，让学生们介绍还有哪些是自己所知道的机构属于铰链四杆机构，或者自己认为已有的机构可以演变为其他实用的四杆机构。以此来训练学生的发散性思维，将他们固化了的思维模式彻底地改正过来，进行多角度、多方位地思考问题，不断提高学生的创新思维能力，使他们的思维有一个质的飞跃。
此外，将往届全国机械设计创新大赛的经典设计案例在课堂上介绍给学生们，让他们根据这些设计谈谈自己的感想，以此启发和提高学生的机械设计创新思维能力。如多功能齿动平口钳，利用多个更换模块及加长齿条，实现装夹多种规格的丝锥、螺母及不同受力大小物体的拧紧，一把钳子就相当于一套工具箱。有的学生受此启发就提出，如果再将其扩展到与榔头结合，增加敲击功能，此种工具不更受欢迎吗？还有智能洁地机器人，采用机电结合，机械部分利用齿轮机构与辊筒履带，实现自动清扫地上灰尘与纸屑的功能。有的学生就提出如果将齿轮机构改为连杆机构或凸轮机构是否也能完成此任务，且制造成本能够降低。在介绍可折叠崎岖表面自适应障碍小车时，学生们联想到这几年我国发生的几次大地震、泥石流等自然灾害，由于地面道路毁坏，给及时的陆上交通运输与救援带来严重影响，他们提出如果将此种小车的原理运用到能载人载物的越野车，将使灾害救援工作能迅速及时到位，可有效减少受灾的人员与财物的损失。在介绍圆柱凸轮数控铣削装置时，有位学生马上联想到配钥匙的原理就与此相同。还有机械式自适应上、下非等高台阶小车的案例，启发了学生进行货物车辆的改进。此外，机械式停水自闭水龙头的简单结构设计，使学生们感慨创新思维与创新设计与现实生活也是息息相关的，需要不断在生活中发现问题与解决问题，并深深体会到，其实创新与发明处处存在。
3.精选更新教学内容，拓宽创新视野
“机械设计基础”课程应用性和实践性较强，是培养机械类学生创新能力的重要课程。笔者以为，教学内容应当联系实际，注重实践性、整体性和创新性。在课时安排上，可适当减少理论教学的时数，增加应用和实践教学的时数。理论教学以“够用”为原则，对过深的理论推导和公式、公理等的推导、证明，可在有选择的、不影响知识理解连贯性的前提下略减或删除，以便学生集中精力掌握实用的结论，以解决实际设计问题。例如带传动中计算紧边松边拉力的欧拉公式、齿轮传动计算接触应力的赫兹公式及弯曲强度和接触强度的设计校核式等的推导过程都可删除不讲，只介绍结论。公式只要求会选用，理解公式中每个参数的含义，会计算即可。
此外，授课时可增加反映有关机械设计发展的最新成果，比如一些新型的机构、新的设计方法等，力求反映发展前沿，拓宽知识面，增加课堂信息量，调动学生学习的积极性，拓宽他们的创新视野。应当强调的是，机械设计所需的基本知识和基本理论、紧密结合工程实际且多样化的设计方法，是培养机械设计能力的根本保证，整合后的课程内容应以设计为线索，以解决工程实际设计问题为目标，特别要增加实用性、实践性内容和习题，增加应用性的设计方法、经验数据和公式、图表，将学生引向应用型的实际设计。
4.利用机构综合创新实验，增强感性认识与实验动手能力
实践教学中，为有效提高学生的创新能力，我们安排了两个实验。首先是机构认识实验，让学生们参观机械原理及零件陈列室，里面有各种常用机构及典型零件，实验目的是让学生对连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、螺栓、滚动轴承、轴、箱体、弹簧等通用机构及常用零件有一个基本的认识和了解，增加他们对机构及典型零件的感性认识。
另一个是机构综合创新实验，实验目的是培养学生运用创新思维方法，遵循机械设计的基本法则，对机构运动系统方案进行设计与研究，使学生创新意识、综合设计能力得到加强，实验技能得到提高。实验任务是根据命题学生设计机构创新方案、画出机构运动简图，并将设计好的机构方案在创新实验台上搭接、运行，满足机构设计要求，最后学生根据实验全过程，将其设计思想、创新点、机构运动简图、机构构件参数等以实验报告的形式提交。在此实验中，学生以分组的形式在实验台架上各自完成或合作完成不同的机构创新方案，若无机构创新方案提出，也可按照实验老师提供的在工程机械中常用的一些典型机构，如内燃机机构、精压机机构、牛头刨床机构、冲压机构、插床机构、双滑块机构、筛料机构等中选择拼接方案，完成机构综合创新实验。通过创新实验可训练学生们对这些常用机构的创新设计能力，并结合工程实训，将创新设计、实验和专业基础知识结合起来，从而提高了学生们在工程实践中解决问题的综合能力。
5.加强课外练习，培养创新能力
诚然，创新意识和创新能力的培养和提高不可能一蹴而就，应当贯穿于整个教学活动。因此，当连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等常用机构讲解结束后，笔者会经常给学生布置一些课外作业，要求他们根据自己的能力完成设计新的实用机构或构思新机构或将已有机构进行改进，题目不限，可以是现实生活中的具体应用，也可以是工厂企业中的技术发明与改造等等。学生们经过几周的反复思考，终于完成了老师布置的课外作业。在这些上交的作业中，有的利用凸轮机构来设计自动喷水机，该设计根据凸轮的形状来满足水柱的的不同射程，可用于家庭草坪喷水、农田灌溉、路面洒水或作景点的喷泉等；有的对折叠式担架车机构进行创新设计，该担架车采用多杆机构能方便地进行伸展、折叠及行走，可应用于旅游、行军、医院或家庭临时之用，既可节省空间存放又方便携带；有的利用曲柄滑块机构设计成电动摇床，该摇床可用于休闲及作为婴幼儿用床；还有的将普通椅子增加一个对心曲柄滑块机构，使椅子靠背在一定范围来回移动，使改良后的椅子可以作为休息椅；有的利用摇块机构设计的“懒虫床”，当早上起床时间到了的时候，利用摇块机构将床头直立起来，使人难以继续睡觉，迫使想赖床的人起床；有的利用双曲柄机构进行钟表设计，该钟打破了传统上用指针指示时间的模式，简约的设计，且富有现代感；还有采用连杆机构设计成手摇式打气筒，可以单手使用，也可以坐着使用等等。通过这些作业，教师一方面可以检查学生对常用机构的基本原理和应用掌握情况，另一方面也有效地培养和锻炼了学生创新意识和创新能力，应该说是一举两得。
三、结束语
创新是人类文明进步的重要推动力量。大学生是创新型人才的生力军，创新能力的培养是一个系统工程，需要学生、学校、社会共同参与，作为一个高等教育工作者，我们应当在这方面多思考、多实践，真正为大学生创新能力的提高做一些有益的探索。
参考文献：
[1]杨可桢,程光蕴.机械设计基础(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]张宇斌.浅淡大学生创新能力的培养[J].山西高等学校社会科学学报,2008,(12).
[3]丁闯.浅谈《机械基础》课程教学[J].新课程学习,2011,(1).
（责任编辑：刘辉）