田靜云

（陜西理工大學(xué)機械學(xué)院，陜西漢中723000）

論工科學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)—指導(dǎo)機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的幾點體會與思考

田靜云

（陜西理工大學(xué)機械學(xué)院，陜西漢中723000）

從機械創(chuàng)新設(shè)計大賽入手，結(jié)合指導(dǎo)學(xué)生參賽的過程中遇到的問題，指出了機械創(chuàng)新設(shè)計大賽對于工科大學(xué)生創(chuàng)新思維、團結(jié)協(xié)作能力和實踐能力培養(yǎng)的重要意義。機械創(chuàng)新設(shè)計大賽對促進高校的教育教學(xué)模式改革，有著積極的指導(dǎo)作用。

機械創(chuàng)新設(shè)計大賽；綜合能力；培養(yǎng)；教學(xué)改革

對于身處校園的大學(xué)生來說，參加各類科技競賽活動是培養(yǎng)綜合素質(zhì)、提高綜合能力的最迅捷而有效的途徑。國內(nèi)外各高校都非常重視大學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

美國麻省理工學(xué)院（MIT）在教學(xué)計劃中明確規(guī)定大學(xué)生必須從低年級開始參加科研創(chuàng)新活動，努力培養(yǎng)學(xué)生的獨立工作能力、創(chuàng)新能力和組織能力。德國高等工程院校十分重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，要求每個工科學(xué)生完成創(chuàng)新設(shè)計和創(chuàng)新實踐教學(xué)任務(wù)，通過一系列的系統(tǒng)教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。法國高等教育和研究部自1999年起每年舉辦國家技術(shù)創(chuàng)新型企業(yè)創(chuàng)業(yè)大賽，旨在通過創(chuàng)業(yè)大賽發(fā)掘優(yōu)秀技術(shù)創(chuàng)新項目，并給予獲獎項目研究、技術(shù)及資金等方面的支持。

運20的總工程師唐長紅先生，預(yù)警機的總設(shè)計師陸軍在“開講啦”中均講到：創(chuàng)新設(shè)計是必須的，自主創(chuàng)造是必須的。為了實現(xiàn)從制造大國到制造強國的轉(zhuǎn)變，國家把提高大學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力提高到了一個新高度。由教育部高等教育司主抓，各省教育廳具體開展，全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽活動如火如荼的舉辦著，一屆比一屆盛開。機械創(chuàng)新設(shè)計大賽激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造精神，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，使大學(xué)生綜合能力大大提升。正如中國科學(xué)院院士，著名機械工程專家、教育家楊叔子所指出的，機械很重要，沒有機械就無所謂工業(yè)；創(chuàng)新很重要，沒有創(chuàng)新就沒有發(fā)展；設(shè)計很重要，設(shè)計決定著產(chǎn)品的成本、功能和使用壽命，所以，機械設(shè)計創(chuàng)新大賽很重要[1]。

1 機械創(chuàng)新設(shè)計大賽過程中暴露出的問題

參與機械創(chuàng)新設(shè)計大賽過程就是一個產(chǎn)品設(shè)計成型的過程。設(shè)計一個產(chǎn)品，必須有嚴謹?shù)乃伎?，反?fù)的試驗，表達明確的圖紙和文字等。但在指導(dǎo)的過程中發(fā)現(xiàn)，同學(xué)們對設(shè)計產(chǎn)品缺乏系統(tǒng)認識，存在諸多問題。

（1）追求空、大、全。學(xué)生在方案設(shè)計初期時，考慮“全面”，設(shè)想自己的方案能實現(xiàn)設(shè)計題目所涵蓋的所有功能，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)繁雜，加工難以實現(xiàn)。這種思想設(shè)計上的空、大、全，因為沒有并行考慮機構(gòu)運動方案的可行性和考慮加工制造的難度與成本，所以設(shè)計最終只能停留在方案設(shè)想階段。進行方案設(shè)計時，分析參賽要求的各項功能，哪些是必須達到的（基本功能），哪些是輔助的，分清主次，提高設(shè)計效率[2]。

（2）設(shè)計過程混亂。一個產(chǎn)品的形成，是有其科學(xué)的設(shè)計過程的。市場調(diào)研-功能分析-方案選擇-運動、動力分析-結(jié)構(gòu)設(shè)計-制作實物，這是機械設(shè)計的基本要序[3]。但是在機械創(chuàng)新設(shè)計大賽中，有很多學(xué)生是想象一個實體結(jié)構(gòu)，然后三維建模、制作，常常是實物已經(jīng)制作卻說不清楚工作原理。這其中就會隱藏很多不足，比如機構(gòu)運動原理不可行、主要零部件結(jié)構(gòu)不合理等，導(dǎo)致設(shè)計的失敗。

（3）缺乏設(shè)計規(guī)劃，不知控制成本。成本高低是衡量產(chǎn)品是否可行的一個重要因素，合理的設(shè)計規(guī)劃，對控制成本是有效的。有的學(xué)生在選定了比賽的主題后，不是先了解設(shè)計題目的目的和意義，連機構(gòu)的運動方案還沒確定，就急著去選擇電動機、傳動機構(gòu)等。筆者指導(dǎo)的一組學(xué)生，只有設(shè)計思路，還沒確定運動方案，沒有結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，就去購材、外出加工，花費較大且失敗。有的參賽組，因為沒有在設(shè)計過程中進行傳動機構(gòu)類型、零件材料等的比較評價，直接購買安裝、試運行，多次改換、調(diào)整，花費巨額制作，成本太高，還浪費了時間。

（4）文字表述能力太差，繪圖能力不足。在指導(dǎo)過程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的文字表達、邏輯敘述能力低下，詞不達意，設(shè)計意圖和作品功能沒有很好地表達出來。在設(shè)計過程中，學(xué)生本末倒置，先加工后繪圖。圖紙是加工的依據(jù)，沒有圖紙的制作就在不斷的修改再加工中度過，費時費力費財。若有幸制作成功，卻發(fā)現(xiàn)繪圖成了問題。還有視圖的選擇、零件圖的標注等等，不盡人意。作品的設(shè)計說明書和三視圖表達是非常重要的，表達清楚的設(shè)計說明書和二維三視圖，能夠使作品更加精彩。

2 機械創(chuàng)新設(shè)計大賽對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)與要求

工科大學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)著重在創(chuàng)造性思維、創(chuàng)新能力、艱苦創(chuàng)業(yè)精神、團結(jié)協(xié)作意識等方面。而機械創(chuàng)新設(shè)計大賽是培養(yǎng)大學(xué)生自主創(chuàng)新能力、綜合設(shè)計能力與團隊協(xié)作精神，并且加強大學(xué)生動手動腦能力與工程訓(xùn)練的重要舉措。

（1）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與實踐能力。機械創(chuàng)新設(shè)計大賽，激發(fā)和練就學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生整體素質(zhì)。沒有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的學(xué)生，談不上是有素質(zhì)的當代優(yōu)秀大學(xué)生。通過參加創(chuàng)新設(shè)計大賽，學(xué)生的創(chuàng)新思維得到了鍛煉，其機械設(shè)計和工藝制作等實際工作能力得到了提升。機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的主題充滿了人文內(nèi)涵，通過參加大賽，促發(fā)了學(xué)生服務(wù)國家服務(wù)人民的社會責(zé)任感。

只有創(chuàng)新思想，沒有實踐能力，是不可能設(shè)計出一款優(yōu)秀的作品的。筆者指導(dǎo)的一組學(xué)生，自己在車床上車削了套筒式固定聯(lián)軸器，聯(lián)軸器和軸的連接采用了型面連接，這是學(xué)生融合貫通了所學(xué)“連接”和“聯(lián)軸器”兩章內(nèi)容的結(jié)果。學(xué)生用廢舊的車胎橡膠自己動手粘制了符合他們要求尺寸的平帶。在硬幣分揀機中，當硬幣下落時有撞擊噪聲，學(xué)生利用軟塑料墊板粘在箱壁和護板上，起到減震降噪的作用[4]。在自己動手，實際制作的過程中，學(xué)生通過使用各種加工工具和加工設(shè)備，其實踐能力也得以提升。

（2）提高大學(xué)生對所學(xué)知識的綜合運用能力。參與機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的過程，就是學(xué)生對所學(xué)知識綜合運用的過程。選定比賽的設(shè)計題目后，就要著手了解大賽所給題目的設(shè)計含義和社會意義，了解即將設(shè)計的機械的國內(nèi)外發(fā)展狀況；分析現(xiàn)有產(chǎn)品或類似產(chǎn)品的性能和不足，找準參賽設(shè)計的入手點。這就需要學(xué)生具有查詢文獻和閱讀提煉的能力。

筆者指導(dǎo)的另一組設(shè)計——助理機械之一臂之力。學(xué)生初始只設(shè)計了人工手搖，只考慮了室外應(yīng)用條件。后來綜合分析，加上電控可以擴大使用范圍。在參賽前的兩周時間內(nèi)，這個學(xué)生自己設(shè)計了和安裝了電控系統(tǒng)，實現(xiàn)了產(chǎn)品的機電一體化。

設(shè)計圖紙的繪制和設(shè)計說明書的表達是作品介紹的窗口。圖紙設(shè)計表達清楚，加工中出現(xiàn)錯誤的幾率就會大幅下降，避免了返工，節(jié)約成本，提高效率。通過參加機械創(chuàng)新設(shè)計大賽，學(xué)生的繪圖能力都有明顯的鍛煉和提高。設(shè)計說明書應(yīng)言簡意賅地說清楚設(shè)計意圖、機構(gòu)的工作原理和零部件的結(jié)構(gòu)。一份撰寫優(yōu)秀的設(shè)計說明書會給參賽時的答辯提供不少幫助，給作品加分。

一個機械產(chǎn)品的設(shè)計，需要綜合運用多項理論知識，機構(gòu)運動原理設(shè)計、力學(xué)和運動學(xué)分析、強度設(shè)計、公差技術(shù)、自動控制技術(shù)、加工工藝和選材等等。通過參加機械創(chuàng)新設(shè)計大賽，鍛煉了學(xué)生對所學(xué)理論知識綜合運用的能力。而學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力高低對以后走上工作崗位影響深遠，工作需要的是能夠解決實際問題的能力。

（3）培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)考慮作品全局和團結(jié)協(xié)作精神。新產(chǎn)品的設(shè)計是一個系統(tǒng)工程。運動方案的簡潔、結(jié)構(gòu)設(shè)計的簡化、加工制造和材料的成本、操作是否方便等，在設(shè)計初期就應(yīng)該統(tǒng)籌考慮。作品的成本包括加工制造成本、材料成本，對于參賽作品還有一項就是反復(fù)的試驗、改進所帶來的成本。這就要求在方案設(shè)計時要盡量簡潔、結(jié)構(gòu)盡可能簡單，降低加工過程成本；盡可能利用校辦工廠、實驗室里現(xiàn)有的機床自己加工，減少外出加工，降低成本。選材，我們的作品是參賽，在選材上不要和商業(yè)產(chǎn)品比較，可以利用一些廢舊物料，降低成本。比如：機架，可以采用廢舊角鋼等。

良好的團結(jié)協(xié)作能力是21世紀人類必須具備的最基本素質(zhì)。只有把自己融入他人之中，才能相互取長補短，完善自我。通過合作研究，反饋和辯論，可以激發(fā)創(chuàng)新思維。筆者今年指導(dǎo)的一參賽組，組員一人。學(xué)生本人積極努力，認真能干，可就是不愿與他人合作。認為試圖參與的同學(xué)能力達不到他的要求，還不如他一人完成。作品的電控裝置是他個人自學(xué)、反復(fù)試驗摸索完成的。因為反復(fù)試驗、裝拆了多次，花費了大量的時間，報廢了很多電子器件，成本大幅提高，外觀上很粗糙。一個機械產(chǎn)品的完成，往往不是一個人單打獨斗能成功地，幾個人的合作會事半功倍。

3 機械創(chuàng)新設(shè)計大賽對現(xiàn)有教學(xué)教育模式改革的需求

（1）拓展課程內(nèi)容，調(diào)整課程體系?，F(xiàn)在多數(shù)的產(chǎn)品都是機電一體化，學(xué)生的專業(yè)知識面應(yīng)該涉及多個學(xué)科。創(chuàng)造能力來源于寬厚的基礎(chǔ)知識和良好的素質(zhì)，所以拓展課程內(nèi)容，調(diào)整課程體系，給學(xué)生更多的選擇學(xué)習(xí)的機會，是教學(xué)改革的方向。增加選修課的比重，放開選修課程的專業(yè)限制，允許學(xué)生跨系、跨專業(yè)選修課程。比如機械類學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣、以后的工作意向選擇相應(yīng)的科目。這樣也可變被動學(xué)習(xí)為主動汲取所需知識，效果會更好。

定期舉辦創(chuàng)新設(shè)計或作品講座，從市場調(diào)研，方案選擇，結(jié)構(gòu)設(shè)計，成本核算，營銷等，讓學(xué)生對做一個產(chǎn)品的全過程有一個了解。請老師或以往參加過比賽的優(yōu)秀學(xué)生，介紹一些最基本的科研和創(chuàng)新方法，例如選題的確定，相關(guān)資料的查找、分析、整理，怎么撰寫研究報告、學(xué)術(shù)論文和專利申請書等等。

（2）改進考核模式。以大作業(yè)的形式，練習(xí)學(xué)生方案設(shè)計和選擇的能力，成績計入課程考核當中。把機械創(chuàng)新設(shè)計大賽和畢業(yè)設(shè)計、課程設(shè)計結(jié)合起來。機構(gòu)運動方案選擇、尺度綜合階段正好同步機械原理課程設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計、繪制工程圖代替機械設(shè)計課程設(shè)計。這樣，學(xué)生有更多的時間、更集中精力參與創(chuàng)新設(shè)計，也能夠帶動更多的學(xué)生參與創(chuàng)新設(shè)計。

機械創(chuàng)新設(shè)計大賽是一個產(chǎn)品設(shè)計的全過程，與畢業(yè)設(shè)計相似。利用大賽的主題替代畢業(yè)設(shè)計，給大四的學(xué)生也提供了機會，既完成了學(xué)習(xí)任務(wù)，又鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新、實踐能力。

（3）開放型的創(chuàng)新實驗室。實踐必須有堅實的軟硬件基礎(chǔ)[5]。深圳大學(xué)的王華權(quán)老師，建立了DIY實驗制作實驗室，吸引了眾多的學(xué)生跨學(xué)科跨專業(yè)來參與，國外的學(xué)校和企業(yè)也組織學(xué)生和職工來體驗，取得了非常好的效果。為了更好地推動校內(nèi)機械創(chuàng)新設(shè)計大賽，加強人才培養(yǎng)實踐活動的進行，我院教學(xué)實驗中心設(shè)置創(chuàng)新開放實驗——機構(gòu)運動方案的設(shè)計實驗和機械傳動的設(shè)計實驗，給學(xué)生搭建機構(gòu)、探索組合傳動提供了平臺。實驗室也針對機械創(chuàng)新設(shè)計大賽購置一些常用的材料，比如帶輪、機架板，角鋼等，為學(xué)生提供方便。

（4）建立培養(yǎng)創(chuàng)新人才的教學(xué)模式。改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，通過討論課、微課等，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。在教學(xué)上要營造一種有利于工程實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和學(xué)生個性發(fā)展教育的氛圍。機械類的理論課乏味枯燥，填鴨式教學(xué)極少打動學(xué)生。教師可以把自己的科研、工程實例等內(nèi)容，在上課時與學(xué)生討論，也可以鼓勵學(xué)生改進實驗設(shè)備等，帶動學(xué)生參與工程實際。帶領(lǐng)學(xué)生在工程實踐中發(fā)現(xiàn)問題，思考問題，繼而解決問題。解決工程問題必須要有扎實的理論基礎(chǔ)知識和較高的綜合素質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生為此而努力奮斗。

（5）指導(dǎo)教師的培養(yǎng)。實踐是創(chuàng)新之根。在實踐中學(xué)習(xí)與思考，在實踐中創(chuàng)新[6]。中央10套的科學(xué)與探索節(jié)目中，很多的機械愛好者，制造出剝板栗機、刮魚鱗機、刀削面機等，這都是實踐出真知的例子。而我校的高校教師基本都是從學(xué)校畢業(yè)就進入高校從教，缺乏生產(chǎn)一線的實踐經(jīng)歷。教師在工作初期兩年內(nèi)，盡量多的時間去工廠的生產(chǎn)一線鍛煉。售后服務(wù)也是鍛煉的好地方，只有知道了產(chǎn)品在使用過程中存在的問題和不足，才會有創(chuàng)新和改造。

4 結(jié)束語

通過參加機械創(chuàng)新設(shè)計大賽，工科學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力得到了提升和鍛煉，團隊精神得到了培養(yǎng)。機械創(chuàng)新設(shè)計大賽促使高校進行教學(xué)改革，實現(xiàn)理論與實踐有機結(jié)合，促進學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。在就業(yè)擇業(yè)的過程中，用人單位更看重學(xué)生的綜合能力，因此參加過機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的學(xué)生，受到了用人單位的青睞。

[1]楊叔子，吳昌林，彭文生.機械創(chuàng)新設(shè)計大賽很重要[J].高等工程教育研究，2007（2）：1-5.

[2]濮良貴，陳國定，吳立言.機械設(shè)計[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

[3]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，2006.

[4]陜西理工大學(xué).一種小型硬幣分揀機：中國，ZL201620972 504.4[P].2017-01-05.

[5]王樹才，宗望遠，丁幼春，等.大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2007（10）：63-65.

[6]楊叔子，吳昌林，張福潤.四論創(chuàng)新之根在實踐[J].高等工程教育研究，2006（2）：3-6.

Discuss Cultivating Comprehensive Abilities of Engineering Students—To Guide the Mechanical Innovation Design Competition Some Experience and Thinking

TIAN Jing-yun
（School of Mechanical Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong Shaanxi 723000，China）

Based themechanical innovation design competition，it combined with the problems encountered in the process of guiding students to participate in the competition，this paper points out that it is significantly important of themechanical innovation design competition for the cultivation of innovative thinking，unity and cooperation ability and practical ability.Mechanical innovation design competition has a positive guiding role in promoting the reform of education and teachingmode in colleges and universities.

mechanical innovation design competition；comprehensive abilities；cultivate；educational reform

G642

A

1672-545X（2017）04-0178-03

2017-01-04

陜西省重點學(xué)科機械設(shè)計及理論學(xué)科（陜教科（[1992]29））

田靜云（1975-），女，碩士，副教授，主要研究方向為新型機械傳動的設(shè)計與研究。