田静云

（陕西理工大学机械学院，陕西汉中723000）

论工科学生综合能力的培养—指导机械创新设计大赛的几点体会与思考

田静云

（陕西理工大学机械学院，陕西汉中723000）

从机械创新设计大赛入手，结合指导学生参赛的过程中遇到的问题，指出了机械创新设计大赛对于工科大学生创新思维、团结协作能力和实践能力培养的重要意义。机械创新设计大赛对促进高校的教育教学模式改革，有着积极的指导作用。

机械创新设计大赛；综合能力；培养；教学改革

对于身处校园的大学生来说，参加各类科技竞赛活动是培养综合素质、提高综合能力的最迅捷而有效的途径。国内外各高校都非常重视大学生综合能力的培养。

美国麻省理工学院（MIT）在教学计划中明确规定大学生必须从低年级开始参加科研创新活动，努力培养学生的独立工作能力、创新能力和组织能力。德国高等工程院校十分重视实践教学环节，要求每个工科学生完成创新设计和创新实践教学任务，通过一系列的系统教学来培养学生的工程实践能力和创新设计能力。法国高等教育和研究部自1999年起每年举办国家技术创新型企业创业大赛，旨在通过创业大赛发掘优秀技术创新项目，并给予获奖项目研究、技术及资金等方面的支持。

运20的总工程师唐长红先生，预警机的总设计师陆军在“开讲啦”中均讲到：创新设计是必须的，自主创造是必须的。为了实现从制造大国到制造强国的转变，国家把提高大学生的创新实践能力提高到了一个新高度。由教育部高等教育司主抓，各省教育厅具体开展，全国大学生机械创新设计大赛活动如火如荼的举办着，一届比一届盛开。机械创新设计大赛激发了学生的创新意识，培养了学生的创造精神，提高了学生的创新能力，使大学生综合能力大大提升。正如中国科学院院士，著名机械工程专家、教育家杨叔子所指出的，机械很重要，没有机械就无所谓工业；创新很重要，没有创新就没有发展；设计很重要，设计决定着产品的成本、功能和使用寿命，所以，机械设计创新大赛很重要[1]。

1 机械创新设计大赛过程中暴露出的问题

参与机械创新设计大赛过程就是一个产品设计成型的过程。设计一个产品，必须有严谨的思考，反复的试验，表达明确的图纸和文字等。但在指导的过程中发现，同学们对设计产品缺乏系统认识，存在诸多问题。

（1）追求空、大、全。学生在方案设计初期时，考虑“全面”，设想自己的方案能实现设计题目所涵盖的所有功能，导致结构繁杂，加工难以实现。这种思想设计上的空、大、全，因为没有并行考虑机构运动方案的可行性和考虑加工制造的难度与成本，所以设计最终只能停留在方案设想阶段。进行方案设计时，分析参赛要求的各项功能，哪些是必须达到的（基本功能），哪些是辅助的，分清主次，提高设计效率[2]。

（2）设计过程混乱。一个产品的形成，是有其科学的设计过程的。市场调研-功能分析-方案选择-运动、动力分析-结构设计-制作实物，这是机械设计的基本要序[3]。但是在机械创新设计大赛中，有很多学生是想象一个实体结构，然后三维建模、制作，常常是实物已经制作却说不清楚工作原理。这其中就会隐藏很多不足，比如机构运动原理不可行、主要零部件结构不合理等，导致设计的失败。

（3）缺乏设计规划，不知控制成本。成本高低是衡量产品是否可行的一个重要因素，合理的设计规划，对控制成本是有效的。有的学生在选定了比赛的主题后，不是先了解设计题目的目的和意义，连机构的运动方案还没确定，就急着去选择电动机、传动机构等。笔者指导的一组学生，只有设计思路，还没确定运动方案，没有结构设计图，就去购材、外出加工，花费较大且失败。有的参赛组，因为没有在设计过程中进行传动机构类型、零件材料等的比较评价，直接购买安装、试运行，多次改换、调整，花费巨额制作，成本太高，还浪费了时间。

（4）文字表述能力太差，绘图能力不足。在指导过程中，发现学生的文字表达、逻辑叙述能力低下，词不达意，设计意图和作品功能没有很好地表达出来。在设计过程中，学生本末倒置，先加工后绘图。图纸是加工的依据，没有图纸的制作就在不断的修改再加工中度过，费时费力费财。若有幸制作成功，却发现绘图成了问题。还有视图的选择、零件图的标注等等，不尽人意。作品的设计说明书和三视图表达是非常重要的，表达清楚的设计说明书和二维三视图，能够使作品更加精彩。

2 机械创新设计大赛对学生综合能力的培养与要求

工科大学生的综合能力培养着重在创造性思维、创新能力、艰苦创业精神、团结协作意识等方面。而机械创新设计大赛是培养大学生自主创新能力、综合设计能力与团队协作精神，并且加强大学生动手动脑能力与工程训练的重要举措。

（1）培养学生的创新思维与实践能力。机械创新设计大赛，激发和练就学生的创新意识和创新能力，提高学生整体素质。没有创新意识、创新能力的学生，谈不上是有素质的当代优秀大学生。通过参加创新设计大赛，学生的创新思维得到了锻炼，其机械设计和工艺制作等实际工作能力得到了提升。机械创新设计大赛的主题充满了人文内涵，通过参加大赛，促发了学生服务国家服务人民的社会责任感。

只有创新思想，没有实践能力，是不可能设计出一款优秀的作品的。笔者指导的一组学生，自己在车床上车削了套筒式固定联轴器，联轴器和轴的连接采用了型面连接，这是学生融合贯通了所学“连接”和“联轴器”两章内容的结果。学生用废旧的车胎橡胶自己动手粘制了符合他们要求尺寸的平带。在硬币分拣机中，当硬币下落时有撞击噪声，学生利用软塑料垫板粘在箱壁和护板上，起到减震降噪的作用[4]。在自己动手，实际制作的过程中，学生通过使用各种加工工具和加工设备，其实践能力也得以提升。

（2）提高大学生对所学知识的综合运用能力。参与机械创新设计大赛的过程，就是学生对所学知识综合运用的过程。选定比赛的设计题目后，就要着手了解大赛所给题目的设计含义和社会意义，了解即将设计的机械的国内外发展状况；分析现有产品或类似产品的性能和不足，找准参赛设计的入手点。这就需要学生具有查询文献和阅读提炼的能力。

笔者指导的另一组设计——助理机械之一臂之力。学生初始只设计了人工手摇，只考虑了室外应用条件。后来综合分析，加上电控可以扩大使用范围。在参赛前的两周时间内，这个学生自己设计了和安装了电控系统，实现了产品的机电一体化。

设计图纸的绘制和设计说明书的表达是作品介绍的窗口。图纸设计表达清楚，加工中出现错误的几率就会大幅下降，避免了返工，节约成本，提高效率。通过参加机械创新设计大赛，学生的绘图能力都有明显的锻炼和提高。设计说明书应言简意赅地说清楚设计意图、机构的工作原理和零部件的结构。一份撰写优秀的设计说明书会给参赛时的答辩提供不少帮助，给作品加分。

一个机械产品的设计，需要综合运用多项理论知识，机构运动原理设计、力学和运动学分析、强度设计、公差技术、自动控制技术、加工工艺和选材等等。通过参加机械创新设计大赛，锻炼了学生对所学理论知识综合运用的能力。而学生综合运用所学知识的能力高低对以后走上工作岗位影响深远，工作需要的是能够解决实际问题的能力。

（3）培养学生系统考虑作品全局和团结协作精神。新产品的设计是一个系统工程。运动方案的简洁、结构设计的简化、加工制造和材料的成本、操作是否方便等，在设计初期就应该统筹考虑。作品的成本包括加工制造成本、材料成本，对于参赛作品还有一项就是反复的试验、改进所带来的成本。这就要求在方案设计时要尽量简洁、结构尽可能简单，降低加工过程成本；尽可能利用校办工厂、实验室里现有的机床自己加工，减少外出加工，降低成本。选材，我们的作品是参赛，在选材上不要和商业产品比较，可以利用一些废旧物料，降低成本。比如：机架，可以采用废旧角钢等。

良好的团结协作能力是21世纪人类必须具备的最基本素质。只有把自己融入他人之中，才能相互取长补短，完善自我。通过合作研究，反馈和辩论，可以激发创新思维。笔者今年指导的一参赛组，组员一人。学生本人积极努力，认真能干，可就是不愿与他人合作。认为试图参与的同学能力达不到他的要求，还不如他一人完成。作品的电控装置是他个人自学、反复试验摸索完成的。因为反复试验、装拆了多次，花费了大量的时间，报废了很多电子器件，成本大幅提高，外观上很粗糙。一个机械产品的完成，往往不是一个人单打独斗能成功地，几个人的合作会事半功倍。

3 机械创新设计大赛对现有教学教育模式改革的需求

（1）拓展课程内容，调整课程体系。现在多数的产品都是机电一体化，学生的专业知识面应该涉及多个学科。创造能力来源于宽厚的基础知识和良好的素质，所以拓展课程内容，调整课程体系，给学生更多的选择学习的机会，是教学改革的方向。增加选修课的比重，放开选修课程的专业限制，允许学生跨系、跨专业选修课程。比如机械类学生可以根据自己的兴趣、以后的工作意向选择相应的科目。这样也可变被动学习为主动汲取所需知识，效果会更好。

定期举办创新设计或作品讲座，从市场调研，方案选择，结构设计，成本核算，营销等，让学生对做一个产品的全过程有一个了解。请老师或以往参加过比赛的优秀学生，介绍一些最基本的科研和创新方法，例如选题的确定，相关资料的查找、分析、整理，怎么撰写研究报告、学术论文和专利申请书等等。

（2）改进考核模式。以大作业的形式，练习学生方案设计和选择的能力，成绩计入课程考核当中。把机械创新设计大赛和毕业设计、课程设计结合起来。机构运动方案选择、尺度综合阶段正好同步机械原理课程设计；结构设计、绘制工程图代替机械设计课程设计。这样，学生有更多的时间、更集中精力参与创新设计，也能够带动更多的学生参与创新设计。

机械创新设计大赛是一个产品设计的全过程，与毕业设计相似。利用大赛的主题替代毕业设计，给大四的学生也提供了机会，既完成了学习任务，又锻炼了学生的创新、实践能力。

（3）开放型的创新实验室。实践必须有坚实的软硬件基础[5]。深圳大学的王华权老师，建立了DIY实验制作实验室，吸引了众多的学生跨学科跨专业来参与，国外的学校和企业也组织学生和职工来体验，取得了非常好的效果。为了更好地推动校内机械创新设计大赛，加强人才培养实践活动的进行，我院教学实验中心设置创新开放实验——机构运动方案的设计实验和机械传动的设计实验，给学生搭建机构、探索组合传动提供了平台。实验室也针对机械创新设计大赛购置一些常用的材料，比如带轮、机架板，角钢等，为学生提供方便。

（4）建立培养创新人才的教学模式。改变传统的教学模式，通过讨论课、微课等，提高学生的学习积极性，变被动学习为主动学习。在教学上要营造一种有利于工程实践能力、创新能力的培养和学生个性发展教育的氛围。机械类的理论课乏味枯燥，填鸭式教学极少打动学生。教师可以把自己的科研、工程实例等内容，在上课时与学生讨论，也可以鼓励学生改进实验设备等，带动学生参与工程实际。带领学生在工程实践中发现问题，思考问题，继而解决问题。解决工程问题必须要有扎实的理论基础知识和较高的综合素质，引导学生为此而努力奋斗。

（5）指导教师的培养。实践是创新之根。在实践中学习与思考，在实践中创新[6]。中央10套的科学与探索节目中，很多的机械爱好者，制造出剥板栗机、刮鱼鳞机、刀削面机等，这都是实践出真知的例子。而我校的高校教师基本都是从学校毕业就进入高校从教，缺乏生产一线的实践经历。教师在工作初期两年内，尽量多的时间去工厂的生产一线锻炼。售后服务也是锻炼的好地方，只有知道了产品在使用过程中存在的问题和不足，才会有创新和改造。

4 结束语

通过参加机械创新设计大赛，工科学生的创新思维和实践能力得到了提升和锻炼，团队精神得到了培养。机械创新设计大赛促使高校进行教学改革，实现理论与实践有机结合，促进学生综合能力的培养。在就业择业的过程中，用人单位更看重学生的综合能力，因此参加过机械创新设计大赛的学生，受到了用人单位的青睐。

[1]杨叔子，吴昌林，彭文生.机械创新设计大赛很重要[J].高等工程教育研究，2007（2）：1-5.

[2]濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

[3]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，2006.

[4]陕西理工大学.一种小型硬币分拣机：中国，ZL201620972 504.4[P].2017-01-05.

[5]王树才，宗望远，丁幼春，等.大学生机械创新设计大赛与创新人才的培养[J].高等农业教育，2007（10）：63-65.

[6]杨叔子，吴昌林，张福润.四论创新之根在实践[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

陕西省重点学科机械设计及理论学科（陕教科（[1992]29））

田静云（1975-），女，硕士，副教授，主要研究方向为新型机械传动的设计与研究。