课程设计是培养学生创新能力的重要途径:大学生增强改革创新能力的三大途径

　　摘要：工程材料与热加工工艺课程设计是工程类专业一个重要的实践性教学环节，对提高学生综合应用所学知识解决工程实际问题的能力以及创新设计能力等具有重要作用。本文分别从学生的学习自主性、团队合作精神、工程意识培养和实验技能训练等四个方面进行了系统论述。分析表明，课程设计是培养学生创新能力的重要途径。
　　关键词：课程设计；创新能力；培养
　　
　　“工程材料与热加工基础”课程的主要内容包括工程材料学、铸造、锻压、焊接等。按照教学大纲要求，该课程的教学强调学生学习知识的“综合性”、“自主性”和“实践性”。由于机械零件中所用材料及其成形工艺的选择是一个复杂的问题，材料和毛坯成形工艺的选择合理与否直接影响到产品的质量、寿命和生产成本。为了提高学生的工程实践能力、逐步培养学生的工程意识，在学习该课程后进行为期一周的课程设计。其主要目的是：通过课程设计的实践，使学生在理论课程中所学各部分知识融会贯通的基础上，能够在统筹考虑材料及成形工艺选择的问题上理清思路、掌握基本原则和方法，提高综合运用所学知识的能力；使学生初步达到在一般机械设计中，能合理地选择材料和毛坯制造方法，并能合理地安排热处理工艺及零件制造工艺流程，从而在处理工程技术问题上逐步建立起“工程思维方式”；理论与实践相结合，提高学生的实验技能，激发学生的创新能力。
　　
　　一、学生是学习的主体，有利于充分调动学生自主学习的积极性
　　
　　“工程材料与热加工基础”是一门研究工程材料及热加工工艺的实践性很强的综合性课程。随着科学技术的发展和时代的进步，现代教育的目标已从知识储备性发展为智力开发性，学生的学习是要从根本上接受新知识，提高其智能水平和培养综合解决问题的能力。单就知识的获取本身来说，除了教师的传授之外，还必须具备自己获取知识的能力。因此，教师在教学过程中，应着重培养学生的自学能力，掌握如何获取新知识的方式方法。依据教学进程安排，本课程设计是学生在大学期间最早接触到的设计类型教学环节。课程设计的任务是在教师的指导下，学生通过自主学习、自主设计、最终完成整个零件的选材及热加工工艺设计。
　　为了充分调动学生学习的主动性、积极性和创造性，在进行课程设计选题时，通常都是根据每个同学自身的特点和兴趣爱好，让他们选择感兴趣的题目进行设计，而不是一味进行强迫式学习，完成所谓的设计任务。创新与兴趣是两位一体的，如果学生对所选的设计题目不感兴趣，学习没有动力，就谈不上会有所创新。我校机械厂生产的小型高速台钻，应用前景广阔，同学们普遍兴趣很大。该产品涉及的零部件有60余个，选用其中的几个典型零件让同学进行设计，有工作台、立柱、主轴箱、主轴和罩壳等，这些看似简单的零件，要使选材和工艺设计合理，做到满足使用性、工艺性和经济性三原则，决非易事，需要付出大量的劳动，这其中既涉及各种材料的合理选择，也涉及到各种热加工工艺方案的制订，需要查阅大量的文献资料、小组反复讨论，甚至还要深入工厂生产第一线进行调查研究，才能最后得到满意的结果。这种教学方式极大地提高了学生的学习兴趣，激发学生的求知欲和探索意识，全面培养学生的各方面能力，包括与人交往能力等书本上学不到的知识，对学生今后走上工作岗位大有好处。
　　依据课程性质，基于对学生的创新能力培养，在课程设计中，始终强调以学生为主体，教师为主导的思想，因材施教。指导教师的作用一是如何使同学在设计过程中能尽快进入角色，消除设计开始时无从下手的畏惧感，在对学生严格要求的前提下，尽量放手让学生独立设计，使学生真正成为训练的主体。二是通过检查与答疑，以便及时发现问题，进行现场指导，从而实现课程设计教学以教师为中心到以学生为中心的转变。教师在指导过程中，要注意启发、因势利导，通过设计训练进一步激发学生的求知欲和创造力。由于在设计初期，学生基本上无工程设计经验，对各种热加工工艺细节和零件的详细结构等不够熟悉，此时，教师应鼓励学生大胆进行设计，拿出不同的工艺设计方案，此举既能培养学生的创造思维，又能锻炼学生的设计能力。实践证明，教师的悉心指导，有助于使传统的模仿型设计训练转变为思考型设计训练。不少同学在课程设计的体会中都提到，通过课程设计的实践，使他们进一步认识到工程材料及热加工工艺在实际生产中的重要作用，课程设计的训练使他们理清了思路，把握了重点和难点，对课程的教学主线掌握得非常好。
　　
　　二、小组讨论，有利于培养学生相互协作的团队精神
　　
　　在科学技术高度发达的今天，人们比以往任何时候都更加注重相互之间的合作，更加注重团队精神。毕竟个人的力量是有限的，在一个相互融洽的研究小组中学习和工作，有利于相互之间的取长补短，有利于活跃思维，激发设计灵感，创新能力在课程设计过程中得到锻炼和提高。与其他设计类课程一样，本课程设计也提供了一个相互合作的平台。课程设计的主要内容包括机械零件结构分析、受力状况、工作环境和生产批量等，以此来决定材料选用、成形工艺方法选择及其经济指标确定等诸方面。考虑到机械零件的结构设计、材料选用、成形工艺、经济性等诸多因素之间既相互关联、又相互影响，甚至相互依赖，并且这些因素还并不都是协调统一的，有时甚至互为矛盾。因此，有必要在弄清它们之间的相互作用及其相对重要性基础上，通过初步的工艺方案设计，再进行综合分析比较，一般要经过多次循环，反复进行，才能最后得到结果。鉴于课程设计具有一定的综合性，通过课程设计，能巩固、加深和扩展有关机械零件选材及热加工工艺设计方面的知识，培养学生理论联系实际的设计思想，提高分析和解决工程实际问题的能力，对学生的学习能力是一次较为全面的训练，并对后续专业课程的学习、毕业设计(论文)教学以及今后走上工作岗位都具有重要作用。
　　正是由于机械零件选材及毛坯成形工艺选择的复杂性，使得课程设计不但有利于学生独立分析问题和解决问题能力的培养，而且有利于思维的群体性培养，即思考问题时，善于向别人学习，取别人之长的思维习惯。培养思维群体性较好的办法之一是组织讨论。通过讨论，让各种不同的见解展开争辩，最后在相互补充之中统一。例如，承压油缸(主体)零件的毛坯成形工艺选择，依据零件的使用要求和技术条件、生产批量等，可以有以下几种生产工艺方案可供选择：(1)圆钢切削加工；(2)铸造毛坯：(3)模锻毛坯；(4)胎模锻毛坯：(5)焊接结构毛坯等。通过综合分析比较，从生产批量、生产可行性及经济性考虑，得出以模锻毛坯的生产方案较为合理，但若有合适的无缝钢管，也可采用焊接结构。很明显，如果没有相互之间的团结合作，集思广益，将很难在较短的时间内获得合理、经济、实用的工艺设计方案，因为成形工艺选择过程中既需要对所学知识进行高度概括和综合，又涉及到对有效知识的如何提取等能 力问题。
　　
　　三、查阅技术文献，编写设计说明书，有利于培养学生的工程意识
　　
　　当今时代，创新教育对培养高素质人才来说是一个永恒的主题，大学教育应有一定的系统性、科学性和先进性。依据高等教育的功能和目标，重要的是使学生掌握某种专门知识和谋生技能，使学生能从根本上适应社会环境的变化，提高迎接挑战的生存能力和自我发展能力。课程设计教学环节把理论与实践有机地结合起来，在一定程度上加强了对学生工程意识的培养。由于培养学生的动手能力和创新能力不是一朝一夕的事，有一个逐步渐进的过程，在该过程中应该从多角度和全方位来考虑。通过课程设计，可最大限度地启发学生发现问题、分析问题和解决问题，让学生在课程设计中通过查阅教材及相关参考书，找到所需要的文献资料，并从中受到某种新的启发，有利于培养学生的好奇心，发展学生的辨证思维能力和逻辑推理能力，培养学生的创新设计能力。
　　在课程设计过程中，对学生的整体知识水平提出了较高要求。工艺设计初步完成后，只有通过优化组合，适时调整结构设计和工艺参数，以获得更加接近实际需要的设计方案。因为要生产某一种产品可选的材料可能有多种，如何在众多的材料中选出符合实际的材料，既是对所学知识的检验，也是对学生综合能力的检验，也就是我们通常所说的没有最好，只有更好；同理，要生产某一种产品可能有许多制造方法可供选择，但是如何在众多的工艺方法中选择符合要求且成本低廉的制造方法，是值得每一位设计人员认真思考的问题。与通常在书本上就能简单找到答案的解题方法不同，课程设计要求从众多知识中进行概括推理，然后是实践验证的科学过程。通过训练，学生的工程思维方式得到较好的培养。
　　由于机械零件用材及毛坯成形工艺的选择综合程度很大，影响因素也很多，因此，通过课程设计，将使学生受到系统的设计训练，掌握如何查阅手册、资料，运用相关技术标准，培养他们对各种信息及数据的归纳整理能力，掌握基本设计计算的技能以及进行机械零件的合理选材及加工工艺流程设计；学生对工程技术文件的写作能力也得到锻炼和提高，进一步增强学生的自信心与责任感；培养了学生严谨求实的科研工作能力；有利于学生养成良好的职业道德和吃苦耐劳的精神，树立正确的工程观点、经济观念和良好的全局观念，培养他们的工程意识和工程素质。可以设想，如果学生所学的知识未能达到融会贯通，就很难谈得上有创新，也就不可能设计出令人满意的工艺产品。
　　
　　四、从理论设计到实践验证，进一步增强对学生实验技能的培养
　　
　　进行课程设计时，既要注意到设计的科学性和条理性，同时又要尽量和实际相结合。课程设计只有充分注意到理论与实践的联系、对知识的综合应用、全方位地展开学生的思维和最大限度地解放学生的思想，才能有助于培养学生具有活跃的应变思维能力。在设计过程中要求学生处处从实际出发来考虑和处理问题，要使自己设计出的产品符合实际需要，就必须从实践来，再到实践中去，没有实践，再好的工艺设计也只能是纸上谈兵，在实际生产中可能存在这样或那样的问题，难以真正生产出满足要求的产品。考虑到本课程理论知识学习的繁杂性，学生在课堂教学中只能了解和获取有关各种材料和加工工艺过程相对粗浅而空泛的知识，真正遇到实际问题时有可能仍然感到无从下手。因此，课程设计环节的安排，相当于是一个处理实际工艺流程问题的模拟过程，学生在设计过程中能够使繁杂的理论知识具体化，将许多抽象的概念通过一个具体的零件对象联系起来，对强化学生的思维训练起到重要作用。
　　实践是检验真理的唯一标准，学生在理论设计完成后如能将设计出来的产品亲手制造出来，哪怕是模拟实验，那都将是一件很美妙的事情，学生将非常有成就感，同时也能从中发现问题，以便对自己的工艺设计做进一步的改进，使其更加完美。据不完全统计，90％以上的同学都在课程设计说明书的体会与建议中提到，希望能加强实践训练，表达出了对实践的渴望，因为实际操作比理论学习更为直观、生动、具体和形象。学生的亲手制作，使得课程设计起到了理论知识向实践能力转化的作用。
　　综上所述，通过课程设计实践，使学生了解和掌握工艺设计方法，将大大提高理论联系实际和综合分析问题的能力，课程设计是培养学生创新能力的重要途径。作为学校和任课教师能做的是，进一步创造条件，使学生在这一过程中所做的工作更加切合实际，激发学生的学习兴趣，从而使学生收获更大。
　　
　　责任编辑　文和平