机械革新设计教学存在的问题

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机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果，进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性及使用性的机构或机械产品的一种实践活动。［1］机械创新设计实践是应用基础理论联系工程实际、培养学生的机械创新能力和工程意识、帮助学生积累机械创新经验的实践活动。机械创新设计实验室是机械创新设计活动的实践平台，如何有效管理创新设计实验室，使之成为机械类专业本科生机械创新设计课程的实践基地、大学生课程设计与大学生毕业设计的实验基地、全国大学生机械创新设计大赛参赛项目的培育基地、以及智能机械协会等学生社团的课外活动基地，是机械创新设计实验室面临的运行管理模式问题。西南科技大学机械创新设计实验室经过多年的运行，采用有限开放原则，构建了一套机械创新设计实践教学及实验室的相应管理模式。

一、有限开放管理模式

有限开放是指在满足课程课时要求条件下，结合选修了机械创新设计课程的学生情况，在有限的时间段范围内，以增强学生机械创新设计实践能力为宗旨，以保质高效地完成课程任务为目标，面向学生团队开放的管理模式。

(一)有限开放时间段的确定

传统实践教学是每周1次课，每次课2学时，对于机械创新设计实验来讲，这样的排课方式不够科学。首先，机械创新设计实验课程是24学时，每周1次课，这样就需要12周的时间才能完成教学任务。实践中发现，多数同学在刚开始几周的积极性很高，到后来，基本上对该课程没有什么兴趣，完全就是为了完成教学任务或者为了拿到学分来上课。究其原因是机械创新设计课程是学生发挥自己的想象力，自己动手搭建模型来验证想法的合理性和可行性，课程持续的时间长，每次课的收获不大，导致思路不连贯，加之其它课程任务的影响，学生的精力分散，导致最终效果不理想。其次，机械创新设计实验硬件台套数有限，学生多，每学期约有200人参与该课程学习，按照传统的开课方式，每天有可能接待几个不同的班级或批次的学生，前一批次学生还未完成的模型被下一批学生拆掉，因此前一批次学生在下次课程时，又要重新开始搭建模型，其中进行了大量重复劳动，部分学生在课程结束时，还没有搭建一个完整的模型，也就达不到课程开设和学生创新的目的。再则，在机械创新实践教学过程中，发现有部分同学对该课程具有浓厚的兴趣，但由于每周课时的原因，常常为无法持续搭建模型感到遗憾。针对上述问题，本文提出了有限开放原则来弥补机械创新设计实验课程的不足。有限开放原则的核心内容就是在固定时间段内，把实验室面向选修了该课程的全体学生开放。具体做法是，不同日期向不同的专业班级开放。比如，周一面向机械08级1班学生开放，依次类推。这样就把24学时的、12周才能完成的教学任务压缩到6周或4周内来完成。由于现在各院校都采用交叉选课，同一班级同学的课程和上课时间可能不一致，开放实验也就避免了与其它课程在上课时间上的冲突，学生在规定的一天时间段均可参与该课程。如果少数学生在规定的当日有其它的教学任务，则这部分学生可在次日参与该课程的学习。

(二)创新实践学生团队的形成

在机械创新设计实验课程运行的前期，采用一人一套设备，让每个学生自由发挥，根据自己创意，去搭建机械模型。待课程任务结束后，考核发现结果普遍不理想。主要体现在多数作品是仿造模型指导书而来，少数作品在非核心机构有所变化，但是整个作品的机构或基本原理是以模型指导书上的模型为基础，即作品没有值得关注的创新点，同学们的创新意识没有体现出来，因而开设这门课程的目的也没有达到。在保证了实验台套数和开放时间条件下，作品普遍没有太多亮点，这个问题一直困惑着我们。通过深入挖掘，发现其关键问题在于个体思维受到限制。找出原因之后，改用分组的方式，让几个同学一组共同参与创新设计，发挥其团队作用。但以团队方式参与创新实验，需要解决的问题是团队成员的组成上，一个团队需要几个成员合适?是自己组合还是教师指定?在什么阶段组队合适?经过多次调整和试行，得出:团队中成员数量需要一定的灵活性，规定团队成员的上限不超过4人，成员在开课两周后由学生自己组合，且自行分工。采用这种方式后，效果明显，作品雷同少且质量提高，创新点增多。

二、机械创新设计实践考核

完成一门课程的教学任务，成绩的评定需要一种合理的考核方式，机械创新设计实验也不例外。以实践为主要教学实践课程，大多采用实验报告方式进行考核，主要依据实验报告上的实验目的、实验意义撰写是否正确、实验步骤是否准确、实验数据是否客观以及实验结论是否合理等方面进行综合评定。但机械创新设计实验这类课程，同学们提交的作品差异很大，无法按照传统的模式对团队的综合成绩进行评定，为保证作品考核的客观性，经过多年的试行和修订，本室设计了一套适用于机械创新设计实验的考核体系，采用结构评分方法:考勤(10%)、作品(60%)和试验报告(30%)。对于作品的考核，主要根据作品的创新点、模型的复杂程度以及模型的实用性进行量化考核。对于实验报告，根据设计的试验报告模板，内容点和分值分布见表1。

三、创新设计实验器材管理

西南科技大学于2003年新建的机械创新设计实验室，2008年经过调整和补充，购置的是上海广茂达公司的AS创新套件，其主要由三部分组成，分别是机器人本体、工程创新模块套件和计算机。机器人是一个控制系统，除了自身可以运动外，还可通过扩展功能卡实现外部信号的输入与输出，也是机械创新设计实验中频繁的功能，在设计中，通过扩展功能卡输出控制马达来驱动搭建的模型运动。一套工程创新模块套件的零部件有60余类，总计约有717只之多，况且这些大多都是塑料制件，容易损坏，因此如何来管理这些零部件，尤其是在开放环境下的实验设备的管理工作就显得尤为重要。为此，本室专门开发了一套软件系统，对零部件和作品进行综合管理，每个团队在实践之前，根据设计的方案，估计需要的零部件种类及其数量，应先向实验室负责教师作出借调申请，教师从系统中拨出申请的零部件并做好记录，归还时再进行入库，对已经损坏的零件，做出报废处理，更新相应的库存数目，并及时购置补充。

四、创新作品管理

对创新作品管理，一方面是为了给日后学生科技活动和全国机械创新设计大赛提供模型储备，另一方面也是为机械创新设计实践教学提供案例素材。在创新作品管理方面，我们从每一批次作品中选择优秀作品，把作品的名称、设计思路、创新点以及作品照片等信息均保存入机械创新设计综合信息管理系统中，这样形成了优秀作品库，使得优秀作品能积淀下来。五、结论随着社会和企业对创新人才需求的不断增加，机械创新设计实践教学在机类专业人才培养中的地位越来越重要，本文提出的实践教学方法和实验室的管理模式虽然在零九版人才培养方案中取得良好的效果，但随着以后人才培养方案的修订和调整，其教学方法和管理模式就需要不断完善和更新。