机械创新设计教学改革探索

应用型本科类机械专业人才培养影响着机械专业的发展，机械专业的发展依赖于机械专业人才综合素质与专业技能的提升，机械专业发展和社会经济发展息息相关。为了适应新时代经济与社会发展，机械人才培养机制需符合时代要求，满足机械行业的发展需求。创新作为发展的原动力，一直引领机械行业向前进步，也直接影响着人才培养的质量。在过去相当长的时间里，机械课程注重理论课堂教学，注重课堂上的讲解与讨论，教学空间受限于书本与对应的教材，缺乏很好的实践内容，不能将理论与实践相连接，从而缺乏培养学生的创新思维能力。随着社会的进步和机械行业的高速发展，再加上疫情严峻形势，本科类机械专业的教学内容衔接不足，教学方法与目标存在偏差等一系列问题显现，在课堂教学方面越来越突出，从而导致机械专业本科人才培养出现断崖式。因此，需尽快进行机械创新课程改革，使创新课程适应新时代的教学体系，提升机械创新设计课程教学效果，培养应用型人才，以满足社会对机械专业人才的需求。在分析“机械创新设计”课程教学现状的基础上，提出本门课程的改革措施。
1、“机械创新设计”课程教学现状
1.1课程教育内容滞后，学生理解不深，学完后不会应用
一般本科院校所开设的“机械创新设计”是作为选修课程开设，课时共32学时（理论16学时+实验16学时），课时较其他课程来说相对较少。同时，该课程多注重传授讲解知识，较为忽视对机械专业学生的创新能力的培养。再者，“机械创新设计”需要有其它机械专业课为基础，因此涉及“机械原理”“理论力学”“机械设计”等课程中运动学、动力学或力学相关知识，所以课程内容知识点多且相对零散，理论性强而抽象。对于绝大部分的学生们来说，学生们的理论基础知识较为薄弱，学习能力相对有限，加之对问题的理解与抽象能力也存在不足，这给授课教师带来很大的教学困难，无法正确把握课程的重难点，所以会在教学中出现不良的现象，在数字化现代科学快速发展的当代，教师和学生都应该知道，知识仅仅是一种载体，一种工具，而最重要的是在掌握与理解知识的过程中，培养获得新知识的能力。
一般来说，“机械创新设计”在机械类相关专业大三上半学期开设，这个时候学生对工程理论知识匮乏、实习实践经验不足、对机械相关知识感觉抽象，同时教学硬件设备多年陈旧老化，教师不能很好地将理论与实践相结合，故而对于大部分上课的学生认为授课内容多、在头脑中不能形成科学的体系，导致学而不深，学完不会用的现象。所以原本对知识理解不足的学生，学习的积极性会急速下降，从而出现更多的课上玩手机、抬头率低的情况，长此以往更难提升学习效果。
1.2教学方法以主动授课为主，教师与学生交流少，学习效果差
当前，几乎所有高校所采用的是课堂讲授方法，教师在讲台上主动授课，学生们被动式的接受课程内容，所学内容几乎都是结论性知识点，缺乏自我思考与创新。基本上都是完整学完前序主体课程内容，在研究问题、解决问题、内容的侧重点等方面没有不同。以前序课程机械原理为例，教学侧重点以机构运动分析、图解法、单一执行机构的运动设计、解析法，研究对象涵盖传动与现代机械。而有些学校的机械设计这门课程，目前的重点是通用零部件的设计，利用一些计算来完成机械设计，对最新的现代设计的先进发展理论几乎没有介绍。这与机械创新设计课程理念相违背，导致一些学生在课堂上很难耐心听讲，另一些学生自认为听懂，但是课后做作业就不会，因而会在进行创新设计的过程中遇到无法用创新的思想来解决工程实践的问题。与此同时，该课程教学方法与体系不够完善，主要体现在缺乏建立系统和科学的机械创新设计课程教学资源体系，所以极大地制约同学们交互式学习、自主性学习与探究式学习的高效实施。综上所述，传统的教学方法会影响教师与学生沟通交流，进而制约了机械创新设计学科的纵向眼伸与发展，最终导致学生们综合素质能力得不到良好的提升。
1.3实验硬件与软件设备陈旧，学生能力培养受到限制，成绩评定方法较为单一
由于不同院校是依照自身学校的实验设备条件来进行机械创新设计课程教学，这使得不同学校的学生对创新方面的学习与理解各有不同。一部分学校由于缺乏资金或教学改革理念，所以仍然保持相对陈旧的实验硬件与软件设备，这使得如今的学生仍在学习十几年前的创新思路与方法，从而跟不上社会的发展，限制了学生们的能力培养与眼界。另外，传统的课程教学虽有很多优点，但是仍存在一个比较大的问题：以教师为中心，几乎是很少涉及学生是如何进行“学”，而只强调教师的“教”的问题。教师在课堂上较多采用的是传授灌输式的教学方式，学生绝大部分时间都是处在被动接受状态，学生参与教学活动的机会几乎为零。这样学生的创造性、批判性和发散性思维都受到抑制。再者，学习机械创新设计课程是理论向实践过渡的重要环节，但是在教学的实际过程中，教学过程中的大多数内容是按照说明书操作的，也就是学生们还是停留在生搬硬套的学习形式中，没有学到真正的动手实践与创新能力，并不能在之后的学习与工作中解决实际的工程性问题，因而不能提升学生们全面发展的能力。最后，对于绝大部分的学校成绩评定主要还是期末考试成绩占比70%，平时成绩占比30%，未能够引入对创新能力的评定。缺乏创新能力的评价这种评定方式不能全面且客观地反映出学生整体的创新水平与应有的学习态度，最终也不利于激发学生们创造性学习的积极性与主动性。
2、“机械创新设计”课程教学改革措施
2.1全方位整合教学内容，改革教学方式，培养学生的创新能力
传统的创新实验课程相较于当代课程具有局限性，因为部分实验室模型内容比较单一，甚至还是纯理想化的，这与学生在现实场景中遇到的不同设备具体形式向产生脱节现象。因为工业应用型场合机械是多种多样的，即使同一属性的机械，其具体表现形式也存在不同。为了保证本课程顺利实施，在保证教学质量的前提下，对目前存在的教学体系进行有效整合，如把创新连杆机构与点的运动学整合一个模块等。在这个改进过程中，不仅引导学生们熟悉更多高质量的创新模型，还可以通过实验，熟悉更多各类型的机构设备，并将创新理论应用于机械行业中，这样学生们能掌握关键性理论知识，提高学习效果，促使学生素质提升。再者，对前序课程内容规划不遗漏与重复，优化课程内容，使机械创新设计内容形象与直观，并且可以很好地贴合工程实例与专业背景。同时利用现代的数字化教学方法与手段，使教学内容易于接受，并在整个全方位整合与调整的过程中，始终将培养学生们的创新能力这一目标贯穿整个教学过程中。最后要对实验教学进行整合，一是可以采用模块化的结构进行层次教学，可以将实验教学分为基础型与提高型两种教学，进而可以更好地合理设置课程的实验数目与学时。在实验即将结束时，要求学生需要根据实验专题，展开实验报告的撰写，并查阅相关资料，总结自己整个方案。二是建成高水平机械创新设计研究中心与实验中心基地，促使学生们有实践的空间。
2.2设计高效的课堂教学，制定标准化考核标准
采用线上与线下相结合的讲课方式，通过教学过程中出现的问题进行分类，针对教学内容重难点问题，采用集中讲解，巩固提高，总结提升等各类方式，在高效的教学课堂上，使学生们由浅入深的掌握所学知识。例如，在学习空间机构创新实践组合实验时，可以根据机构的基本组成原理进行搭接设计实验，也可以依照创新设计原理进行课程设计与搭接设计试验。在进行设计方案的过程中，为了便于任课教师的操作管理，可以要求机构中的每个运动构件不发生干涉且运行顺畅，同时进行组装的各个运动副、杆件的种类少，通用性好。再者，可以通过进行机构的运动与动力学特性综合实验，更好地帮助学生们掌握并理解现代化的实验测试方法与手段，进而增强创新实践能力。对于个别对问题不理解的同学，采取个性化小组辅导方式来解决。在制定期末评定考核标准时，对该门课程的考核方式与考核内容进行改革，考核的内容包含平时成绩、作业完成情况、期末成绩以及课外创新实践能力这四个方面，同时提高课外创新实践能力，可以更好地突出学习过程的评价。采取这种多维度考核机制，对学生进行全面考评。通过以上教学与考评方式，能够使每位学生们都能学到知识，应用知识，提升自己未来竞争能力。
2.3以项目为载体，广泛开展课外创新实践，提高学生的工程素养
对于大多数学生来说，并不缺乏基础理论知识，都能够很好地依据理论完成理想化设计。但是学生们对项目了解知之甚少，为了能够实现产教融合方式，以项目为目标，给学生们安排企业项目来完成。例如在参与某公司产品整机设计时，需要分解几个项目目标：前期产品调研、团队进行产品功能讨论、分解产品各个阶段、进行产品设计、进行产品样机试制、完善产品部分功能、进行产品生产试制、调研用户使用体验等。在进行产品全周期生产过程中，学生们可以进行理论与实践相结合，通过进行产品设计而进行的机械创新设计理念可以很好地培养学生创新能力。学生们通过参与项目，增加对工程问题的创新解决问题的能力，增加与人沟通与合作能力，为自己的未来发展铺路。同时，在平时的课堂与创新实践的教学培养中，需要教师鼓励学生能够发现问题以及解决问题的能力。而且在回答学生提出的问题时，需要教师结合书本上的理论知识去分析问题，研究方案，并可以形成研究团队。另外，教师也可以依据自身的科研项目与工程项目，进行不同的项目整合，然后分配给相关的学生进行项目实施，并从中获得理论与实践知识。同时，积极的鼓励与引导学生进行课外实习或实践活动，使学生们的主动性与创新实践性的能力有所提高。
3、“机械创新设计”课程教学改革的注意事项
前文研究与阐述了机械创新设计课程在教学过程中出现的问题和具体的改革实施策略，为了达到更好的教学效果，使学生们真正学到创新理念的知识，还应该注重以下几个问题点：
（1）鼓励教师深入挖掘与研究。针对目前很多大学都偏重于科学研究，对教学上给予教师的教学奖励较少，由于教师应当上好每一门课，因而应该进行制度改革，将课程教学与职称评定、资金奖励有机结合起来，从而可以有效引导教师能够将自身的部分精力投入到课堂教学上来，有利于学生们的知识学习。
（2）依据学生的兴趣来有效培养。现阶段，少而精的课程教育改革是发展趋势，课程被压缩的同时应保证教学质量的提升。学生们课堂上时间减少，因此需要依据每位同学的兴趣爱好来开展学习活动，增加丰富的课后教学活动有利于学生们学习兴趣的提高，自主性学习能力的提升。
（3）加强多学科、多领域资源建设与开发。提升学生们多学科领域的知识学习，有利于学生们的实践能力的培养，为其他课程学习提供广阔的想象空间。
4、结语
在进行机械创新设计实践教学过程中，教师根据新时代工业背景与人才发展要求，不断探索新的教育教学方法，引入相关创新型比赛，让学生们积极参与省级、国家级比赛，从比赛中获得对知识的重构与创新，从而实现了教学改革的目的，促进了机械工程人才的质量提升。