创新创业型机械设计课程建设探讨

iwusirih

摘 要：创新创业视域下的机械设计课程建设关键在于教学目标设定、教学内容凝练以及实践体系创立。首先，系统梳理机械设计课程的特点，确立了融入创新创业思想的课程教学目标。其次，整体把握机械设计课程实践性强的突出特质，构建了体现创新创业思维的课程内容体系；在此基础上，探索了突出开展创新创业能力培养的机械设计实践体系。最后，指出了创新创业型机械设计课程建设面临的核心问题。
关键词：创新创业教育 机械设计 课程建设 实践教学体系
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0214-03
2015年，国务院总理李克强同志在政府工作报告中明确地提出了“大众创业、万众创新”的口号。紧随其后，国务院办公厅便颁布了《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》，鼓励各地区、各高校加快深化创新创业教育改革。近年来，作为教育改革的主战场，全国各高校纷纷开始了各种层次的创新创业教育研究。因此，开展创新创业教育改革已然成为助力我国高等教育发展，突破教育发展瓶颈的重要方法和有效途径。
早在20世纪50年代初，美国就已经开始了创新创业教育，迄今为止已有近70年的历史[1]。创新创业教育起源于哈佛大学，直至今日，创新创业教育涵盖了从小学到研究生教育的全过程，而且美国高校已普遍开设了创新创业教育课程，所以大学生创新创业教育被称为美国国家经济发展的直接驱动力。1987年，英国发起了高等教育创业计划，旨在培养大学生的可迁移性创业能力[2]。1996年，印度政府也提出了自我创业教育的概念[3]。目前日本已有247所各种不同类型的高校实施了创新创业教育[4]。
改革开放以后，我国的高等教育取得了突飞猛进的发展，尤其是近十多年来进行了许多历史性突破的改革，已经迈入了国际公认的跨越式发展和大众化提升阶段，在创新创业教育方面取得了巨大成就。从其发展程度来看，我国的创新创业教育研究，大致可分为4个方面：首先是如何结合各院校自身的特色来开展创新创业教育；其次是如何构建创新创业教育的实施平台；再次是如何将创新创业教育与高校的具体学科专业相结合；最后是如何设计和采取多种教学改革以提升创新创业教育质量[5]。
但是，与国际上创新创业教育发展水平较高的国家相比，我国在该方面的实践经验明显不足，特别是对创新创业视野下的高等教育课程建设和教学方法改革缺乏深度认识，在课程教学模式、教学设计等方面也呈现诸多问题，尚未形成完善的、系统的创新创业课程教学模式和评价体系。然而，要建立扎实有效的高等教育创新创业教育培养体系，我们必须从微观的角度进行推进。如何建设创新创业型课程，尤其是专业核心课程的建设即将成为我国高等教育创新创业教育改革成功与否的关键。
机械设计作为机械专业大学生学习机械理论的核心课程之一，在机械专业人才培养中的作用是连接基础课和专业课的重要纽带。所以，机械设计课程建设的好坏，必然影响到机械专业学生创新创业能力培养的水平。基于此，本文以所在学校的机械设计课程建设为具体研究对象，旨在探索如何建设一门创新创业型机械设计课程，包括如何规划教学目标、如何凝练教学内容以及如何优化实践体系？同时通过如何创建创新创业型机械设计课程，取得的一些经验以期为我国高等工程教育开展其他类型的创新创业型专业课程建设提供一种思路。
1 机械设计课程特点
按照本校机械专业培养方案的定位，机械设计课程旨在培养学生的工程设计和综合分析能力，包括系统分析、设计、选型、运行、维护、维修等方面的基本知识和技能，帮助学生树立正确的设计思想和提升学生理论联系实际的能力。根据笔者长期从事机械设计教学与科学研究的经验，结合分析本校60多年来使用的机械设计教材的基础上，总结出机械设计课程有以下显著特点：（1）机械设计教学内容，涉及面广泛，各知识点需要逐个突破。换言之，该课程要求多、公式多、门类多、图表多。（2）机械设计学习强化实践性。虽然该课程是研究机械设计的基本理论和方法，而不是某种具体的机械装置，但是这些理论和方法是为工程服务的。（3）机械设计教学重视重点、又强调非重点。该课程教学内容表面上没有重点，却又都是重点。理由在于机械设计工作必须详尽，任何细小的疏忽都有可能导致严重的后果。（4）机械设计学习强调工程意识的树立。机械设计问题涉及多方面的因素，其求解可采用多种方法，其解一般也不是惟一的。（5）机械设计学习要理解本课程与其他课程的关系。比如，机械制图可以为设计提供图形表达，工程材料与热处理可为机械设计提供材料选择方法，工程力学可为零件设计解决力分析，而机械制造可为零件的冷加工和热加工提供工艺，公差配合与技术测量可解决零件的精度设计问题，机械原理能解决机器运动方案分析问题。（6）机械设计学习与实践要正确处理设计中的多种关系。比如，零件的设计与选用是机械设计的两个主要途径；工作能力计算与结构设计表明，设计决非只是计算，应重视结构设计的学习；经验设计与现代设计都重要，但前者是后者的基础；具体的设计方法与一般的设计能力，前者是学习的形式，后者是学习的目的。
分析机械设计课程的特点发现，该课程的整体学习过程对于强化机械专业学生的创新创业意识具有重要的作用。但是要达到提升学生创新能力和创业思维的培养效果，需要围绕课程特点构建合理的课程体系，同时设置恰当的教学目标，并精选教学内容以及优化工程设计训练体系。
2 机械设计课程体系
机械设计课程体系深度优化的目标是，最大程度地挖掘学生的创新智慧和创业潜能，同时在改革教学环节时还能保证教学内容的科学性和先进性。南昌航空大学在2015版培养计划修订时，我们在机械设计课程教学大纲中增加了创新设计和3D设计训练模块，优化后的内容架构如图1所示。
新的机械设计课程內容架构中，为了增强机械设计知识与培养方案中各课程的联系，以及横向贯通机械设计各教学模块，我们在机械设计的理论教学模块中还专门增加了机械创新理论与技法这一环节，如图2所示。增设这一环节的目的，在于通过这种务虚性质的课程启发学生的创新思维。
为了顺应社会发展的需求，机械设计教学必须重视学生应用和掌握计算机技术的能力。于是，新的教学大纲在课内专门设置了8学时的机械零件三维设计上机实验，旨在培养学生运用三维技术设计机械零件的能力。三维设计实验要求学生采用Solid Works软件进行机器的总体方案设计和运动分析，在此基础上完成所有零件的结构设计，进而完成整机装配，最后进行机构的运动仿真和干涉检验。改革后的机械设计实践改变了传统的纯手工绘图方式，在设计手段上应用现代和传统相结合的方式，突出三维设计在机械设计实践中的应用，如图3所示。
新的工程设计训练体系，与传统的机械设计课程设计模块相比较，增加了机械创新设计训练。为了照顾到学生个体差异，对于学习一般的同学，只需要通过图3所包含的各个教学环节即可。但是对于学有余力的同学而言，我们通过增加平时成绩的策略鼓励他们积极参加全国机械创新设计大赛、全国三维数字化设计大赛以及南昌航空大学科技制作比赛等活动，将机械设计理论与方法与机械产品的设计相结合，通过各种课外设计训练活动的锻炼，逐步培养学生创新设计能力和创业潜能。
考虑到个人能力形成的渐进性，机械设计的工程设计训练体系和实验教学体系都必须遵循从培养观察能力开始，逐步培养学生的设计与分析能力，最后达到培养学生创新创业素质的提升。改革后，我们采用的机械设计实验教学体系如图4所示。
3 机械设计教学目标和内容
3.1 教学目标设定
为突出创新创业能力的培养，在机械设计理论教学层面，我们注重基础理论和基本方法的传授；而在实践教学层面，我们注重机械设计思想、创新创业意识的形成。所以，在机械设计课程体系中，我们设置了完整的理论、实验、工程设计训练与课程设计等教学环节。
但是，因为机械设计课程面向众多专业，而且不同专业学生对于设计理论与技术需求不尽相同，在教学目标设定中还应充分体现差异。因此，在南昌航空大学2015版培养方案中，我们对不同专业学生提出了不同的课程要求。比如，对于机械设计制造及其自动化专业，教学要求是：学生应通过机械设计课程的学习，掌握机械工程的基础知识，掌握通用零件的工作原理、特点、选用和设计知识，具备设计简单机械传动装置的能力；而对于飞行器类专业的学生来说，应通过本课程学习应获得必备的基础知识，培养出初步的机械设计能力，具有运用标准、规范、手册和图册等技术资料的能力。
3.2 授课内容凝练
机械设计涉及的知识点非常多，其中不少知识很难把握，特别是在基础理论与工程设计方法的衔接处存在的难点更多。受学时所限制，加之考虑培养学生创新创业能力的要求，授课内容的选择应充分发挥每个知识点在培养学生创新创业技能方面的贡献。凝练后的课程教学重点和难点内容应有所取舍，以便在教学时集中进行突破。例如，传统教学大纲中，我们花费了大量课时来讲解机械零件的工作能力计算，在零件结构设计方面的分析却很少。这与工程实践中的机械设计有一定区别，而且强度计算大多数已经步骤化，对培养学生创新创业能力所起的效果有限。为此，新的教学内容应考虑加大零件结构设计方面的知识，锻炼学生的创新创业思维。
4 机械设计实践体系优化
实践是大学生形成创新意识、提升创业能力的关键环节。我们在课程内容构架改革的基础上，重点对实践体系进行了优化。新的实践体系把传统的“课程实验+课程设计”的实践架构优化成以“课程实验+机械零件CAD上机+课程设计+创新设计”的实践架构。教学实践证明，新的实践体系更加合理。新架构中，课程实验直接定位于学生动手能力的培养，CAD上机实践在于培养学生利用三维工具设计机器的能力，而课程设计和创新设计则重于培养学生设计、分析与创新设计的能力及其团队合作精神。
4.1 机械设计课程实验
为了保障实验项目设计更具科学性，项目设置了不同层次，逐级提高。我们开设实验项目包括：认知性实验、验证性实验、提高性实验、综合性实验、创新性实验。在推进多层次项目实验时，逐渐减少认知和验证性实验，逐渐增加综合和设计性实验，大力提倡创新性实验。选择实验项目时，我们鼓励学生多选自己感兴趣的实验，多做“有内容、有深度的实验”，以提升其创新创业能力。
4.2 工程设计训练
认知实践时，要求学生对所观察到的整机的工作原理、机械结构、材料、工艺等进行细致分析，深刻究问和广泛讨论，必须理解机器的组成要素、组成形式和建构方式。机械零件三维设计训练、机械设计课程设计等训练环节，目的在提高学生工程素质和基本设计能力。研究发现，在课程设计和机械零件三维设计实践中，学生需充分考虑设计技术、经济等多方面约束，需要对设计方案做大量综合性评价，而且学生之间需分工协作完成整机设计。
4.3 机械设计课程设计
课程设计不仅有助于后续专业课程学习，而且对培养学生的团队精神具有重要影响。为此，南昌航空大学机械设计教学团队提倡的机械设计课程设计的范式是：授课教师精心指导，学生自主完成。为保证课程设计的顺利开展，指导教师要求学生在课程设计之前仔细阅读设计任务书、明确设计要求、条件及设计任务，拟出设计计划并在计划中设定设计进度，还要求学生对照计划进度认真完成相应的设计内容。
学生在机械设计过程中，必须保持独立思考、认真分析、审慎严谨、攻坚克难，创造性地完成机械零件工作能力计算、结构设计、样图绘制等细节。机械设计过程中，还要求学生端正设计态度，严格遵守“边算边画边修改、有错必改”的原则。学生之间可以相互探讨，但是必须独立完成。设计过程中，学生可借助三维设计技术完成课程设计。唯有如此要求，方能培养出学生较强的设计技能和提升其创新能力。
5 结语
本文从分析机械设计课程的特点入手，探讨了如何构建创新创业视域下的机械设计课程体系；针对机械设计知识点多涉及面广的特点，讨论了机械设计教学目标的规划以及教学内容的凝练；最后，为突出机械设计实践性强的突出特质，着重对机械设计实践体系进行了优化。但是作为一门专业核心课，要在课程教学过程中融入创新创业思想，笔者认为理清创新创业型课程的概念仍然十分重要。因为只有明晰了创新创业的定义，方能对创新创业视域下的机械设计教学目标、课程体系及教学内容进行深度优化。只有了解创业创业的内在驱动因子和外在影响因素，方有可能规划创新创业视域下的课程建设路径。
参考文献
[1]郝杰，吴爱华，侯永峰.美国创新创业教育体系的建设与启示[J].高等工程教育研究，2016（2）：7-12.
[2]高文兵.众创背景下的中国高校创新创业教育[J].中国高教研究，2016（1）：49-50.
[3]秦虹.工业革命与创新创业教育研究[J].教育科学， 2015，31（5）：13-20.
[4]李長熙，张伟伟，李建楠.工科院校大学生创新创业教育平台构建与实践[J].黑龙江高教研究，2014（4）：97-99.
[5]吕晨飞.创新创业教育三大断层与教育闭环的构建研究[J].中国青年研究，2016（2）：108-114.