机械创新设计论文大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇机械创新设计论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

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1.1材料变元

现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。

1.2数量变元

在产品的结构当中主要包括以下几个方面，即零件以及轮廓面、线和加工、工作面共同构成了产品本身，如果想要将机械的结构目的进行改变，那么就可以通过调节上述结构元素而实现。就好比在铸件的过程中，是希望越简单便捷越好的。能够节省一些不必要的零件配置，又能在安装的时候方便人们的使用，这在无形中就提高了工作效率，比如安装一个螺丝钉的时候，如果按照螺钉和垫圈以及弹簧垫圈才能结合在一起的模式去安装，那么就需要最少三个步骤，但是如果把它们设计为一体的话，就可以大量地节省安装的时间，提高了效率。

1.3位置变元

在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。除此之外，零件的摆放问题也十分重要，如果杂乱无章则会大大阻碍操作速度。

1.4尺寸变元

零件的尺寸必须符合使用的标准才行，必须在各项标准合格之后才可以进行操作，比如：在冷冲压弯这一工艺中，就需要零件按照既定的需求进行弯曲，如果零件在加工的过程中，实现了标准的弯度，那么就算是一个成品，不需要再度进行加工。如果不符合产品的需求那么还需要进一步的加工整形来达到产品的要求。

1.5形状变元

机械整体的结构目的可以通过调整零件的形状或者改变其规格的大小而实现。比如在弹簧的生产过程中需要考虑多个问题，首先是弹簧的大小及其相对的螺丝垫圈的规格，能否让弹簧和使用的螺旋面以及被需要压紧的零件相吻合，就需要设计出不同规则的产品，无论零件的形状面如何都需要相匹配的弹簧来配合才行，如果零件之间的距离过大，或者不能够将压力有效融合，那么零件在安装过后就不算是合格，如果这一类零件销售在市场中，很可能造成一系列事故，那么为了防止拉簧因为这些问题而失去使用效率，就势必要将弹簧的设计空间放大，并且实现它的自身独特性，即使它在单独使用的过程中也可以实现跟其他零件的配合。

1.6分析连接变元

一是联接方法，主要的模式有焊接、胶结以及螺纹联接等方式。二是联接的方式，根据结构类型的不同而不同，因此为了丰富联接方式以及寻找到最为契合的联接方式，各个联接的结构以及联接的方式都可以进行相对应的合理调整。比如：针对一些需要拆卸的零件，如果在联接的方式上不能选择好，那么就会在联接和拆卸方面造成一定的困难，此类的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所购买的一些产品，像是随声听的后盖，就可以任意拆卸下来安装电池来维持继续使用，这样的结构也方便用户使用，从未为其提供便捷的操作模式。

1.7分析工艺变元

零件在产生之前，往往会有其自己的设计图纸，而设计图纸上面的结构内容直接决定了产品属于何种工艺级别的零件，因为每一个设备的零件都不是完全相同的，所以零件的设计以及成本也千差万别，如果设计工艺在产品出产之前没有得到完善，那么势必会影响到零件自身的质量，一旦零件没有合乎要求，那么产品的整体结构就会受到一定的影响。因此在零件铸造之前对于零件图纸的研究必须给予深度的重视，现在的加工技艺正呈现着不断创新和完善的趋势，但是问题也就随之而来，这些加工工艺虽然具有创新性，但是还不够成熟，并非达到了理想中的需求，因此还需要进一步的对此加大研究的力度。

2机械结构创新的尝试及优化测评

2.1机械结构设计的创新尝试

防腐剂在石油以及一些石化设备中具有十分重要的作用，下文以其为例，阐述变元法在其中重要的作用。石油和石化设备必须进行防腐蚀性的设计，这样一来，在设计的最初就应该考虑到防腐蚀性的大小和影响因素，从而采取必要的保护和防治措施，主要有以下几个方面。首先，在总体的设计上面，对停车间给予了严格的要求，不能堆放杂乱，不能潮湿，不能含有其他不利于防腐的物质存在。其次，设备的使用年限与设备本身一些极为细小的间隙区有着十分重大的联系，这些缝隙极有可能在人眼看不到的地方发生腐蚀问题，或者这些缝隙人是无法凭借手工去进行操作控制的，就像是一些产品的焊接点，这些产品貌似看起来已经不存在腐蚀的可能，但是难免会有看不到的缝隙存在，应该进行必要的封存和填补，或者干脆将缝隙扩大，这样便于对其进行维修补救和防护。再次，温度较高以及质量较高的浓度阶梯，局部势差问题往往在这种情况和产品中产生，一旦发生了腐蚀则不可控制。此外，每一种金属都有着自己独特的属性，产品在构建的过程中不一定是一种金属构建而成，多半是几种金属共同组合而成，但是不同的金属势必会产生接触面的腐蚀，应该对此进行绝缘处理。最后，面积越小腐蚀的点也就越小，因此要针对产品的不同设计缩小表面积从而减少腐蚀。

2.2对机械结构变元创新设计的优化评测

机械结构在完成变元创新实践之后。要根据目前的性能以及使用效果进行一个综合的测评，首先要进行模糊测评，运用理论研究和一些理想化的模型设计一种测评模式，但是这种测评模式并不是实际操作中的模型，而是通过一定的数学模型，根据先进的设计理念和规划，对其进行变化创新设计的检测。在测试的过程中测试者凭借自己多年的使用经验和研究理念进行对其综合评价的过程，并根据现有的先进思维对其进行构建，在测试的过程中还需要考虑到社会实际问题，产品在经过变元之后，使用方面是否安全，便捷，可维修性是否达到了指标，并且要将逻辑推理的思维运用到其中，选择出使用其整体变元的方案，最后针对已经选择好了的方案，进行进一步地修改和完善，从而作用于产品的机械结构构建当中，服务于产品的整体功能。

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不断的将机械产品的创新能力优化与提高，与国家、机械领域的企业单位发展与生存有着密切的联系。在美国，相关的机械工程的设计委员会制定了2005年到2030年的有限资助计划领域中，将机械创新设计作为重要的资助之一；另外，机械个性化的发展趋势以及机械市场的复杂多变也要求了企业需要在机械设计当中不断的更新、设计，迎合市场的需要，而自动化技术创新的运用是确保企业能够在第一时间内研发出迎合市场需求的产品的有利武器。因此，对于21世纪的机械工程设计学科来说，创新性与快速性就成为企业是否能够适应市场需要、社会发展的关键所在。在机械产品概念设计的初期阶段，也就是原理方案的设计当中决定了产品是否具备创新性。

对于机械产品的设计概念来说，主要是设计到了人们的创新思维，也可以看成为人脑抽象与形象思维综合运用的一种结果。当然也受到了人们创新思维以及知识积累的局限。人们进行机械创新设计时，具有很大的随机性，并不能够确保想要的设计，同时兼具创新性的方案能够在一定的时间段之内得出。因此，想要在第一时间内设计出满足市场需求、能够占据市场的产品，存在一定的困难局限性，也是不太现实的问题，因此，在机械产品的创新迅速实现过程中，基于计算机化的创新就是非常有效的方法之一。

从广义的机构学的教学来看，对于机电一体化系统（包含了机、电、液与控制等等），都可以将其看成为两个组成部分——广义的传动机构与传动载体。而对于创新机电一体化系统的方案，就在于创新广义机构。因此，笔者在本文当中针对机械设计当中自动化技术创新的运用提出了一套机械系统创新设计以及自动化的方案（基于三维平台，以下所述都是基于三维平台）。

二、机械设计与自动化体系

对于上述中的复杂机械系统进行创新设计以及对于机械相应的自动化系统的组成方面，主要是以下：两种具有较强的获得创新性设计方案的能力的、在计算机化方法当中适合于机械系统创新设计当中较为复杂的方案；直接支持产品设计方案的三维虚拟样机装配与仿真的自动化建模过程，能自动化地对创成的复杂机械系统符号方案进行仿真、建模以及装配。而快速与创新则是其最大优点。

对于初期机械设计概念的这一阶段放纵，主要通过自动化系统为创新设计提供两套方案：其一，基于机械设计的基本规则而采用的创新设计方案；其二，创新方案的功能改良分解以及重组。考虑到这两种系统设计在方案的产生原理上都是采用的符号形式将最终的方案列出。而对于机械概念设计的初期阶段的使用符号的方案，机械自动化则会将方案进一步的分解成为机构的基本形式以及相互的连接这两个方面。在进行识别基本的机构方法选取上可以考虑到进行运动分析，从而将内部各个构件运动时所产生的分析数据展示出来。为了将开发机械产品的速度进一步提高，就能够使用面向对象的技术来进行基本机构的设计。然后，三维平台进行的二次开发，在采用的措施当中选择特征控制参数、数据库驱动等等，对于整体的基本机构三维造型设计，能够使用少量特征控制参数对其进行驱动。能够良好的解决基本机构虚拟建模的问题。

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2创新思维在机械工程设计中的运用

2.1在机械产品运动方案设计中的运用

机械产品运动方案设计是机械工程设计的重要内容，创新思维在产品运动方案设计中运用指的是设计人员对客户提出的产品各方面需求而提出的初步构思，这是要解决机械工程可能出现的问题和明确机械工程的工作原理。无论是机械产品的原动机、传动结构还是机械的整个系统运转方法，必须满足用户的产品功能性需求。运动方案是否符合客户需求与产品的结构、工艺、成本、性能和使用维护等多方面存在直接关系，这也是影响机械产品质量和性能的关键环节。机械产品运动方案在机械工程设计中处于基础阶段，对于同一功能产品可以采用不同的工作原理和机构来完成。该阶段是机械工程设计的重中之重，设计人员必须充分运用创新思维不断构架和搜寻设计运动方案，首先产品的最优性能。

2.2在机械产品结构设计中应用

机械产品结构设计也是机械工程设计的重要内容，其包括产品的外形、各部分的配置及其总体结构。客户对机械产品的功能需求不同决定了产品结构设计的差异。机械产品结构设计的基本要求是保证产品结构形态多样化，运用创造性思维进行产品结构设计，能够更好地满足人们对产品功能要求的增加趋势。这样的现实需求要求设计人员在机械产品有限的空间内尽可能将产品功能集中于更少的产品。传统办公场所中打印机、复印机、扫描仪功能都是单一的，大量占用了办公室空间，这使得以佳能公司为代表的企业运用创新思维尽可能将打印、复印和扫描功能集于一体，这其中该公司设计部门采用了“离散及综合”创新思维方法，改善了办公条件，提高人们的工作效率。

2.3在机械产品外观造型设计中应用

机械产品外观造型设计中的创新思维主要体现在产品外形、色彩、面饰等外观方面，一般运用现代美学基本原理来构造机械产品的美感和适用性。机械产品外观造型设计采用创新思维将美学观点融入进去，利用现代材料和工艺充分体现产品的线条美、色彩美和造型完美，给人身心以美的享受。

2.4在机械产品动力能源设计中应用

随着机械工程设计的材料加工技术和能源获取技术不断被发现，机械工程设计人员在产品动力系统设计上的选择也不断增加，设计人员可以充分发挥自己的创造性思维、观念和方法，将各种新的洁能源作为机械产品的动力能源运用到机械产品设计中。现代的电动汽车与传统的燃油汽车相比，其本身就不会排放出污染大气的有害气体，同时也减少了硫和其他微粒污染物，降低对环境的污染。电动汽车可以在用电低峰期充电，提高电能的利用率和经济效益。

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1.1.1楦体外观设计消极数据显示，对于大部分童鞋企业的设计师而言，直接使用客户提供的款式楦体，已经成为一种行业惯例。童鞋楦体的开发，由于制作成本和设计人才的匮乏，更新速度和创新意识更是远远落后于款式的更新速度。大部分童鞋厂出于成本的考虑，会套用用过的旧楦头，或重复使用相同的楦头。而家长在选购童鞋时，更关注产品的颜色、面料、款式等，这种消费取向也造成设计师对楦体外观开发产生消极情绪。

1.1.2工艺形态设计落后与成鞋设计市场相比，童鞋市场中产品的审美与消费都还在成长阶段，设计师在童鞋产品面料形态的需求和设计上缺乏经验，无论是在款式新工艺处理模式上，还是新工艺设计形态的创作上，与国际品牌相比都存在明显差距，没有形成完善的工艺设计技术数据平台。就国内制皮行业而言，高质量、高饱和的面料色彩工艺制作、加工、呈现形态以及不同质地、触觉的肌理感、多体编织单体穿搭等都还是皮革材料还在攻克的技术难题。

1.2外观款式设计手法陈旧国内童鞋市场，鲜有大师级的概念性作品出现，也没有在国际上有影响力的童鞋设计大师出现，没能打造知名的国际童鞋品牌，甚至少有个性鲜明的产品设计。根源在于很多童鞋设计师并没意识到童鞋是需要有积极的原创意识的，没有真正了解到儿童的消费需求，也没能深入地研究儿童的消费心理，造成童鞋产品的款式设计观念陈旧。

1.2.1帮面的分割设计缺乏美感童鞋设计师因为极少受过系统的美学体系训练，对童鞋产品款式设计中点线面的基本构成形式没有足够的驾驭能力，缺乏对常规形态的突破，造成产品帮面分割的设计观念陈旧。而在国际童鞋品牌的设计中，却是普遍重视设计构成的运用，设计师在构成基本元素的组建领域会花更多的时间考虑，通常会为构成选择打破常规设计的界面，带来帮面的变更性创新设计，使产品能源源不断地给儿童消费者带来新鲜感，保持消费的上升状态。

1.2.2色彩搭配缺乏专业精神童鞋产品的外观配色是极其专业的配色领域，设计师不但需要掌握色彩构成、儿童色彩心理学等专业知识，对色彩的性情更要有清晰的了解，而且对色彩的运用和搭配手法要具备较强的驾驭能力。而国内童鞋设计师仅凭经验和惯性进行配色是不科学的，设计师在第一时间寻觅不到国际流行色，也就无法创新色彩设计模块，就导致配色不专业。现在很多童鞋企业已经意识到这个问题，他们通过外贸公司对产品进行深度配色。

1.3外观形象缺乏象征性调查表明，大部分4～9岁的儿童对动漫中的虚拟卡通形象带有浓重的迷恋色彩，这种情况会一直延续到十二三岁，至此有部分群体才会慢慢进入到偶像阶段，有的甚至到成人后依然保留有特殊情结。而女童喜爱的芭比娃娃、白雪公主，男童喜欢的蜘蛛侠、奥特曼等都来自于国外市场。国内童鞋市场没有自主创造代言式品牌形象的意识，卡通图案上设计都是品牌间的相互抄袭，部分外观形象粗制滥造，毫无象征性可言。童鞋产品中图案设计的缺失，使得企业只能购买国外的卡通形象版权，资金受到牵制，也是中国童鞋发展不稳定的重要因素。

1.4外观功能研发单一虽然国内部分大中型童鞋企业已经开始关注到产品的功能性研发，会发光的童鞋、可以唱歌的童鞋、带轮子的童鞋等都陆续面世，标志着童鞋功能时代的开启。但童鞋产品的功能性研发，无论从数量还是质量上来说，都不能满足市场的需求。新产品的研发周期长，实验程序烦琐复杂，在成本投入上存在着很大的压力，成为企业抗拒的重要原因。从国内童鞋市场的大局观来说，功能性的开发还是远远不能满足市场需求，没有形成层次分明的功能开发领域。

2童鞋产品外观创新策略

2.1加快技术更新速度作为世界上最大的制鞋国和出口国，政府机构应当更加完善匹配制度，加强高校与行业企业的联系，构建平台加速产品技术研发的速度。虽然国内数十家鞋研发机构定期在童鞋楦型设计上做数据调整，国外也有投资公司参与舒适形鞋底和环保类项目研发，但其规模远不能满足市场需求。参照国外职业教育模式，要改变行业的现状，必须要加强高校鞋类设计专业与行业尖端研发机构的合作，带动一定范畴内的研究力量，全面动员，长效、系统地研发符合儿童消费者脚步生理结构的舒适形鞋楦数据。而高校专业与企业的联合，则可以引导设计类人才更直观地关注工艺等具体研发形态，研究比较种类差距，形成数据研究，为工艺创造的除旧推新献计献策。行业研发机构的技术研发优势应与高校稳定的研究体系、教育传承模式相结合，基础研究中需要极其严格的数据采集，需要对研究对象进行长时间持续的跟踪调研和一定研发资金匹配等。高校与行业企业的相互扶持，优势互补，在根源上解决了高素质童鞋设计师的规模培养，最大限度上实现了未来国内童鞋产品外观原创创作的可能性。

2.2创新设计理念与设计手法

2.2.1材质拓展童鞋产品材质的多样化开发，是改变产品形态造型单一的有效举措。例如，在童鞋雨鞋产品中的透明材质，不但可以与里面的鞋袜形成色彩造型的多样化，成就不同的形态造型效果；而且塑胶透明材质在童鞋产品中的一体成型既节约了成本，也在产品的防水性方面取得了新的进展，使商品的用途更加多元化；再如近年来随着怀旧主题的回归，帆布、棉麻的面料经过专业处理后回到了产品的销售视线；经过专业处理的布类面料不但加强了耐磨度与抗污性，而且降低了产品的成本，提升了童鞋产品的舒适度和环保性，结合各种有趣的人造皮草打造不同形态，都是不错的材质拓展设计的实验。

2.2.2装饰再造设计师在童鞋产品中，应通过对面料的黏合、热压、车缝、补、挂、绣等工艺手段形成面料立体的、多层次的设计效果，可以丰富面料本身形态的变化，实现产品装饰再造的目的。拼接、缝合、环绕等设计手法，延伸产品仿生形体特征，扩大设计的空间，丰富设计效果；在童鞋产品上印刷图案、电脑刺绣图案、水洗油鞣图案、手工绘制图案等创作，对产品的整体设计有着积极的再造影响；各种装饰物件加入海绵体等混合材质的设计，创作出立体化及半立体化的处理效果，与平整的帮面形成了强烈对比，可以极大地丰富设计对象的物体呈现性；前期市场能有效开发符合儿童审美情趣的活泼可爱型鞋珠鞋花鞋饰等装饰配件，也有助于大幅度地推进产品的层次变化。

2.2.3样式创新童鞋产品样式设计比成鞋简单，较少采用水洗、油鞣、压花、镂空等传统工艺处理，也鲜有现代工艺制作的介入，造成了视觉审美上的匮乏。其实，童鞋产品借鉴成鞋的帮面分割体系，重建了帮面的设计体系。比如在产品设计中缩短帮面长度，加大弧度处理，简化裁断手法，使其符合儿童脚部生长规律和审美情趣；或选用鸵鸟纹、鳄鱼纹、蛇纹等名贵皮料，加工面料的颜色，采用粉嫩色系，呈现儿童的萌态；不同材质的混搭与不同颜色的拼接，都能够使鞋面造型呈现多元化，丰富装饰效果；或吸收轻纱、丝绸、蕾丝等成鞋常用元素，改良其花色和样式，创造出符合儿童消费者的心理特点的设计；再如条纹、圆点、英格兰格以及爱心、圆点等高频率出现的图案，奶牛纹、斑马纹等动物纹路，在形态上进行儿化处理，都会有意想不到的效果。

2.3创造经典形象儿童消费者更倾向于产品的外在颜色和感观形态，特别是幼童对卡通造型极有兴趣。国内动漫起步较晚，缺乏有号召力的卡通形象，但随着“喜洋洋”等国产动画主体创作的成功，也为童鞋企业的卡通形象设计提供了空间。很多童鞋企业都意识到自身对产品外观图案创作的力不从心，粗糙的动画形象不但不能赢得市场，还很可能适得其反。在国外，图案艺术家们本身具有的高层次的原创设计能力和对图案理解的纯粹的创作意识形态经常被著名的童鞋企业所借用，形成良性渠道，共享优势资源，携手创作儿童消费者真正喜欢、能够喜爱和接受的主题化童鞋产品，打破企业普通设计师被常态化的设计思维。国内有影响力的艺术家，如插画设计师、图案设计师、漫画家都具备创作单体卡通设计，却没有渠道介入到童鞋产品的款式设计的图案形态中来，设计行业之间搭建良好的交流、沟通、共建、分享式平台已经迫在眉睫。

2.4创新外观结构国民的消费理念日益理性化，童鞋产品外观的创新性设计已经成为吸引消费群体新的热点。如何在保证产品的完整性基础上，从不同的实用角度开发童鞋的实用功能，成为设计师新的研发课题。童鞋产品创新外观结构除去舒适性结构需要极其专业的技术人才，长时间的实验周期，非常严密谨慎的科学实验，实验单位成本高昂，小规模企业不能够承受等以外，还有各种形式的可悬挂、可拆卸、可拼接、可变装、易于携带、便于储存、具备部分玩乐功能的外观创新形项目等，朝着低成本多功能的技术开发方向，为童鞋的设计指出了新的设计契机。后者是普通设计师就能开发的，更适合中小型童鞋企业进行实用性的结构功能性开发。

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二、机械创新设计教学开展的策略

1.更新传统教学观念

随着高新技术的发展，机械工程以及机械制造等行业也发生了较大变化，以计算机为代表的高新技术向机械行业渗透，现代的机电产品向着机电一体化的方向发展，这就需要对传统的机械课程进行调整。所以，课程设置方面需要建立以科学技术应用为辅助的科学体系，加强机械类专业教学的系统规划。在机械创新设计教学中，不同学校在系统教材的编写方面都做了大量的工作。从理论教学到实践教学，从课内教学到课外教学，都需要编写相应的教学大纲。在课程内容、课程设计、课程实验等方面创新内容，改变传统的教学思想和教学方法，将传统教学中以理论知识的传授为主的教学方式改变为以创新能力培养为主的教学方式。

2.加强学生创新能力的培养

学生创新能力的培养是机械创新设计教学的关键，也是提高教学质量的基本条件。一方面，学校实验室的规划要以机械类应用型人才培养为依据，加强实验设备经费的投入，可以通过为企业服务的方式获得企业的支持，加强资源共享。另一方面，在实验内容的安排和选择方面，改进陈旧的实验内容和实验手段，加强创造性实验和综合性实验。实验教学中发挥学生的主动操作能力，教师对学生的实践操作进行指导。同时，废除由教学人员包办，学生观察记录式的教学方法，加强现代教学方式的应用。

3.建立创新设计教学实验室

对于学校普遍存在的机械創新设备缺少的现状，应该加强虚拟仪器技术的应用，建立机械创新虚拟实验室。虚拟实验室不仅能够帮助学生消除因实验设备缺乏带来的影响，还能够减少学生因盲目操作对机械设备造成的损害。采用机械仿真运动分析方法能够获取重要的实验信息。

4.加强机械设计教学成果的创新

在机械创新设计教学中，创新理念、创新思维以及创新设计方法都是教学的重要环节，学生只有参与创新设计实践，才能够加强基础理论知识的应用，以此解决实际生活中的问题，培养学生的创造能力。因此，机械创新设计实验教学对学生理解课程教学内容，学习教学知识有重要作用。学生只有自己动手进行机械拆装和创造设计，才能够根据自己的思维方式和设计理念设计出不同结构形式的作品，使同一类型的作品拥有不同的运动功能和运动性能。由于学生之间的个体差异性，每个人的设计作品都具有独创性，其设计作品也有多种形式。教师在完成课程教学任务的同时也必须完成设计创作工作任务，需要对学生的作品给出相应的考核成绩。

加强机械创新设计教学改革对创新型人才的培养有很大帮助，能够巩固学生的专业知识，增强学生的学习兴趣，有利于挖掘学生的创新设计潜能，最终培养学生分析问题和解决问题的能力。为此，教师应该更新传统的教学观念，加强现代科学技术在教学中的应用，通过多样化的教学方式提高学生的实践能力和工程意识，使机械实验教学取得良好的教学效果，使学校工科教学上升到一个新的台阶。

参考文献： 

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中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（b）-0180-03

Reform and Practice of the Mechanical Principle Course Based on the Innovative Talent Training

Wang Min Luo Xiaolin

（College of Mechanical Engineering， Guangdong Polytechnic Normal University， Guangzhou Guangdong ， 510665， China）

Abstract： As a backbone professional basic course of machinery majors，the mechanical principle course has a pivotal position in training students’engineering practice and innovation ability.With science innovation center and off-campus practice teaching base as linkages， the teaching reform and practice of the mechanical principle course were promoted and the students’ project practice ability and innovation ability were cultivated through restructuring the teaching content， optimizing the teaching means， constructing piecewise practice teaching and strengthening the construction of innovative teachers.

Key Words： Innovative talents； Mechanical principle； Educational reform

《机械原理》作为机械类及近机械类专业的一门主干专业基础课，承担着培养学生机械系统整体运动方案设计的重要任务，在培养大学生工程实践及创新能力方面具有其他课程所无法比拟的优势。但该课程内容缺乏关联性、系统性，学生无法从整体上顺利完成系统的运动方案设计，也无法从机械产品综合设计的角度理解该课程所述知识的真正用处。并且由于课时压缩及学生整体素质的下滑，使得学生普遍反映该课程内容枯燥难懂，机构运动费解难明，于是产生了严重的厌学、畏难情绪，期末考试不及格率大，学生的创新意识、创新能力培养更无从谈起。

多年来，研究人员结合机械原理课程理论教学和实践教学两大模块，通过合理整合教学内容，优化理论教学；改进教学方式、方法；改进作业方式；构建分段实践教学模式；鼓励、支持学生参加科研活动及各种科技竞赛；强化创新型教师培养等方面的改革，以期激发学生学习兴趣，提高学生自主学习能力。近年来初见成效，学生学习主动性提高，不及格率明显降低，学生在各级各类有关机械创新的大赛中也获得了较好成绩。

1 重组教学内容，优化理论教学

为培养学生的分析能力、综合能力及创新设计能力，研究人员将《机械原理》课程按照“机构分析”“机构设计”和“综合设计”的模块进行划分，如图1所示[1]。机构分析模块主要内容包括：机构的结构分析、平面机构的运动分析、平面机构的力分析、机械的效率与自锁、机械的平衡、机械的运转及其速度波动的调节等，通过该模块的学习提高学生分析问题的能力。机构设计模块主要内容包括：平面连杆机构及其设计、凸轮机构及其设计、齿轮机构及其设计、齿轮系及其设计、其他常用机构、工业机器人机构及其设计等。综合设计模块主要内容为机械系统的方案设计[2]。学生通过对机构设计及综合设计模块的学习，在结合自身实践经验与理论知识的基础上，实现机械系统的设计，从而培养了学生的创新思维及综合设计能力。

2 改革教学方式、方法，优化教学手段

近年来，由于专业基础课学时受到不同程度的核酰所以在有限的课堂教学时间内，教师基本需“满堂灌”才能完成教学计划，学生完全是被动地接受。这种单一的灌输式填鸭式教学方式，严重束缚了学生的创新意识。为改进这种现状，机械原理课堂教学过程中加强启发式、讨论式及案例式等先进教学方式的应用[3]，并借助现代信息技术，采用“多媒体课件+黑板+教具”三位一体的教学手段，强化大学生进行自主学习和自我教育的能力，培养学生的创新意识及创新能力。

课堂讲授过程中，采用“多媒体课件+教具+黑板”三位一体的教学手段，充分发挥各自优势，提高教学质量。首先，采用多媒体教学不仅能节省板书时间，而且可根据教材内容，将文字、图片、声音、动画等结合起来，使教学更形象、生动，激活课堂气氛，提高学习效果。特别是机构的运动等一些难以用语言来描述的教学内容，采用多媒体教学具有突出的优势。其次，将一些机构的实物模型和教学用具带入课程辅助教学，使原本枯燥、抽象的教学难点变得形象生动。比如在讲授齿轮时，将齿轮模型带入课堂，针对实物进行讲解，学生更容易接受[4]。最后，教学过程中，授课教师也要注意板书教学的合理运用。讲解课程习题的具体运算过程时，使用板书教学效果更好。比如用矢量方程图解法求解机构的速度和加速度时，采用板书教学，虽然耗时，但教学效果好。

3 构建分段实践教学模式

构建以培养学生的工程实践和创新能力为目标的分段实践教学体系[5]，主要包括实验教学、课程设计和科技创新三部分[6]，如图2所示。实验教学除包括“机构运动简图测绘”“齿轮参数测定”等一些验证性实验外，增设开放性实验室，学生可利用课余时间在实验室进行机械创新设计；课程设计中鼓励学生采用计算机进行辅助设计及三维建模、分析、优化，并动手制作实物样机模型，以提高他们的综合分析能力及实践能力；以机械创新大赛和工程训练综合能力竞赛为契机，积极鼓励学生参加各级各类竞赛，激发他们的学习积极性、主动性和创造性。

（1）增设开放式实验，构筑学生创新实践平台。

把示范性、验证性的实验，变为设计型、综合型的实验，并实行开放式教学，为学生进行科技制作提供必要的工作条件[7]。在W院现有大学生科创中心的示范作用下，争取创建机械创新设计实验室，组建机械创新小组、机械设计小组等。

（2）改革课程设计，鼓励学生创新。

对“机械原理”课程设计的题目、内容及考核方法进行改革，探索基于项目形式的课程设计教学模式[8]。课程设计过程中，以学生为主，教师只做适当的引导；课程设计成果也不再局限于设计说明书和图纸，鼓励学生采用计算机软件（比如Pro/E、3Dmax、UG等三维设计软件）设计自己所提出的方案，绘制虚拟的三维造型，并通过软件对方案进行模拟仿真。

（3）以机械创新大赛为契机，强化学生创新能力。

积极鼓励并组织学生参与各种机械创新大赛，如国家机械创新大赛、省机械创新大赛、校机械创新大赛，使学生在竞赛中锻炼交流，有意识地更新和夯实基础知识，培养学生的自主意识和创新能力。同时，学院也制定了相关政策，鼓励学生参与到教师的科研项目中，学习教师在科学研究过程中的经验与成果，以强化学生的工程意识和工程素质，并通过帮助教师解决实际问题，锻炼学生的工程能力和创新能力。实践证明，让学生参与各项科技创新竞赛是培养学生创新能力的最有效途径。机电学院的学生在近几年的国家级、省级机械创新设计大赛中均获得较好的成绩：第四届“机械创新”比赛全国总决赛二等奖；第五届“机械创新”比赛广东省赛二等奖3项；第六届“机械创新”比赛广东省赛二等奖3项。

4 加强基础作业，增加课程小论文

机械原理教学过程中除完成常规习题作业外，适当布置几篇小论文。例如：在讲授机械原理绪论部分涉及到机械发展的历史，虽然这不是机械原理课程的核心内容，但了解机械发展的历史对学生进一步学习相关课程是有帮助的，故该部分内容可布置相应的课程论文。让学生完成课程小论文，一方面可培养学生撰写科技论文的能力，另一方面又能够使学生从被动学习转化为主动学习，学生在进行相关资料检索、整理、分析的过程中，既加深了对机械原理课程的了解，又能从中体会到机械原理课程的奥妙与乐趣，从而激发学生学习的兴趣。

5 加强创新型师资建设，促进创新型人才培养

俗话说“严师出高徒”，所以，创新型人才的培养关键在教师，只有建立一支创新型指导教师队伍，才能培养出合格的创新人才。本着“请进来，走出去”的原则，建立专任教师和兼职教师相结合的高水平师资队伍。一方面聘请企事业单位具有丰富经验的工程技术人员出任兼职教师，开设专题讲座，讲授专业概论、学科前沿，指导学生实践实习、课程设计和毕业设计等教学环节。另一方面，更为重要的是制定相关激励政策，鼓励教师主持参与教研和科学项目研究，组织教师到企事业单位或科研院所学习、培训、工程现场实践等，以提高教师自身的工程实践能力和创新思维能力。教师在教科研中形成的新思想、新方法，及创造的新成果会潜移默化地渗透给学生，进而激发起学生们的创新精神和创新欲望。只有教师的教学能力和创造性思维能力活跃起来，才能保证创新教育的顺利开展，促进创新型人才的培养。

6 结语

《机械原理》课程在培养学生机械综合设计能力、创新能力和解决实际问题的动手能力中占有十分重要的地位。采用“多媒体课件+教具+黑板”三位一体的教学手段，保证教学效果。以机电学院大学生科技创新中心为纽带，鼓励学生参加各级各类大学生科技创新竞赛；鼓励学生参与教师的教学和科研项目，以多元化的实践模式促进学生工程实践能力和创新能力的培养。以校外大学生实践教学基地为依托，加强创新型师资建设，开展创新性教育，提高学生运用现代科学技术解决工程实际问题的能力和实践动手能力，促进创新型人才培养。

参考文献

[1] 魏军英，李学艺，王海霞，等.基于创新能力培养的机械原理课程教学改革探索[J].大学教育，2015（4）：160-161.

[2] 孙桓.机械原理[M].8版.北京：高等教育出版社，2013.

[3] 陈志新.“机械原理”课堂的有效教学探索[J].中国电力教育，2014（23）：58-59.

[4] 姚智华，易勇，陈丰，等.《机械原理》课程教学改革与实践[J].安徽科技学院学报，2013，27（5）：74-76.

[5] 张向红，韩忠义.工程实践背景下机械原理课程建设的思考与实践[J].才智，2014（20）：94.

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中图分类号：G642 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）07-0253-02

0引言

机械设计课程是机械专业的重要技术基础课，它在学生学好专业课程和培养实际设计能力等方面起着重要作用。其教学目标是使学生掌握常见零部件的基本知识，初步建立机械零件和简单机械系统设计的能力。近年来，我校机械设计课程经过省、校、院各级教改项目、精品课程建设，已经取得了一定的教改成果。本文结合笔者的教学实践，谈一些体会。

1针对教学内容特点，合理组织教案[1，2]

1.1 以工程设计过程为背景机械设计课程基本概念多，逻辑性差，缺乏系统性，实践性强。因此，不少学生在学习中感到比较吃力，没有头绪，抓不住重点。为解决这一问题就需要教师在组织教学活动中，充分理解教材内容的特点，合理组织教案。在教学内容的组织方面，我们追求教学内容新、课堂教学信息量大，注意将学生的能力培养和素质教育结合起来。在课堂教学以及实验教学中，设置了很多启发点，激励学生的学习积极性。具体方法：①以工程设计过程为背景，以掌握通用零部件设计能力和创新能力培养为主线，从整体和系统的角度，将课程知识体系整合为“机械设计总论”、“连接零部件的设计”、“机械传动设计”、“轴承设计”和“轴系部分设计”五大模块，体现学生设计能力培养的循序渐进性。②在强调和培养传统设计能力的基础上，结合具体章节（如齿轮传动、蜗杆传动及轴设计等）介绍现代机械设计的方法，旨在开阔学生的视野，提高学习兴趣。③对传统内容精简压缩，简化公式演绎推导，重结论、重应用。

1.2 突出工程观点机械设计课程是一门实践性很强的课程，而学生缺乏实践经验和感性认识，因此我们充分利用实验课、课程设计等实践环节，培养学生应用工程观点提高分析问题和解决问题的能力。实验课在传授知识和技能方面有着理论课无法替代的作用，它的特点是观察目标明确、清晰，原理结构易懂、有针对性，可动手操作等。我们要求学生仔细观察、分析，并将实际结果和有关原理进行分析、对比和归纳总结。如动平衡实验、螺栓组连接实验等几个验证性实验，目的就是验证理论知识，培养实验动手能力，同时提高学生应用工程观点分析问题的能力。课程设计是本课程及相关课程知识的一次综合运用，是学生第一次较全面的设计训练，是对学生设计思想、设计方法和设计能力的一次锻炼和检查。在此过程中，前一阶段教学中存在的问题会显露出来，因此这是系统培养和强化学生工程观点的一次难得的机会。

1.3 将单个零部件的设计与整机设计结合起来在实际的工业应用中，零部件往往不是单独使用的，它们要相互连接、配合形成系统进行工作。因此，机械设计课程教学的目标决不仅仅是为了能够进行单个零部件的设计，而是面向实际机械系统的设计。但目前国内高校机械设计课程的内容在编排上都是以零部件进行分块讲解，各个零部件之间没有很好地建立有机的联系，学生在学完整个课程之后虽然能够进行单个零部件的设计，但面临整机设计中的零部件之间相关问题设计往往无所适从。为此，我们在教学中每讲到某一个零部件的设计时总要抽出一定的时间详细介绍一下该零部件与其他零部件之间的关系、设计中如何进行相互协调等。

2合理使用教学方法与教学手段

2.1 采用多媒体教学，提高教学效果学校在多个校区建立了设备先进，条件优越的多媒体教室，能保证全校机械设计课程的多媒体教学。从2000年开始研究利用信息技术进行教学手段和教学方法的改革，进行多媒体课件的研制工作，完成了《机械设计基础》、《机械工程基础》、《机械设计》三门课程的多媒体课件，所用素材内容丰富、经典生动，学生反映良好，使用方便省时高效；使教师授课空间由二维的黑板扩展到了更真实、自然的多维空间，为改革传统的教学方法和教学手段提供了新的发展机遇。

2.2 多样化的课堂教学帮助学生掌握重点、克服难点理论课加强启发式，采用多媒体和黑板相结合，并辅以配套电子版教材，帮助学生听课与复习；习题课通过抓住典型习题，举一反三，以点带面；讨论课以实际工程为背景，使学生在分析能力提高中理解重点；实验课充分发挥开放实验室的作用，使学生在自主动手能力提高中突破难点。

2.3 建设“机械设计”省级精品课程网站利用校园网提供的网络教学平台, 为学生提供了教学课件、学习指导、复习思考题、练习题等大量的学习资源，节省了学时，提高了教学效率和教学质量，也培养了学生的自学能力。

3开放主题的小论文，培养学生主动获取知识的能力

由于学时的限制，在讲授机械发展史等内容时，只能给学生一些很粗浅的认识。我们尝试让学生对这部分内容进行自学，并且给学生获取比教材上内容更丰富和具体的知识的途径，要求学生以“各种机械的发展史”为主题写成学习小论文。学生通过查阅相关资料，对各种机器的相关技术及发展有了较深入的认识，并完成了诸如“机器人的发展”、“抽油机的发展”、“联合收割机的发展”、“轮式拖拉机的发展”等小论文的写作，并编辑成册，培养了学生主动获取知识的能力。

4工程实践能力和创新能力的培养[3-4]

以机械设计课程体系的教学内容为背景，以强化设计型、综合型和加强学生动手能力培养为目标，我们将原“机械设计”的实验环节从课程中剥离出来，于2006年构建了单独设置、学分单列的机械设计实验课程,并新编了“机械设计实验指导书”和“机械设计实验教学大纲”，按五大模块体系设置了5个实验项目，其中：创新设计型实验1个，综合型实验3个，验证型实验1个。对每个实验项目规定了难度等级，要求每位学生至少完成3个实验项目，其中包括2个必做项目和1个选做项目，便于因材施教和培养学生个性发展。

为进一步提高本科生科研能力、创新能力和实践动手能力，进一步激发学生的科技创新热情，依托西南地区较早建立的机械创新设计实验室，我校每年都举办大学生机械创新设计大赛，学生可根据自身的兴趣爱好和创新需求自由申请项目，也可申请参加教师从现有教学、科研、生产和管理研究课题中细化出来的项目或企业界设立的项目，学校给予经费支持，机械基础教学部配备指导教师。近几年来，学生的科技创新活动如火如荼的进行，优秀作品曾多次获得四川省“挑战杯”、全国“挑战杯”、全国大学生机械创新设计大赛奖项以及全国机器人足球锦标赛冠、亚军。

5加强师资队伍建设

机械设计课程教学组鼓励和支持青年教师在职提高学位，实行指导教师责任制，安排富有教学经验的老教师在教学和科研上对新进教师进行指导和帮助，实行一对一的传、帮、带，并订有明确具体的培养计划，帮助他们提高教学能力，过好教学关。要求新进教师必须经过听课、辅导答疑、批改作业、指导实验、指导课程设计、试讲、点评、讲近机类课程等阶段后，才能讲机类课程。经常开展有关本课程的教改与建设、教材建设、教学方法与手段运用以及老教师示讲、试讲等教学法活动；鼓励青年教师在教学方法、教学手段等方面勇于创新，创造条件鼓励教师参加各种学术会议。鼓励青年教师积极参与本课程组主持或参加的校级及省教育厅立项的课程建设与教改研究项目。另外，加大引进具有丰富实践经验的高级工程技术人才，把不同经历的教师融为一个有机整体，使教师间共同磋商，相互学习，取长补短。

6结束语

经过几年的实践，我校机械设计课程的教学取得了较好的效果。机械设计作为专业技术基础课，课程内容多且实践性强，需要积极探索各种教学方法和手段，紧密结合工程实际，培养学生的工程意识和创新设计能力。

参考文献：

[1]朱维兵.加强机械基础系列课程建设的思路和构架[J].高等教育研究(成都)，2004，20(2):71-72.

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中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2012）-03-0-02

随着普通高中的扩招，职业学校特别是中等职业学校生源数量下降，学生整体素质滑坡，个体差异也较大：不同年度入学新生成绩总体呈下降趋势，同一年度内入学新生的成绩差距也很明显，即使同一个专业、同一个班级学生的个体差异也很大。因此，在这种情况下要进行教学改革，细分教材，细化教学目标，针对不同层次学生，制定不同的教学目标和要求，采用不同的教学方法。

一、以培养创新能力为主线，改革课程内容和课程体系

教学体系的改革要保证学生创新能力的培养，尤其是建立以培养学生的工程意识和创新设计能力为主的新体系。机电产品的设计一般要经过产品的规划、方案设计、技术设计、施工设计等几个阶段。学生通过机械基础系列课程的学习，不仅要掌握这些阶段所需的基本理论知识，还应掌握其现代设计的基本方法与创新设计的基本思路。因此，需要明确各课程在培养学生工程意识和综合创新设计能力方面的任务。如画法几何及机械制图课程注重培养空间形象和创造性构形的设计能力；工程材料及机械制造基础课程注重培养工程意识和实践动手能力；机械原理和机械设计课程注重培养创新设计的能力等。

各门课程要根据自身在系列课程中的地位和作用，从培养创新能力出发，对教学内容进行重组和优化。如在工程制图教学中穿插形体设计、构件设计等内容；机械原理课程由传统的以机构分析为主转向以培养学生综合能力为主，突出执行系统设计的思想，加强机械运动方案设计的内容，强化机电一体化思路，介绍气、液、电驱动的机构和机电一体化的执行机构，以开阔学生的思路。

二、加强机械系统整体观念，以工程实践为目标，改革实践教学体系

（一）实践教学体系和内容的改革

过去的教学体系重理论，轻实践，加之教育经费投入不足，实验较少，效果较差。经过多年探索，我们更新了实践教学内容，完善了实践教学体系，增加了实验课学时，改善了过去教学的不足之处。比如，为培养学生的工程实践能力，配合机械制图课程零件图和装配图教学，我们开设了“典型机器拆装及分析实验”。通过实验，使学生对某些机构有了感性认识，对公差配合工具使用和装配工作的一般规范有所了解，增强了学生的工程意识，提高了学生学习机械的兴趣，为零件图和装配图的学习打下了良好的基础，使学生顺利地从纯几何构形过度到机械零件构形设计。

（二）课程设计与实践教学新体系

工程意识和创新能力的培养，关键在于将许多学科知识与经验综合应用，强调实践性，重视解决问题。为了提高这一环节的教学效果，我们对原课程的“大作业”和“课程设计”等环节进行了以下改革。

1、增加“几何造型与构形设计”

为了培养学生的空间形象和创造性构形的设计能力，工程制图将教学重点从制图方法转向工程设计思想和创新意识的图形表达，启发学生学会观察生活实际中接触到的常见物体的构形和表达方法，并要求学生设计出具有创意的作品，将几何体的截交线、相贯、组合体构形等上升到实际应用中，真正将工程设计与工程制图结合在一起，培养学生创造性思维和用图形表达设计思想的能力，为后续的产品造型设计奠定基础。

2、增加“零件金工工艺设计”

该设计用一周的时间完成两项内容，一是单工种的工艺设计。将铸造、锻压和切削加工工艺分开进行，以考察学生对某一工种的工艺设计掌握的情况。内容包括材料加工方法的选择，零件的结构工艺性分析，主要工艺过程和工艺参数的确定和计算，工艺图的绘制和工艺卡的编制。二是综合性工艺设计。让学生完成一个零件从毛坯到成品的全部工艺过程设计，来考察学生综合运用工艺知识的能力。内容包括毛坯成形工艺的确定，材料的选择，工序及工艺的确定，机加工方法的确定，工艺参数的计算，工艺图的绘制及工艺文件的编制等。

3、改革机械设计课程大作业

针对原课程侧重于典型零部件分析的机械设计大作业，我们改为以设计为主的简单机械设计训练。如千斤顶的设计，学生通过调查、查阅资料，设计出了多种千斤顶的方案：汽车用千斤顶、圆锥螺旋千斤顶、蜗杆螺旋千斤顶、单一螺旋千斤顶和压力机等。通过千斤顶多方案的设计比较，学生不仅掌握了传动方案的设计方法，开阔了眼界，同时培养了创新设计的能力。

4、将机械原理、机械设计的课程设计整合

将机械原理、机械设计的课程设计整合，通过一个有生产背景的实践课题，以设计对象为主线，使学生通过原理方案的设计、执行机构的设计、传动方案的设计、结构设计等过程，加深对机械系统的整体认识，加强设计中的工程意识，这样就培养了学生的综合创新设计能力。

三、进行创新性教育，营造培养创新能力的环境

机械创新设计课程改变了以教师为中心的教学方式，让学生积极主动地参与教学的全过程。在导学上下功夫，注重学习方法的指导，教会学生思维方法，突出教学方法的多样性，努力尝试将问题教学法、情景教学法、范例教学法、探索教学法引入课堂；教师向学生讲授创造性思维、创造原理、常用创新技法、机械创新设计方法及创新设计典型实例分析等内容；让学生了解机械领域发展的现状和趋势，找出有创意的机械产品进行分析；激发学生对周围所熟悉的问题或物品进行分析、探索，提出改进的思路，如“不影响别人的叫醒装置的设计”“自行车的改进”等等；对典型的有创意的产品进行拆装实验，分析其创新点，总结创新的思路和方法；完成小论文、研究报告、创新作品。学生对这些问题充满好奇和求知欲，因此会积极地去发现问题、提出问题、解决问题。学生在这种环境中充分发挥自己的想象力，激发创新设计的兴趣和欲望，提高了创新设计的能力。

参考文献：

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2机械设计类课程教学及课内实验

课程教学及课内实验教学环节分为机械原理和机械设计两个部分，每部分。含课内实验，课程内容及培养目标如下：机械原理课程是一门培养学生机械机构运动设计与分析的技术基础课，主要研究机构的结构分析、运动分析和动力分析，常用机构设计的基本理论和方法，机械系统传动方案的规划与设计，其主要任务是培养学生：第一，理论联系实际的学风，设计实践能力和创新精神。第二，掌握机构运动方案设计的能力。第三，具有机械系统运动简图的绘制，计算机辅助机构分析和设计的能力。机械原理实验教学是机械原理课程教学中的实践环节。在实验中通过安排部分课程基本理论的验证性实验，使学生进一步加深对课堂教学内容的理解。通过增设一些综合性、设计性实验，培养学生基本知识、基础理论与实际项目需求的理论知识应用能力，同时培养学生创新意识和能力。通过设立较多的选修实验，促进学生的个性发展。机械设计课程是一门培养学生机械设计能力的技术基础课，在教学内容方面着重掌握机械设计的基本知识、基本理论、基本方法和创新思维，通过对本课程的学习，使学生掌握常用机构和机器中各种通用零件的基本理论和基本知识，初步具有机械结构方面的分析、设计能力，同时注意培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风。机械设计实验教学通过设立部分验证性实验，使学生进一步加深理解课堂教学的内容；通过设立一些综合性、设计性实验，培养学生理论联系实际的能力及机械结构设计的创新意识和创新能力；通过强调学生参与实验的全过程，培养学生的动手操作能力；通过设立较多的选做实验，满足学生的求知欲，促进学生的个性发展。

3基础设计能力培养

机械设计课程设计是机械设计基础类课程的重要实践性环节，通过对机械传动装置和简单机械的设计，使学生综合运用机械设计课程和其他先修课程的理论和实际知识，熟悉机械设计的一般规律，掌握机械通用零部件及简单机械的设计理论及设计方法。培养学生理论联系实际的正确设计思想，树立工程意识，培养独立分析和解决工程实际问题的能力，为毕业设计和以后从事工程设计工作打下良好的基础。课程的教学目的：第一，学习机械设计的一般方法、步骤，掌握机械设计的一般规律。第二，学会从机器的功能要求出发，合理选择传动机构的类型，制定传动设计方案，正确计算零件的工作能力，确定它的结构、形状、尺寸及材料，并考虑制造工艺、使用、维护、经济和安全等问题，培养机械设计能力。第三，进行机械设计基本技能训练，例如计算、绘图，运用标准、规范、手册、图册和设计资料，以及使用经验数据和处理数据等。第四，通过编写设计说明书，提高学生文字表达能力，掌握撰写技术文件的有关要求；培养学生运用计算机撰写论文的能力。第五，训练学生用CAD绘图的能力。机械综合课程设计是形成机械装备设计能力的重要实践性教学环节。内容以车床或铣床的主传动系统设计为主线，以所学过的机械制造装备的基础知识为支撑，完成主传动系统设计、操纵装置布置、工程分析计算等环节的训练。其目的是在相关先修课程学习后，进行机械结构设计综合训练，使学生掌握机械系统分析和设计的基本步骤和方法，培养和锻炼学生综合运用所学知识解决实际工程问题的能力。

4创新设计能力培养

学生创新设计能力培养包括机械产品创新设计与仿真和机械创新设计与制作两个环节：机械产品创新设计与仿真是学生以项目组的形式自主开展的为期一年的研发与制作项目，在学院的统一命题下完成一项任务。提高学生自主学习、问题求解、团队协作、项目管理、综合创新等方面的能力和素质。机械创新设计与制作是结合学生已有的知识储备，充分发挥学生的创新设计思维，通过机构综合模拟现实自然界生物的动作行为，并辅以相应的控制系统达到机构的协调运动。在教师的启发和指导下，学生以组为单位自主地进行相关内容科技文献检索、方案设计、虚拟仿真、绘制加工图纸、撰写设计说明书并进行答辩，通过工程实践培养学生灵活运用所学机械设计知识的能力。

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近年来，我校开展以创新设计为手段的促进大学生创新能力培养的改革，通过机械CAD/CAM专业教学实践，创造性地将学生在计算机辅助设计方面的传统优势与创新设计相结合，在落实素质教育与创新能力培养方面，找到一种切实可行的途径，培养的学生具备了较扎实的创新设计能力。通过创办CAD协会及积极开展创新设计教学活动，创造一种极具吸引力的学习氛围，通过举办创新设计竞赛，为学生进行创新活动提供实践的舞台，极大地促进了我校机械CAD/CAM专业学生创新能力的培养。但现阶段的教学工作欠缺厚实的物质基础和实践条件，还不足以形成一套系统的运行管理机制，经费使用方面也欠缺保障，跨部门的组织工作难以协调，虽然在教学中已形成创新的风气，但未能上升到教学模式的层次，受益面有限。

创新型人才是建设创新型国家的关键所在，培养学生的创新能力已成为当前教育教学改革的重要目标，尤其是创新精神和实践能力的培养已成为当前课程实施必须思考的问题。我校机电系在培养学生学习能力的基础上，对学生创新精神和创新能力的培养进行了积极的探索，以韶关学院省级重点实验室——现代设计与制造重点实验室为依托开展创新人才培养模式的研究与实践，取得了一定的成效。

整合实验室资源，

建立创新设计实践基地

实践教学是培养创新人才和提高学生动手能力的重要环节，实践基地建设则是实现实训和实习教学目标的重要保证。以前，学校的实验室按课程的开设情况进行单独设立，实验内容分散且有相互重叠之处，学生为完成实验而实验，尤其是验证性实验所占比例偏大，综合性和设计性实验相对偏少，学生思维方式僵化，教学效果不理想，不利于学生接收最新的科学文化知识和培养适应社会挑战的能力，不利于提高学生的综合能力，更不利于学生创造性思维的开发。

通过认真的分析和研究，我校将现有的实验室资源进行有机的整合并投入大量的资金，建立了以省级重点实验室为核心的创新设计实践基地。该实验室既建立起与专业培养目标相适应的实践教学体系，同时又是培养学生操作技能和创新能力的实践基地。它包括现代设计实验分室、现代制造室、测试与分析室及机电一体化室，完成了机械类专业从设计、制造、测试、分析及机电一体化等相关学科实验教学。建成的重点实验室年均可接纳学生、教师2000多人次，可同时容纳教师、学生100多人进行实验和科研工作。尤其是引进了大量的现代实验设备，如快速成型机、加工中心、ANSYS分析软件和测试仪器、特种加工设备和常用CAD/CAM应用软件，以适应不同年级及不同层次学生的实验需求。在实验教学过程中，为了培养学生创新思维，我们更新实验课程，压缩演示性实验，增加动手操作性实验，将演示性、验证性实验向综合性、设计性实验转变；打破单一课程的局限，把设计与制造有机结合，开设CAD/CAM一体化数控编程和数控加工实验”。

省级重点实验室的建成提供了良好的创新实验基地，也为培养学生创新能力提供了良好的实践基地。通过技能培训和科技创新培训，围绕先进实用设计制造技术开设各类工程实用技能培训，培养学生适应设计与制造技术的工程应用能力；通过设立学生科技创新协会并组织参加校内外的各项课外科技活动和竞赛，培养学生的创新能力。

建立一支新型的教师队伍

高校能否为国家培养出合格人才，关键在于教师，在创新人才培养过程中，更需要有一支高水平的教学与科研相结合的师资队伍，还要有一支结构合理的“双师型”教师队伍。如果一名高校教师只能单纯地从事教学，不能开展科研活动，不仅本身的学术水平难以提高，在教学上也会因为知识狭窄而影响教学水平的提高。

近年来，我校机电系教师积极参加各项科研活动，组织各类科技学术讲座，增强学生参加科研和创新活动的意识，有效促进学生创新能力的提高，并且开辟了第二课堂，开展社会实践活动，吸收学生参加教师的科研工作，建立大学生科研工作基地，真正起到培养学生工程实践能力和创新能力的作用。

加强“双师型”师资队伍建设是提高大学生动手能力的关键所在。一方面积极引进人才，另一方面根据专业特点，要求现有的专业教师积极参加产品设计和开发活动，提高自身的实践能力，鼓励教师到厂矿企业生产一线进行专业训练，提高工程技术应用能力。通过几年的努力，我校机电系已有4名“双师型”教师，优化了教师队伍结构，为学生实际动手能力和创新能力的培养提供了可靠的保障。

进行创新技能培训

教育模式应适应社会的发展和时代变化的步伐，过去长期实行的专才教育模式培养出来的毕业生越来越不适应现代社会的需要。同时，社会对毕业生的评价标准也发生了变化，越来越欢迎知识面宽、创新能力强、适应能力广的复合型人才，其中创新能力强是复合型人才的关键，它需要具有多面性的知识体系和扎实的基础知识。为此，机械设计制造及自动化专业本着“加强基础，拓宽专业，重视实践，培养创新”的思路，有针对性地对学生进行“对口”人才培养，增加了校内公选课和选修课的比例，为学生个性发展提供了更多的时间和空间。定期开设创新技能知识讲座，积极开展第二课堂活动，先后成立了“CAD协会”和“电子协会”，定期不定期地举行各项交流活动。同时，举办各种职业技能培训班，对成绩合格者颁发相应的职业资格证书。这些形式多样的创新型技能培训，大大提高了大学生的适应能力和创新能力。

以竞赛为中心，

加强创新能力的综合培养

学校成立了CAD协会并积极开展创新设计教学活动，创造一种极具吸引力的学习氛围，通过举办创新设计竞赛，为学生进行创新活动提供实践的舞台。将培养手段与培养目标紧密结合，极大地促进了机械CAD/CAM专业学生创新能力的培养，使学生的创新能力水平得到了很大的提高。通过CAD协会和电子协会鼓励学生科技创新，经常性地举办校内创新竞赛，让更多的学生积极参加创新活动，增强学生的创新意识，开阔学生的知识视野，并定期组织学生参加广东省和全国的创新设计大赛。经过几年的不断努力，我校取得了骄人的成绩。在广东省和全国的多次创新设计大赛中，我校获得省级一等奖4项；在广东省第七届“挑战杯”课外科技竞赛中获自然科学类二等奖1项；广东省“高校杯”软件设计竞赛获奖3项；广东省机械创新设计竞赛获奖12项；在中南地区港澳地区首届大学生创新设计与制造大赛中，2005年获得广州赛区3项一等奖，选送到广西参加中南六省选拔赛获得2个一等奖；在2003年全国大学生电子设计竞赛中有2组获广东赛区三等奖。CAD协会的比赛作品有9项获得了国家专利，是同类院校中的佼佼者，反映出我校在学生创新能力培养方面已初见成效。

建设开放性实验室，

形成新的实验教学管理模式

对实验教学进行改革，既保留了优良的验证性实验，又更新了实验内容，增强综合性、设计性及创新性实验。这样，不仅开拓了学生的知识面，而且培养了学生的创新思维和创造意识。但常规的实验教学管理模式已不适应要求，尤其是综合性、设计性实验和创新性实验的开设，往往需要大量的时间和精力，不像一般的基础性实验按实验指导书的规定完成即可，它需要付出创造性的劳动，对优选出来的创新作品需立项并进行制作，以参加更高层次的创新设计竞赛。现代设计与制造重点实验室对高年级学生及有项目参加创新竞赛的学生开放，学生可以自主选择时间进入实验室，在教师指导下进行研究性实验和创新性实验，从而提高学生的创新能力和创新水平。这种实验管理模式的意义还在于：（1）实验室开放不仅对学生技能训练，而且对培养学生的创新意识、创新精神和开拓能力具有重要作用；（2）实验室开放内容贯彻了“因材施教、讲求实效”的原则，根据不同层次的学生和要求确定开放内容，内容包括：设计性、综合性、研究性和创新性实验；小发明、小制作、小论文等课外科技活动实验；（3）较好地实现学生参与教师科研，使学生的创新能力培养落到实处。加强了对学生实验素质与技能、创造性思维方法和严谨治学态度的培养；（4）提高了学生的团结合作精神，通过开展“开放实验交流答辩会”等活动，促进学生实验小组之间的沟通，分享实验成果和心得体会，培养学生的口头表达能力；（5）提高了学生的成就感，学生参与开放实验项目取得优异成果者，可向教务处申请学分。学校每年评选一批在培养学生创新能力培养方面成效突出的开放实验项目作为优秀项目，对参加者和指导教师实行奖励。

建立开放性实验室，是实验教学模式的一种改革，也是实验教学改革的方向，其思路是鼓励学生在课余时间参加开放式实验、创新实验、科研和各类社会活动，提高实验教学水平，进一步加强素质教育，提高学生的综合创新能力，培养创新人才。

面向21世纪科技进步和社会主义现代化建设的需要，机械设计及自动化专业的学生需要具有创新品质和发展能力，掌握专业基础知识、应用能力和基本技能，培养在制造行业生产一线从事机电产品设计制造、技术运用与改造、运行管理和经营销售的高级应用型工程技术人才和创新人才。通过创新实践基地建设与创新人才培养实践，系统地对创新人才培养方法及培养目标进行积极的探索。几年的实践表明，创新实践基地建设对创新人才培养起到了非常积极的作用，学生的专业素质和创新能力、适应能力得到了较大的提高。

参考文献

篇（11）

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2012）04C-0176-02

我国高等教育正在逐步实现由传统的应试教育向现代的综合创新型素质教育转化。工程训练作为学生的动手实践能力的教育培养体系，其内涵也从传统的“学习工艺知识、提高动手能力”朝着“增强工程实践能力、培养创新精神和创新能力”方向发展。基于此，国内许多高校已相继建立起规模大、师资水平高、设备先进的工程训练中心。但中心建设应当采取什么模式，工程训练教学应该进行哪些创新改革，这仍是有待探索与研究的课题。本文立足培养学生工程实践能力和科技创新能力，将工程训练与科技创新制作相结合，对工程训练教学体系、内容和方法等进行改革，并结合桂林电子科技大学工程训练中心的教学实践进行进一步探讨。

一、改革工程训练教学体系、内容和方法

（一）改革教学体系

桂林电子科技大学工程训练中心建立在原金工中心基础之上，原教学体系从金工实习单纯的实践教学操作，发展为工程认知训练、基本加工工艺训练、先进制造技术训练、创新实践训练、自命题创意训练等系列化的教学体系。

（二）改革教学内容

首先，由基本技能训练向集知识能力素质和创新精神为一体的训练方式转化，由单机技术技能训练向部分实现局域网条件下的技术集成训练方向转化，由较单一知识和技能训练向综合性创新实践教学的方向转化。

其次，开发新的实训教学内容。为激发学生的实习兴趣，提高学生的创新能力与动手能力，达到良好的实习效果，桂林电子科技大学工程训练中心开发研究制定了新的加工实训教学内容。对于机械类的学生，由指导教师向学生分组布置创新设计制作的任务。在完成既定的实习内容后，留出3～5天时间让学生分组自主进行产品的总体方案设计。方案经教师认真审阅修改通过后，进行草图设计。待所有零件加工、装配图纸经教师审核后，则进入制作阶段，学生按设计要求在各工种指导人员的协助下独立加工。实习期间没有完成的内容可利用实训中心开放时间完成。1～2月后由中心教师组织学生答辩，并设立奖项。

以上改革的实施大大激发了学生的实习兴趣和创造热情，并提高了其独立分析问题与解决问题的能力。同时，教师在整个过程中教学能力和水平也得到提升。

（三）改革教学方法

桂林电子科技大学工程训练中心改变原来“零件生产”的教学方法，革新为“工程产品”教学方法，鼓励学生自行创新设计，培养学生的创新意识和能力，为学生营造一种真实的工程氛围；同时通过训练过程中的合作来培养学生的团队精神及组织、管理能力。此外，中心教师拓展多媒体教学、网络教学、综合训练、创新设计、自命题创意等多方位的教学方法，充分利用网络系统，结合数控技术和网络技术实现远程设计、网络传输、数字化制造等现代制造理念。

二、构建全方位的开放式工程训练教学模式

工程训练中心有丰富的教学资源，而校内许多学生在进行创新实践及科技活动时却找不到合适的场所和设备，中心和学生课外活动没有形成合理的运行机制，从而造成一方资源闲置，而另一方却无设备可用。现代工程训练中心不仅应成为大学生进行基础工程训练的平台，同时也应成为他们开展创新实践、课外科技制作和参与科研活动的平台。构建开放型工程训练体系，正是达成这一目标的有效手段。工程训练的开放可归结为以下几个方面。

（一）训练时间的开放

训练时间的开放，包括训练时间点开放和训练时数开放两层含义。理想状态下，训练时间点开放即学生在任何时间点，包括晚上、周末和节假日，都能进训练室参加训练；训练时数开放即学生可以根据自身需要任意延长或缩短训练时数。

（二）训练内容的开放

训练内容的开放从广度和深度两方面入手。训练广度的开放主要是指最大限度压缩必修训练项目，同时尽可能增加选修训练项目，提高学生选课的自和自由度。训练深度的开放主要是指对训练内容进行分级，如设立基本级、中级和高级三个等级，再由学生根据专业要求和自身条件选择合适的等级参加训练。

（三）训练方法的开放

工程训练中心的教学设施不可避免地存在生产性不足、先进性滞后的局限，这在一定程度上限制了训练的效力。训练方法开放就是不仅采用传统的现场训练手段，也采用现代的训练手段如多媒体教学、远程视频教育和仿真训练等。这些现代的训练手段不仅成本低，安全可靠，而且不乏直观性和吸引力，还可以弥补工程训练中心现场训练中的不足。

三、合理利用和开发软硬件资源，为工程训练教学改革提供良好平台

通过对桂林电子科技大学工程训练中心现有的设备及相关教学内容进行分析可知，在实习学生人数3000余人的情况下，合理利用和开发现有资源以适应教学内容和过程十分重要。对软件资源进行开发，是盘活硬件教学资源的基础，因此，桂林电子科技大学工程训练中心建立了工程训练网络课程，供学生远程学习。通过合理的人员和设备的配置，对实习学生进行多批次、满员额的调整和改革。除对现有的实习学习方式进行创新，教师还积极辅导学生参与各级机械创新设计大赛、“‘十一五’大学生创新性实验项目”开发等，以工程实践学习的角度，通过贴近具体生产实际的研究和指导，最大限度地开发和完善教学内容。这些都在软硬件建设方面对中心的长远建设和发展起到潜移默化的促进作用。

四、学生科技创新制作实例

桂林电子科技大学工程训练中心创立了创新设计项目以启迪学生的创新灵感，同时与本部电子实习中心合作，发挥各自在机械和电子方面的强项，让学生进行真实产品与虚拟产品的开发设计，并让学生自己动手，将创新思想与实践相结合，制作出机械或机电综合产品。以下是学生团队机械创新作品——多功能担架（救援变形金刚）的制作过程：

第一，调研选题。选题主要由学生自主进行，教师提供一些选题方向供学生参考。学生制作完成创新项目申报的ppt等后进行答辩，介绍该作品详细设计思路、原理及创新点，专家和教师组成的评审团认真分析后给出意见和建议，确定其可行性。

第二，设计阶段。一是进行机构优化设计与机构动力学分析。使用相关编程语言对机构变形的关键结构尺寸进行优化设计。运用工程力学、高等数学、机械原理知识，设计并校核各构件结构尺寸，获得电动机和减速器的相关参数。二是对产品进行三维造型。使用CAD软件对作品进行三维造型后，通过其运动仿真模块实现虚拟样机的运动仿真，再次验证该方案的可行性。

第三，加工制作。加工制作主要由学生完成，指导教师负责指导，个别难度大、精度高的加工件由指导教师完成。本阶段同时完成产品的安装和调试。

第四，论文写作与答辩。将上述从方案论证到最后产品加工完成的全过程写成论文，结合该作品拍摄视频文件，并进行文字、图像剪辑，配合论文和实物让专家和学生更好地了解该产品。

综上，完成一个具有一定复杂性和难度的机械产品科技制作，对学生而言，不仅仅是将所学的专业核心课程知识进行了综合应用，而且极大提高了综合能力。此科技创新制作作品已在第四届全国机械创新设计大赛上取得二等奖。通过这个过程的锻炼，学生自信心增强、科技创新制作兴趣浓厚，同时也熟悉了机械产品制作的流程，了解了自己的不足，明确了个人今后的学习方向和发展方向。

五、结语

通过工程训练教学改革的实践，可总结出了以下几点经验：一是应改变原有“零件生产”的教学方法，革新为“工程产品”教学方法，培养学生的创新意识和能力。二是工程训练基地在提供正常教学服务的同时，还应为学生进行创新实践、科技制作、毕业设计以及个人业余学习提供全方位的服务，即实施全方位的开放式工程训练教学模式，最大效能地利用工程训练中心的资源。三是积极组织学生以项目的形式参与制作创新产品，并积极参加各级机械创新设计制造大赛，以提高学生工程实践能力和科技创新能力，为国家培养更多更优秀的创新应用型人才。

【参考文献】

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