怎么提高创新能力【机械设计教学中学生创新能力的培养】

　　一、《机械设计》课程的相关特点 　　1.课程设置目的 　　《机械设计》课程是培养学生具有机械设计能力的技术基础课，通过本课程的学习使学生获得机械设计的基本知识、理论和方法.而且要求学生结合本课程的学习，能够综合运用所学基础理论、技术知识，联系生产实际和机器的具体工作条件进行设计构想和设计技能基本训练，以便为顺利地过渡到专业课程的学习，并为进行专业产品与设备的设计打下良好基础。
　　2.课程教学基本要求
　　（1）要求掌握的基础知识：机械设计的一般知识，机械零件的主要类型、性能、结构特点、应用、材料、标准。
　　（2）要求掌握的基础理论和方法：机械设计的基本原则。机械零件的工作原理、受力分析、应力分析、运动分析、失效分析等。机械零件工作能力计算准则：体积强度和表面强度，静强度和疲劳强度，刚度与柔度、摩擦、磨损和润滑，寿命与可靠性以及热平衡、稳定性等。计算载荷，条件性计算等强度计算，当量法或等效转换法等。机械零件简化的物理模型和数学模型，改善载荷和应力的分布不均匀性，提高零件疲劳强度，降低或增强摩擦，改善局部品质，提高零部件工艺性的途径和手段，以及预应力、冷作硬化、变形协调原则在设计中的应用。
　　（3）要求掌握的基本技能：设计计算、结构设计、绘图技能、实验技能、编程技能、计算机辅助设计技能、编制技术文件技能等。
　　二、机械设计课程中培养学生创新能力的环节
　　1.优化课堂教学环节
　　（1）运用启发式和讨论式教学引导学生创新。在机械设计教学过程中，教师应该组织学生根据提出的问题进行分组讨论，学生通过分组讨论可以提高自己对于机械设计课程知识的感知度和理解程度，以激发他们的学习情感和思维能力，使学生对课堂上学到的知识，形成理性认识和学科认知。
　　（2）全面实施项目教学法。以项目为背景，引导学生从项目的角度去思考问题和学习知识。教师在每学期第一堂课的开始，就把机械设计课程的要求、题目和方法融入到课堂教学之中，以项目为背景引导学生查阅资料和组织材料。最后通过相关调查研究，使学生开脱与机械设计课程设计的相关知识，转变学生的观念和态度。
　　（3）教学过程中适当使用多媒体辅助教学。采用多媒体辅助教学手段，使枯燥无味静止的机构动起来，以更丰富多彩的方式展示给学生。学生也可以观察动态机构，获得感性认识，激发自己的学习兴趣。同时，通过一些多媒体教学手段的展示，也可以提高课堂教学效果。
　　（4）引入工程实例引导学生创新。教师在对每章内容进行讲授时，结束基本知识教授后要结合课堂教学的相关内容引入与课程教学有关的工程实例。通过联系工程实例，提高学生理论联系实际的能力。教师也可以在课堂上引入机械创新设计方法的内容，提高学生的创新能力。在课堂教学授课中要以工程为主线和背景，怒力培养学生的工程素质、工程意识和工程实践能力。
　　2.优化实验教学环节
　　教师还应该依托学校的教学环境，构建一些专门的机械设计实验室，设计并购买一些能吸引眼球并具有创新意识的机电产品，比如精巧的机构、玩具，典型的教学机构和机器。实验室应该全面向学生开放，并让学生参与实验室的建设。学生可以观察分析机构的运动方案、工作原理、关键技术和机械结构，也可以参与重新构思组装机构和机械，学生设计的一些新型机构也可以展示在实验室中。
　　3.优化课程设计教学环节
　　在机械设计课堂上，为了培养学生的创新能力，教师应该增添一些机械系统运动方案选型设计的内容。布置的设计题目可以是：水果去皮机、自卸车举升机构、擦窗机、折叠椅、扫地机等。教师也可以引导学生利用课余时间对常见的机械装置、玩具或工具进行观察，分析它们的运动原理和机构形式。对于那些课程设计题目，教师可以教会学生查阅相关参考资料。结合实际题目拟定机械系统传动方案，并结合这些方案的要求建立机构力学模型。同时利用计算机进行运动参数的设计和仿真分析，最后结合这些设计方案鼓励学生做出实物。例如，在机械设计课程中带式输送机传动装置中的圆柱齿轮减速器设计是一个经典的课程设计内容，传统的教学方法是教师将班级分为若干小组，每个小组的设计参数相同，这样的教学方法使一部分的同学对设计图纸和结果进行了抄袭。为了解决这样的弊端，教师可以在课程设计之中为每个同学设置不同的参数，要求学生用计算机绘图取代传统手工画图。这样既增加了课程设计的难度，又强化训练了学生的计算机绘图能力，提高了学生的创新能力。
　　三、案例分析
　　本文以机械设计中“平面四杆机构”知识点的学习为研究对象，介绍“以培养学生创新意识为主线”的教学模式的具体实施。
　　1.创设问题情境
　　教师在上次课结束时对课后作业进行了布置：要求学生对公共汽车门的启闭机构进行观察，并分析公共汽车门的启闭机构由几个可以活动的构件组成。在本次课的开始时，教师对几个学生的观察结果进行了抽查，引导学生对各种不同的观察结果进行比较和评价。
　　学生讨论之后，教师对观察作业的正确答案进行公布，对那些仔细观察的学生进行鼓励，然后引出本堂课的教学目标，对平面四杆机构进行定义，并提出启发式的问题，例如在日常的生活中可以见到哪些平面四杆机构？怎样设计四杆机构？这些平面四杆机构有什么样的基本特性？
　　2.学生分组讨论
　　学生根据教师提出的问题，结合教材内容和生活实际，对四杆机构的基本特性和类型进行讨论，教师要鼓励学生积极对一些简单的四杆机构进行设计。在学生讨论的过程中，对于四连杆机构的动作逻辑，老师应有意识地引导学生分析与其他的机构相比具有的独特之处，机构参数改变对于机构的影响等方面的内容。
　　3.课堂讲解
　　针对那些学生在讨论过程中仍不能解决的问题，教师应该利用板书和多媒体软件进行精辟、有针对性的讲解。在讲解过程中，教师也应该利用多媒体软件对一些常见四杆机构动画进行适当播放，如鹤式起重机、飞机起落架、自动卸货车、汽车刮雨器等机构，让同学对这些机构有一个感官上的认识。在知识讲解结束后，教师进行总结和评价，并可以在课堂上引入刨床机构等相关工程实例，引导学生对平面四杆机构进行创新设计。
　　4.布置课后作业和实验
　　教师对学生进行分组，并对每组学生提出不同平面六杆机构的性能参数，对一组设计题目的设计过程，先用一些比较成熟的软件进行演示，引导学生运用软件利用课余时间对相关机构的运动参数进行计算，使学生熟练掌握计算机，采用计算机辅助技术完成相关的机械设计。作业的辅导和答疑可采用网上交流的方式，开通教师和学生之间的绿色教学沟通途径。
　　5.课外科技活动
　　在学生参加课外科技活动时，教师要进行适当的引导。例如，教师可以在班级内举办平面四杆机构创新设计大赛，鼓励学生踊跃参加，对于那些做得好的学生进行奖励。还要支持和鼓励学生参加校外和学校的机械设计大赛。在课外科技活动中，教师特别要引导学生顺应时代潮流进行创新机械设计的尝试，如攀爬机械装置，尝试设计水上自行车、仿生机械创新设计等。
　　（作者单位：广东市韶关市技师学院）