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摘 要：机械创新设计实验是以提高学生工程实践能力、综合设计与分析能力、科学研究能力以及创新能力为基本要求，培养能适应现代社会需求的创新人才为目标的实践教学课程。在机械创新设计实验教学过程中通过改革传统的实验教学模式，变被动实验教学模式为主动实验教学模式，建设能满足机械创新设计实验教学要求的开放式实验室、管理模式及考核体系，并通过开展各种创新设计竞赛，充分调动学生的学习积极性，激发学生的创造力和创新意识。
关键词：机械设计 创新设计 实验教学
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）04（a）-0040-02
机械创新设计作为机械原理和机械设计的后续课程，着眼于培养学生的创新能力、实践能力和创新精神，近年来已成为国内各大高校机械及机电类专业学生的核心课程。各高校都在对其教学内容、手段、实验方法进行探讨，并创建了各种创新设计实验室。但是大多数高校都存在着学生人数多、课时有限、设备台套数少的缺点，怎样充分利用现有的资源，调动学生的积极性，变被动学习为主动学习成为了当务之急[1]。
1 变被动式实验教学为主动式实验教学模式
传统实验教学方法是由老师设计实验方案，安排实验步骤和程序，学生根据老师的要求被动进行实验，这种机械的教学方式无法充分调动和发挥学生的主观能动性。而机械创新设计是以培养学生的工程实践能力和创新能力为基本要求的课程，其实验教学更是不可或缺的重要环节，不仅要求在实验内容上创新，还要有教学模式上的创新；不仅要培养和加强学生的动手能力和实践能力，还要培养学生的创新意识，提高学生的学习积极性和求知欲。
1.1 课题引导式实验教学模式
课题引导式实验教学模式是由老师提出实验设计题目，学生自己设计实验方案并在老师的指导帮助下完成课题。题目的拟定应具有可操作性，题目的难易程度和工作量应适当，使学生能够通过自己的努力在规定的时间内完成。题目太难，学生会产生畏难情绪，挫伤学生的学习积极性，严重的还会导致抄袭现象发生。题目太容易，会使学生失去兴趣，不利于学生的培养。题目的设计还应具有综合性，应尽量多的涵盖学生学过的知识点，培养学生综合运用的能力。
在设计题目时，最关键的就是要有创新性，这既是重点又是难点。题目的约束应尽量少，这样学生才有更大的创新发挥空间，有利于学生想象力和创新能力的提高[2]。兴趣是创新的驱动力，所以在设计题目时，还应兼顾学生的兴趣点。可以选择日常生活中或生产中学生们熟悉的机械产品，通过改进或改良设计实现更好的功用。
1.2 个性化自主实验教学模式
所谓个性化自主实验教学模式，就是学生根据自己的兴趣和爱好自由组合，每3～4人一组，以组为单位进行自拟题目创新实验。在实验室临时让学生自拟题目，可能会有难度，所以必须要求学生做好实验前的准备工作，如查阅资料并进行调查选题等，由老师对学生的选题进行可行性分析并通过后才能开题，对于难度及工作量不适当的选题，老师应提出修改意见。通过个性化创新课题的开展，让学生成为实验的主体，老师则由传统模式下的主角变为新型模式下的配角。老师只做必要的指导，学生则可以根据自己的能力和爱好，自主选择实验题目，既张扬了个性又拓展了思维空间。
2 建设能满足机械创新设计实验教学要求的开放式实验室
2.1 机械创新设计实验平台的建设
机械产品是由各种机构组合而成，机械创新设计的实质就是机构的创新设计。机构创新实验平台是创新设计实验室最基本的实验设备，实验平台由机架、电脑、各种零部件及零件柜、工具柜等组成，可满足每组3～4个学生的实验需求。实验平台的各种零部件包括电机、皮带、带轮、齿轮、凸轮、槽轮、拨盘及各种高副、低副、回转副、移动副等构件，可拼搭成多种机构，能完成平面及空间机构的创新设计、机构系统方案的创新与设计、典型机构拼装等实验项目。学生可根据从动件工作的运动要求，构思创新设计方案，还可自由搭建其他机构。通过实物拼装和实物运转，不仅可以直观验证设计构思，还可以给学生带来极大的成就感，激发学生的学习兴趣。
有的学校还建立了虚拟实验室，运用计算机辅助设计技术实现虚拟装配和运动仿真分析，可验证创新设计方案的正确性与可行性，同时还可以通过修改、调整来完善设计。
2.2 开放式实验室管理
目前，许多高校开始尝试开放式实验管理模式，以解决学生人数多、课时有限、设备台套数少的矛盾。但同时也带来了以下几个方面的问题：第一，创新实验平台主要采取实物拼装方式，需要大量品种繁多的零件，在反复拆装的过程中会造成零件的损坏和缺失，而不当操作还有可能造成人身伤害和设备的报废；第二，由于实验室是面向所有机械或机电类学生的，学生可自由支配的时间不同，进入实验室的学生具有不确定性；第三，师资力量不够。
为解决以上矛盾，许多高校都进行了探索与实践，并取得许多宝贵的经验。
海军航空工程学院采取变被动管理为主动管理的开放式实验室管理模式[3]，开发出了一套实验室管理系统，由学生管理员操作管理系统，对每台设备建立档案，对使用过程中的使用人、使用时间、材料损耗、配备工具、故障及修复等情况进行记录，并在每次实验前对实验设备及工具进行清点，而老师则根据系统反馈的故障信息对设备进行及时的维修。实践证明通过自主管理后，实验室运行有序，零件和工具损坏和缺失的现象大为减少。
开放式实验室以学生为主体，自主学习、自主管理，但是必要的辅导答疑和安全监督也是必不可少的。在辅导人员的配给上，可广泛吸纳各种资源，如聘请工程经验丰富的兼职工程师、专业知识扎实能力强的研究生等，并可通过实验室开放网上预约系统，合理分配师资。
3 拓展机械创新设计实验教学方式
国内高校越来越重视培养学生的创新精神和创新意识，在实践性教学环节上，将开放实验、课程设计和毕业设计有机结合起来，并组织学生参加各种类型和规模的机械创新大赛。从2004年开始，由教育部高等学校机械学科教学指导委员会主办的全国大学生机械创新大赛已成功举办了五届，主题分别为“健康与爱心、绿色与环境、珍爱生命，奉献社会、幸福生活—今天和明天”等。在培养大学生合作意识、创新精神，提高大学生创新设计综合能力、动手能力和工程实践能力的同时，其公益性的主题，也增强了学生的社会责任感。每届比赛，都涌现出了许多极具创意的奇思妙想的设计作品，让我们看到了学生们的创造力和创新的激情。
4 建立机械创新设计实验考核评价体系
实验教学课程大多以提交实验报告的形式进行考核，主要依据实验数据是否客观、真实，实验结果是否正确、合理，实验报告各种要求填写和回答的栏目是否完整、正确等来进行评定。而对于机械创新设计类实验，学生提交的作品各式各样，无法用传统的评判方式来进行评定，必须作出一定的调整和革新。
结构评分法[4]是将考勤、作品、实验报告作为考核体系的三个模块进行考核，并按一定比例分配分值的实验考核评价方法。三个模块中作品为重点，分值占总成绩的60%。在作品模块中将学生作品的创新点、作品的复杂程度、以及作品的实用性进行量化考核，同时计及学生在合作中的分工工作效果。模糊综合评判法[5]是将创新作品的复杂程度、实用性、可靠性、新颖性、经济效益、可推广性、可操作性、先进性、环保性等影响评判的各项因素及各评价指标的评语作为因子，采用“熵权法”确定权重，建立数学模型，通过数学运算得出创新实验设计的评价结果。这些方法为实验考核评价体系的改革作出了有益的探索。
参考文献
[1] 汪超.机械创新设计实验教学改革的探讨[J].装备制造技术，2008（8）：179-180.
[2] 辛绍杰.基于任务驱动的机械创新设计课程的教学探索与实践[J].中国科技信息，2011（9）：263-264.
[3] 宋岩，张继平，张立新.机械创新设计实验室开放式管理的思考与实践[J].中国现代教育装备，2011（1）：97-99.
[4] 李自胜，肖晓萍.机械创新设计实践教学与实验室管理探讨[J].高教研究，2011（3）：71-73.
[5] 李祥东，王国灿.模糊综合评判法在机械创新设计方案中的应用[J].工程技术，2011（7）：57.
关键词：机械设计 创新设计 实验教学
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）04（a）-0040-02
机械创新设计作为机械原理和机械设计的后续课程，着眼于培养学生的创新能力、实践能力和创新精神，近年来已成为国内各大高校机械及机电类专业学生的核心课程。各高校都在对其教学内容、手段、实验方法进行探讨，并创建了各种创新设计实验室。但是大多数高校都存在着学生人数多、课时有限、设备台套数少的缺点，怎样充分利用现有的资源，调动学生的积极性，变被动学习为主动学习成为了当务之急[1]。
1 变被动式实验教学为主动式实验教学模式
传统实验教学方法是由老师设计实验方案，安排实验步骤和程序，学生根据老师的要求被动进行实验，这种机械的教学方式无法充分调动和发挥学生的主观能动性。而机械创新设计是以培养学生的工程实践能力和创新能力为基本要求的课程，其实验教学更是不可或缺的重要环节，不仅要求在实验内容上创新，还要有教学模式上的创新；不仅要培养和加强学生的动手能力和实践能力，还要培养学生的创新意识，提高学生的学习积极性和求知欲。
1.1 课题引导式实验教学模式
课题引导式实验教学模式是由老师提出实验设计题目，学生自己设计实验方案并在老师的指导帮助下完成课题。题目的拟定应具有可操作性，题目的难易程度和工作量应适当，使学生能够通过自己的努力在规定的时间内完成。题目太难，学生会产生畏难情绪，挫伤学生的学习积极性，严重的还会导致抄袭现象发生。题目太容易，会使学生失去兴趣，不利于学生的培养。题目的设计还应具有综合性，应尽量多的涵盖学生学过的知识点，培养学生综合运用的能力。
在设计题目时，最关键的就是要有创新性，这既是重点又是难点。题目的约束应尽量少，这样学生才有更大的创新发挥空间，有利于学生想象力和创新能力的提高[2]。兴趣是创新的驱动力，所以在设计题目时，还应兼顾学生的兴趣点。可以选择日常生活中或生产中学生们熟悉的机械产品，通过改进或改良设计实现更好的功用。
1.2 个性化自主实验教学模式
所谓个性化自主实验教学模式，就是学生根据自己的兴趣和爱好自由组合，每3～4人一组，以组为单位进行自拟题目创新实验。在实验室临时让学生自拟题目，可能会有难度，所以必须要求学生做好实验前的准备工作，如查阅资料并进行调查选题等，由老师对学生的选题进行可行性分析并通过后才能开题，对于难度及工作量不适当的选题，老师应提出修改意见。通过个性化创新课题的开展，让学生成为实验的主体，老师则由传统模式下的主角变为新型模式下的配角。老师只做必要的指导，学生则可以根据自己的能力和爱好，自主选择实验题目，既张扬了个性又拓展了思维空间。
2 建设能满足机械创新设计实验教学要求的开放式实验室
2.1 机械创新设计实验平台的建设
机械产品是由各种机构组合而成，机械创新设计的实质就是机构的创新设计。机构创新实验平台是创新设计实验室最基本的实验设备，实验平台由机架、电脑、各种零部件及零件柜、工具柜等组成，可满足每组3～4个学生的实验需求。实验平台的各种零部件包括电机、皮带、带轮、齿轮、凸轮、槽轮、拨盘及各种高副、低副、回转副、移动副等构件，可拼搭成多种机构，能完成平面及空间机构的创新设计、机构系统方案的创新与设计、典型机构拼装等实验项目。学生可根据从动件工作的运动要求，构思创新设计方案，还可自由搭建其他机构。通过实物拼装和实物运转，不仅可以直观验证设计构思，还可以给学生带来极大的成就感，激发学生的学习兴趣。
有的学校还建立了虚拟实验室，运用计算机辅助设计技术实现虚拟装配和运动仿真分析，可验证创新设计方案的正确性与可行性，同时还可以通过修改、调整来完善设计。
2.2 开放式实验室管理
目前，许多高校开始尝试开放式实验管理模式，以解决学生人数多、课时有限、设备台套数少的矛盾。但同时也带来了以下几个方面的问题：第一，创新实验平台主要采取实物拼装方式，需要大量品种繁多的零件，在反复拆装的过程中会造成零件的损坏和缺失，而不当操作还有可能造成人身伤害和设备的报废；第二，由于实验室是面向所有机械或机电类学生的，学生可自由支配的时间不同，进入实验室的学生具有不确定性；第三，师资力量不够。
为解决以上矛盾，许多高校都进行了探索与实践，并取得许多宝贵的经验。
海军航空工程学院采取变被动管理为主动管理的开放式实验室管理模式[3]，开发出了一套实验室管理系统，由学生管理员操作管理系统，对每台设备建立档案，对使用过程中的使用人、使用时间、材料损耗、配备工具、故障及修复等情况进行记录，并在每次实验前对实验设备及工具进行清点，而老师则根据系统反馈的故障信息对设备进行及时的维修。实践证明通过自主管理后，实验室运行有序，零件和工具损坏和缺失的现象大为减少。
开放式实验室以学生为主体，自主学习、自主管理，但是必要的辅导答疑和安全监督也是必不可少的。在辅导人员的配给上，可广泛吸纳各种资源，如聘请工程经验丰富的兼职工程师、专业知识扎实能力强的研究生等，并可通过实验室开放网上预约系统，合理分配师资。
3 拓展机械创新设计实验教学方式
国内高校越来越重视培养学生的创新精神和创新意识，在实践性教学环节上，将开放实验、课程设计和毕业设计有机结合起来，并组织学生参加各种类型和规模的机械创新大赛。从2004年开始，由教育部高等学校机械学科教学指导委员会主办的全国大学生机械创新大赛已成功举办了五届，主题分别为“健康与爱心、绿色与环境、珍爱生命，奉献社会、幸福生活—今天和明天”等。在培养大学生合作意识、创新精神，提高大学生创新设计综合能力、动手能力和工程实践能力的同时，其公益性的主题，也增强了学生的社会责任感。每届比赛，都涌现出了许多极具创意的奇思妙想的设计作品，让我们看到了学生们的创造力和创新的激情。
4 建立机械创新设计实验考核评价体系
实验教学课程大多以提交实验报告的形式进行考核，主要依据实验数据是否客观、真实，实验结果是否正确、合理，实验报告各种要求填写和回答的栏目是否完整、正确等来进行评定。而对于机械创新设计类实验，学生提交的作品各式各样，无法用传统的评判方式来进行评定，必须作出一定的调整和革新。
结构评分法[4]是将考勤、作品、实验报告作为考核体系的三个模块进行考核，并按一定比例分配分值的实验考核评价方法。三个模块中作品为重点，分值占总成绩的60%。在作品模块中将学生作品的创新点、作品的复杂程度、以及作品的实用性进行量化考核，同时计及学生在合作中的分工工作效果。模糊综合评判法[5]是将创新作品的复杂程度、实用性、可靠性、新颖性、经济效益、可推广性、可操作性、先进性、环保性等影响评判的各项因素及各评价指标的评语作为因子，采用“熵权法”确定权重，建立数学模型，通过数学运算得出创新实验设计的评价结果。这些方法为实验考核评价体系的改革作出了有益的探索。
参考文献
[1] 汪超.机械创新设计实验教学改革的探讨[J].装备制造技术，2008（8）：179-180.
[2] 辛绍杰.基于任务驱动的机械创新设计课程的教学探索与实践[J].中国科技信息，2011（9）：263-264.
[3] 宋岩，张继平，张立新.机械创新设计实验室开放式管理的思考与实践[J].中国现代教育装备，2011（1）：97-99.
[4] 李自胜，肖晓萍.机械创新设计实践教学与实验室管理探讨[J].高教研究，2011（3）：71-73.
[5] 李祥东，王国灿.模糊综合评判法在机械创新设计方案中的应用[J].工程技术，2011（7）：57.