機械創新設計教學改革探索

應用型本科類機械專業人才培養影響著機械專業的發展，機械專業的發展依賴于機械專業人才綜合素質與專業技能的提升，機械專業發展和社會經濟發展息息相關。為了適應新時代經濟與社會發展，機械人才培養機制需符合時代要求，滿足機械行業的發展需求。創新作為發展的原動力，一直引領機械行業向前進步，也直接影響著人才培養的質量。在過去相當長的時間里，機械課程注重理論課堂教學，注重課堂上的講解與討論，教學空間受限于書本與對應的教材，缺乏很好的實踐內容，不能將理論與實踐相連接，從而缺乏培養學生的創新思維能力。隨著社會的進步和機械行業的高速發展，再加上疫情嚴峻形勢，本科類機械專業的教學內容銜接不足，教學方法與目標存在偏差等一系列問題顯現，在課堂教學方面越來越突出，從而導致機械專業本科人才培養出現斷崖式。因此，需盡快進行機械創新課程改革，使創新課程適應新時代的教學體系，提升機械創新設計課程教學效果，培養應用型人才，以滿足社會對機械專業人才的需求。在分析“機械創新設計”課程教學現狀的基礎上，提出本門課程的改革措施。
1、“機械創新設計”課程教學現狀
1.1課程教育內容滯后，學生理解不深，學完后不會應用
一般本科院校所開設的“機械創新設計”是作為選修課程開設，課時共32學時（理論16學時+實驗16學時），課時較其他課程來說相對較少。同時，該課程多注重傳授講解知識，較為忽視對機械專業學生的創新能力的培養。再者，“機械創新設計”需要有其它機械專業課為基礎，因此涉及“機械原理”“理論力學”“機械設計”等課程中運動學、動力學或力學相關知識，所以課程內容知識點多且相對零散，理論性強而抽象。對于絕大部分的學生們來說，學生們的理論基礎知識較為薄弱，學習能力相對有限，加之對問題的理解與抽象能力也存在不足，這給授課教師帶來很大的教學困難，無法正確把握課程的重難點，所以會在教學中出現不良的現象，在數字化現代科學快速發展的當代，教師和學生都應該知道，知識僅僅是一種載體，一種工具，而最重要的是在掌握與理解知識的過程中，培養獲得新知識的能力。
一般來說，“機械創新設計”在機械類相關專業大三上半學期開設，這個時候學生對工程理論知識匱乏、實習實踐經驗不足、對機械相關知識感覺抽象，同時教學硬件設備多年陳舊老化，教師不能很好地將理論與實踐相結合，故而對于大部分上課的學生認為授課內容多、在頭腦中不能形成科學的體系，導致學而不深，學完不會用的現象。所以原本對知識理解不足的學生，學習的積極性會急速下降，從而出現更多的課上玩手機、抬頭率低的情況，長此以往更難提升學習效果。
1.2教學方法以主動授課為主，教師與學生交流少，學習效果差
當前，幾乎所有高校所采用的是課堂講授方法，教師在講臺上主動授課，學生們被動式的接受課程內容，所學內容幾乎都是結論性知識點，缺乏自我思考與創新。基本上都是完整學完前序主體課程內容，在研究問題、解決問題、內容的側重點等方面沒有不同。以前序課程機械原理為例，教學側重點以機構運動分析、圖解法、單一執行機構的運動設計、解析法，研究對象涵蓋傳動與現代機械。而有些學校的機械設計這門課程，目前的重點是通用零部件的設計，利用一些計算來完成機械設計，對最新的現代設計的先進發展理論幾乎沒有介紹。這與機械創新設計課程理念相違背，導致一些學生在課堂上很難耐心聽講，另一些學生自認為聽懂，但是課后做作業就不會，因而會在進行創新設計的過程中遇到無法用創新的思想來解決工程實踐的問題。與此同時，該課程教學方法與體系不夠完善，主要體現在缺乏建立系統和科學的機械創新設計課程教學資源體系，所以極大地制約同學們交互式學習、自主性學習與探究式學習的高效實施。綜上所述，傳統的教學方法會影響教師與學生溝通交流，進而制約了機械創新設計學科的縱向眼伸與發展，最終導致學生們綜合素質能力得不到良好的提升。
1.3實驗硬件與軟件設備陳舊，學生能力培養受到限制，成績評定方法較為單一
由于不同院校是依照自身學校的實驗設備條件來進行機械創新設計課程教學，這使得不同學校的學生對創新方面的學習與理解各有不同。一部分學校由于缺乏資金或教學改革理念，所以仍然保持相對陳舊的實驗硬件與軟件設備，這使得如今的學生仍在學習十幾年前的創新思路與方法，從而跟不上社會的發展，限制了學生們的能力培養與眼界。另外，傳統的課程教學雖有很多優點，但是仍存在一個比較大的問題：以教師為中心，幾乎是很少涉及學生是如何進行“學”，而只強調教師的“教”的問題。教師在課堂上較多采用的是傳授灌輸式的教學方式，學生絕大部分時間都是處在被動接受狀態，學生參與教學活動的機會幾乎為零。這樣學生的創造性、批判性和發散性思維都受到抑制。再者，學習機械創新設計課程是理論向實踐過渡的重要環節，但是在教學的實際過程中，教學過程中的大多數內容是按照說明書操作的，也就是學生們還是停留在生搬硬套的學習形式中，沒有學到真正的動手實踐與創新能力，并不能在之后的學習與工作中解決實際的工程性問題，因而不能提升學生們全面發展的能力。最后，對于絕大部分的學校成績評定主要還是期末考試成績占比70%，平時成績占比30%，未能夠引入對創新能力的評定。缺乏創新能力的評價這種評定方式不能全面且客觀地反映出學生整體的創新水平與應有的學習態度，最終也不利于激發學生們創造性學習的積極性與主動性。
2、“機械創新設計”課程教學改革措施
2.1全方位整合教學內容，改革教學方式，培養學生的創新能力
傳統的創新實驗課程相較于當代課程具有局限性，因為部分實驗室模型內容比較單一，甚至還是純理想化的，這與學生在現實場景中遇到的不同設備具體形式向產生脫節現象。因為工業應用型場合機械是多種多樣的，即使同一屬性的機械，其具體表現形式也存在不同。為了保證本課程順利實施，在保證教學質量的前提下，對目前存在的教學體系進行有效整合，如把創新連桿機構與點的運動學整合一個模塊等。在這個改進過程中，不僅引導學生們熟悉更多高質量的創新模型，還可以通過實驗，熟悉更多各類型的機構設備，并將創新理論應用于機械行業中，這樣學生們能掌握關鍵性理論知識，提高學習效果，促使學生素質提升。再者，對前序課程內容規劃不遺漏與重復，優化課程內容，使機械創新設計內容形象與直觀，并且可以很好地貼合工程實例與專業背景。同時利用現代的數字化教學方法與手段，使教學內容易于接受，并在整個全方位整合與調整的過程中，始終將培養學生們的創新能力這一目標貫穿整個教學過程中。最后要對實驗教學進行整合，一是可以采用模塊化的結構進行層次教學，可以將實驗教學分為基礎型與提高型兩種教學，進而可以更好地合理設置課程的實驗數目與學時。在實驗即將結束時，要求學生需要根據實驗專題，展開實驗報告的撰寫，并查閱相關資料，總結自己整個方案。二是建成高水平機械創新設計研究中心與實驗中心基地，促使學生們有實踐的空間。
2.2設計高效的課堂教學，制定標準化考核標準
采用線上與線下相結合的講課方式，通過教學過程中出現的問題進行分類，針對教學內容重難點問題，采用集中講解，鞏固提高，總結提升等各類方式，在高效的教學課堂上，使學生們由淺入深的掌握所學知識。例如，在學習空間機構創新實踐組合實驗時，可以根據機構的基本組成原理進行搭接設計實驗，也可以依照創新設計原理進行課程設計與搭接設計試驗。在進行設計方案的過程中，為了便于任課教師的操作管理，可以要求機構中的每個運動構件不發生干涉且運行順暢，同時進行組裝的各個運動副、桿件的種類少，通用性好。再者，可以通過進行機構的運動與動力學特性綜合實驗，更好地幫助學生們掌握并理解現代化的實驗測試方法與手段，進而增強創新實踐能力。對于個別對問題不理解的同學，采取個性化小組輔導方式來解決。在制定期末評定考核標準時，對該門課程的考核方式與考核內容進行改革，考核的內容包含平時成績、作業完成情況、期末成績以及課外創新實踐能力這四個方面，同時提高課外創新實踐能力，可以更好地突出學習過程的評價。采取這種多維度考核機制，對學生進行全面考評。通過以上教學與考評方式，能夠使每位學生們都能學到知識，應用知識，提升自己未來競爭能力。
2.3以項目為載體，廣泛開展課外創新實踐，提高學生的工程素養
對于大多數學生來說，并不缺乏基礎理論知識，都能夠很好地依據理論完成理想化設計。但是學生們對項目了解知之甚少，為了能夠實現產教融合方式，以項目為目標，給學生們安排企業項目來完成。例如在參與某公司產品整機設計時，需要分解幾個項目目標：前期產品調研、團隊進行產品功能討論、分解產品各個階段、進行產品設計、進行產品樣機試制、完善產品部分功能、進行產品生產試制、調研用戶使用體驗等。在進行產品全周期生產過程中，學生們可以進行理論與實踐相結合，通過進行產品設計而進行的機械創新設計理念可以很好地培養學生創新能力。學生們通過參與項目，增加對工程問題的創新解決問題的能力，增加與人溝通與合作能力，為自己的未來發展鋪路。同時，在平時的課堂與創新實踐的教學培養中，需要教師鼓勵學生能夠發現問題以及解決問題的能力。而且在回答學生提出的問題時，需要教師結合書本上的理論知識去分析問題，研究方案，并可以形成研究團隊。另外，教師也可以依據自身的科研項目與工程項目，進行不同的項目整合，然后分配給相關的學生進行項目實施，并從中獲得理論與實踐知識。同時，積極的鼓勵與引導學生進行課外實習或實踐活動，使學生們的主動性與創新實踐性的能力有所提高。
3、“機械創新設計”課程教學改革的注意事項
前文研究與闡述了機械創新設計課程在教學過程中出現的問題和具體的改革實施策略，為了達到更好的教學效果，使學生們真正學到創新理念的知識，還應該注重以下幾個問題點：
（1）鼓勵教師深入挖掘與研究。針對目前很多大學都偏重于科學研究，對教學上給予教師的教學獎勵較少，由于教師應當上好每一門課，因而應該進行制度改革，將課程教學與職稱評定、資金獎勵有機結合起來，從而可以有效引導教師能夠將自身的部分精力投入到課堂教學上來，有利于學生們的知識學習。
（2）依據學生的興趣來有效培養。現階段，少而精的課程教育改革是發展趨勢，課程被壓縮的同時應保證教學質量的提升。學生們課堂上時間減少，因此需要依據每位同學的興趣愛好來開展學習活動，增加豐富的課后教學活動有利于學生們學習興趣的提高，自主性學習能力的提升。
（3）加強多學科、多領域資源建設與開發。提升學生們多學科領域的知識學習，有利于學生們的實踐能力的培養，為其他課程學習提供廣闊的想象空間。
4、結語
在進行機械創新設計實踐教學過程中，教師根據新時代工業背景與人才發展要求，不斷探索新的教育教學方法，引入相關創新型比賽，讓學生們積極參與省級、國家級比賽，從比賽中獲得對知識的重構與創新，從而實現了教學改革的目的，促進了機械工程人才的質量提升。