在机械设计课程中培养学生的创新思维能力

2022-09-11

人的创新能力是一种综合能力, 其核心是创新思维能力, 它包括思维的独立性, 综合性, 发散性, 灵活性, 逆向思维和大胆想象。人的创新思维能力是需要后天培养的, 不是与生俱来的。然而在传统教育理论影响下, 我们的教育一直是以教师为中心, 以书本为中心, 以课堂为中心。我认为培养学生的创新思维能力的关键, 是在教学中突出学生的主体地位, 采用多种教学形式及教学手段, 调动学生学习的积极性, 主动性, 引入新知识, 新技术, 激发学生的好奇心, 求知欲。注重培养学生的观察力, 记忆力, 想象力。这些是我们每一位老师最值得挖掘的珍惜品质。我通过多年的教学实践, 在机械设计基础课程教学中, 对学生创新思维能力和实践动手能力培养做了有益的探讨。

1 合理地组织教学内容

1.1 理论知识的传授与创新思维能力培养相结合

在教学过程中, 教师向学生传授系统的知识, 这是培养学生创新能力的必要条件, 也是学生扩展新知识, 创造新事物的必要基础。但是, 单纯的传授知识, 并不能有效的培养学生的创新思维能力。而是在讲授知识的同时, 善于提出一系列灵活多变的问题, 引导学生用新的思维方式进行思考。如在讲授机构自由度这部分内容时, 传统的教学内容是给出一平面机构, 让学生求解出该机构的自由度, 并判断其运动是否确定。这类问题的答案最终是唯一的, 求解过程也是机械的套用公式, 限制了学生的思维空间。我在讲这部分内容时, 将内容重新组织, 给出活动构件数, 要求通过低副与高副的组合, 设计自由度等于1的新机构。引导学生采用与传统思维方式相反的逆向思维和发散思维进行思考, 鼓励学生大胆想象。使问题变求同为求异, 扩展了学生的思维空间, 激发了学生的学习兴趣, 大大提高了学生学习的积极性、主动性, 提高了学生的思维品质。

1.2 本课程知识与相关基础理论知识教学相结合

学生从踏进校门起, 进入的就是一个系统的知识领域, 它不仅包含文化课、还含包专业课、人文课程等。学生只有具有了系统的知识, 才能学会用全面的、普遍联系的观点和方法分析问题, 培养综合思维能力。机械设计课程具有较强的综合性, 涉及到公差配合、工程力学、机械制图、金属材料、工艺等多方面的知识, 学习这门课程有一定的难度。我在讲课中, 采用灵活的教学的方式, 将本课程知识及其相关知识有机的结合在一起。如:在讲授轴的设计时, 就组织学生到工厂参观、看教学录像与课件, 进行轴的加工、装配现场教学。从轴的功用、材料、毛坯、结构、受力分析、热处理方法、加工工艺一直到装配工艺, 边观察、边分析、边讨论, 以本课程的知识为中心, 融合相关知识。教学过程中, 有理论、有实例、有实践、有工厂独特的“绝招”, 易于突破难点, 使已学过的机械制图、力学、材料等知识得到生华, 提高学生工程素质和创新思维能力。

1.3 基础理论知识与前沿知识相结合

我在教学过程中, 注重引入与教学内容相关的前沿知识。向学生介绍新知识、新设备、新技术、新动态, 如硬齿面齿轮传动、滚动螺旋传动、行星传动、新型连轴器、机械CAD等, 起到开阔视野, 扩大知识面, 激发创新意识的作用, 同时促进了学生学习教学大纲所要求的内容的积极性。如齿轮传动是最常见的机械传动方式, 由于使用过程中存在摩擦磨损, 机械效率有所降低。学生通常采用增加润滑, 选择适当材料及热处理方法等措施减轻摩擦和磨损。我引导学生突破固有的思维模式, 从创新的角度分析提高传动效率的措施, 进一步启发学生是否有可能消除摩擦力?即两齿轮不接触。学生的兴趣一下调动起来, 他们通过市场调研, 到图书馆查资料, 广开思路, 提出了用液体、气体、电磁铁使两轮不接触。而利用磁铁同性相斥原理, 做成磁浮齿轮, 正是目前欧洲生产的新型齿轮。教学中我及时抓住学生思维的闪光点, 引入磁浮齿轮新知识, 开阔学生思路, 使理论知识得到升华, 培养了学生的创新意识和创新思维能力。只有在教学中坚持做到教学内容与前沿知识相结合, 才能够将培养学生的创新思维能力落到实处。

2 灵活多样的教学形式与手段

教学形式与教学手段应用是否合理, 是教学成败的重要因素之一。我在教学中, 围绕培养学生的创新思维能力和实践能力, 采用灵活的教学形式, 运用多种教学手段, 取得了良好的效果。

2.1 传统的教学手段与现代化教学手段有机的统一

由于科学技术的飞速发展, 一些现代化教学手段相继进入教学领域, 现代化教学手段的运用, 可使学生对所学教材充分感知, 能活跃学生的思维过程, 有利于学生创新思维的培养, 大大提高教学效率和教学质量。当然, 利用现代化教学手段并不排斥传统的模型、挂图等。具体利用何种手段, 要视教学内容而定。既不能盲目追求使用现代化教学手段, 也不能固守教具、挂图, 而是充分利用现有的教学手段在讲课过程中将其有机的结合起来。如在讲授机构时, 利用陈列柜中各种机构实物进行分析;安排机构创意组合实验, 对联轴器和离合器则利用教具、录相与挂图相结合, 让学生观看各种联轴器, 离合器的结构、特点、应用, 达到很好的教学效果;而对于一些用挂图, 教具难以表达的教学难点, 则借助多媒体技术能迎刃而解。如凸轮轮廓曲线设计中的反转法原理, 应用挂图、模型都不能很好的表达, 而今通过制作多媒体课件, 很清楚地表达反转法的原理, 很受学生欢迎。凡涉及机械结构的内容, 一般先看教具、实体动画, 在学生有了感性认识的基础上, 再讲解工作原理和特点, 将枯燥、乏味的结构内容转化为形象、有趣的动感内容, 增强了学生对零件结构的认识。而后者本身就是借助现代化教学手段的创新, 这对于提高学生创新思维所应具备的直觉思维, 综合思维, 大有帮助。利用计算机, 投影仪, 可随时将现实生产和科学研究成果照片, 制成图片反映到课堂中来, 充实教学内容。科学合理的运用现代化教学手段, 又无疑对培养学生的创新思维能力起到直观的、有效的推动作用。

2.2 课堂教学与课外学习有机的结合

随着社会的发展, 知识量的迅速增加, 要想在课堂上把所有内容讲解透彻, 不仅不必要, 也是不现实的。通过课堂教学, 接收知识信息, 培养智能也不是唯一的渠道。社会课堂更丰富, 更多彩, 更有利于学生创新思维能力的培养。如讲平面连杆机构时, 除列举缝纫机、雨伞、摇头扇等实例, 还组织学生到工厂现场讲解机构在工程中的应用, 使他们了解平面机构的组成、工作原理。

在讲传动时, 组织学生到工厂参观流水线上各种传动装置, 分析各种传动的工作原理、所用材料、装调、使用、维护的方法, 让学生比较不同传动方式应用场合、特点, 撰写调查报告。拿到课堂上讨论。学生在写调查报告过程中, 要查阅资料, 对涉及到的问题进行论证, 促进学生将相关知识融为一体, 形成自己的知识结构。

课外学习, 将理论知识与实践知识相互融合, 渗透, 是课堂教学的延伸与升华。通过课外学习, 使学生增加表象储备, 是培养学生创新能力所必备的条件。

2.3 课堂教学与实践教学相结合

机械设计是一门实践性很强的课程, 要培养学生的设计技能和创新技能, 就必须多注重实践教学, 实训教学是高职教育的关键环节, 必须予以重视。

在平面机构这部分, 开设创新性机构设计实训, 学生利用实训室中各种各样的构件、运动副, 按要求搭建机构, 在实训中, 将所学的平面机构运动特性、机构自由度和机构运动简图等知识通过融会贯通, 加强创新思维能力。

传动部分, 增设带传动的安装与调整实训。在实训中, 学生学习带传动安装、调整技能, 分析比较不同张紧方案的优缺点, 培养工程意识。

轴系结构设计既是本课程的重点也是学生学习的难点。为此, 开设综合设计性实验, 利用轴系结构实训设备, 每两个学生一组, 要求学生针对所给轴的条件, 完成结构设计方案的拟定、设计计算, 组装, 调试的全过程, 并对自己方案进行论证, 这是理论联系实际, 培养学生创新思维的有效途径。

在教学中, 依托实训室, 使学生深化和巩固所学的理论知识, 淡化教室与实训室的界限, 充分发挥工程环境的教学优势, 激发学生的学习兴趣。

3 综合化的考评内容与形式

考评作为考核学生成绩的一种手段, 对学生的创新能力培养具有不可忽视的诱导作用。目前常采用以笔试为主的考评方式, 着重考查学生对知识的记忆, 定向理解与运用, 很难考评学生创新能力。如学生综合运用所学知识、分析和解决生产中实际问题的能力;现场解决问题的应变能力;动手操作能力等, 均不能用笔试考评。因此, 不利于调动学生平时学习的积极性、主动性和创造性。我在教学中改变传统的考核方法, 强调教学过程中的考核, 注重学生综合能力的培养和考评, 主要方法有以下几点。

3.1 平时考核与阶段考核相结合, 重在平时考核

以往学生的课堂提问, 家庭作业课堂报告均不纳入期未总评, 因此学生对此重视不够, 现在把课堂提问, 学生在课堂上的发言、讨论中的表现、课外答疑、家庭作业、专题小论文、小测验成绩全部纳入期未总评成绩, 并对有新意的解答问题给予加分和鼓励, 这样做使学生重视平时的学习, 有助于分析能力, 口头及文字表达能力的提高, 有助于培养学生的创新思维能力。

3.2 开卷考试与闭卷考试相结合, 重在开卷考试

闭卷考试是传统的考试方式, 经过多年的实践, 仍有其生命力。闭卷考试是检查学生基本概念、基本理论、基本技能的掌握情况, 只有理解并牢固掌握这些基本知识, 才能进行创新。但闭卷考试不利于学生思维潜能的发挥。开卷考试试题形式灵活、多变、综合, 注重引导学生在牢固掌握基本概念的基础上, 在解决工程问题上下功夫。如以开卷考评方式对学生进行轴及齿轮的材料、热处理方法、结构、传动设计的综合考评, 减轻了学生的思想压力, 从而提高了学习的主动性。

3.3 理论考核与实践考核相结合, 重在实践考核

机械设计是机械类一门重要的专业课, 是门理论性和实践性较强的课, 我们在重视理论考核同时, 增加了综合实践考核。考核重点是本课程与其它相关专业基础知识在实践中应用能力, 考核学生用理论知识解决工程问题的能力, 促进学生手脑并用, 开发大脑的潜能。实践考核的类型很多, 如:实训、实习、社会活动、课外科研活动等等, 这种考核重在学生能力和素质的培养, 有利于学生创新思维能力的提高。

几年的实践证明, 学生经过创新能力的培养, 综合素质有明显提高, 深受用人单位好评。培养具有创新精神的高素质人才是一项系统工程, 不是一两门课, 一两个教学环节能够解决的问题, 它是一个长期而艰巨的任务。但是, 只要每一位教师能够在教学实践中不断探索, 一定会有成效。

摘要：提出了机械设计课程教学中培养创新思维能力方法和手段, 并对如何通过课堂教学和实训教学, 培养学生的创新思维能力进行了探讨。

关键词：机械设计,教学,创新思维