机械原理创新改革课程设计论文

2022-04-29

摘要：针对目前机械原理教学中存在的不足，提出了与创新项目相结合的机械原理教学方法改革，探索了从建立典型机械创新项目、建立三维软件的机械原理创新项目、建立开放实验室、“以赛促学”、融入教师科研项目、优化课程设计教学等方面培养学生创新能力。下面是小编为大家整理的《机械原理创新改革课程设计论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

机械原理创新改革课程设计论文篇1：

3D打印在机械原理课程教改中的应用

摘要：针对机械原理课程传统教学中存在的重理论轻实践问题，将3D打印技术引入机械原理课程教学中。研究了3D打印机械原理课程教具、3D打印用于机构等知识点的学习巩固、用于课程设计和用于机械创新设计比赛等，总结了3D打印应用于机械原理课程需要注意的几个问题。通过3D打印技术改进了教学方法，提高了实践操作时间，促使机械原理课程教学由偏理论轻实践逐渐向理论实践并重的教学方式转变，考核方式更倾向于产品设计的实际能力，提升学生的职业素养。

关键词：机械原理;3D打印;教学改革;OBE

0 引言

机械原理课程是机械类专业基础课程，包含机构的结构分析、受力分析、运动分析，凸轮机构、连杆机构、齿轮机构等原理性内容，理论课时占比重。而新工科教育、职业技能教育和OBE教学改革的要求是越来越强调学生知识和能力的全面发展。要改变原有的理论课时占比不是一件容易的事情。对于相同的内容，实践操作往往比理论讲授需要花费更多的时间。3D打印是一种基于数字模型，利用塑料等可粘合材料，逐层打印构造实物的一种技术，可有效解决传统机加工制造机械装置实物耗时长、费用高等问题，很适合于机械原理课程的实践教学。为此，本文主要研究了3D打印在机械原理课程教学中的几项具体应用和需要注意的问题。

1 3D打印在课程教学中的应用研究现状

关于3D打印在课程教学中的应用，有些高校教师对此进行了相关研究和实践。例如，毛玮等研究了3D打印技术在机械原理教学教具制作中的作用[1]。史洪松探讨了3D打印在机械设计与原理教学中的应用思路和优势[2]。王小新等将3D打印应用于塑料制品设计课的教学工作中[3]。翟彦飞分析了在机械专业课教学中应用3D打印的优点[4]。李定玉等探讨了力学课程中3D打印技术的应用[5]。王明振等研究了3D打印技术在新工科实验课程中的应用[6]。孙文柱等探讨了航空仪表设备课程教学中3D打印技术的应用实践[7]。高延峰等研究了机器人课程教学中应用3D打印技术的好处[8]。尹涛研究了机械专业课程教学中3D打印应用实践[9]。郭美君研究了FDM3D打印运用于机械专业课程的教学改革实践[10]。王莉霞等研究了机械制图课程教学改革中3D打印技术应用实践[11]。林春宇探讨了机械设计基础课程教改中的UG建模和3D打印技术综合应用[12]。

以上文献主要研究了3D打印的优点和在不同课程教学中的应用，对机械专业课程教学中的3D打印技术的应用主要局限于教学教具制作，使用的范圍小，应用实践也不是很充分。本文将3D打印运用于机械原理课程教学中多个方面，促进机械原理课程教学方法和教学内容的改革，提高学生动手操作能力和课程学习的获得感。

2 3D打印在机械原理教学中的应用

当今高校新工科和OBE教学改革的一个重要方面是要改变传统课堂教学中的填鸭式教学模式，提高学生实践动手能力。在满足理论教学的同时如何提高学生实践操作时间和参与机会是一个急需解决的教改难题。3D打印机操作方便，学生上手快，与UG、Pro/E、Solidworks等机械工程应用软件对接良好。以机械专业基础课程机械原理为例，3D打印技术在机械原理课程教学中的应用主要有：用于机械原理教具的制作;用于机构等知识点学习巩固;用于课程设计;用于机械创新设计比赛等。3D打印技术的应用，可丰富课程教学方法，增强学生对机械原理主要知识点的理解，提高学生课程教学活动参与度和动手能力。

2.1 3D打印机械原理课程教具

机械原理课程中的理论知识很多，原理性内容深奥而抽象，抽象的原理性内容教学很容易使学生在课堂上犯困，学生的接受程度难以跟上教师的教学节奏。3D打印机械原理教具，可以弥补学校专业课教具不足，有效解决机械原理课程教学的抽象问题。教师在讲解理论知识的同时，可通过3D打印的实物模型演示给学生看，可有效提高教学效果。学生通过观看和接触3D打印的凸轮机构、齿轮机构、连杆滑块机构等直观认识不同机构的特点，增强对不同机构工作原理的认识。3D打印机械原理课程教具，可改变传统机械原理课堂教学格局，充分发挥理论教学、案例教学、启发式教学等多种方式相结合的混合式教学的长处。

2.2 3D打印用于机构等知识点的学习巩固

机械原理课程的教学内容很丰富，课后作业是学生巩固课堂所学知识的一种非常有效的方法。传统的作业形式都是以计算题、问答题、分析题等的文字型作业，形式单一。借助3D打印技术，我们可以将课后作业的形式变得多样化，例如可以将作业布置成制作连杆机构模型等等。我们学校工程实训中心有30多台3D打印机，学生可以在课后利用3D打印机制作出机构模型实物。这就不仅仅是需要学生动脑，还需要学生动手操作。从而可以进一步优化和调整机械原理课程理论教学与实践教学的比重，使机械原理这门专业课教学更能发挥出其应用性，可促进学生的学习热情和兴趣。

2.3 3D打印用于课程设计

机械原理课程设计是一个重要的实践环节。根据教学安排，每个机制专业班级在上完机械原理理论课程后有两周时间用于机械原理课程设计。两周时间不是很长。在此期间，学生需要完成机械装置的原理分析、理论计算、画图和制作模型。虽然每个组一般会有4～6名同学，但在两周内完成所有的工作还是存在一定困难，尤其是所设计的机械装置比较复杂的情况。这些工作中，制作模型的过程是很耗费时间。如果采用钢材进行机加工，不仅时间长，而且其中涉及的安全问题也是任课教师需要时刻关注的。而采用3D打印技术加工实物模型，时间上与机加工稍长，但是3D打印非常安全，学生也容易掌握3D打印机的操作，相对来说，给学生培训3D打印机操作的时间比培训数控机床操作的时间要短很多，这样，3D打印总的时间更少，也更安全。3D打印有利于机械原理课程设计任务的圆满完成。

2.4 3D打印用于机械创新设计比赛

应用型大学本科生培养的一个重要方面是培养学生的应用能力。学生在校期间除了学好课堂上的理论知识外，还需要能将专业知识运用于实际，解决实际问题。每年举办的全国大学机械创新设计比赛就是一个很好的活动，能让学生有运用知识、提高操作能力的实践机会。机械创新设计比赛是需要比赛选手做出实物出来的。而在机床设备等不是很充分，加工能力不是很足的情况下，3D打印可以从一定程度上弥补这种缺陷，帮助学生将实物作品打印出来。通过3D打印的实物模型同样具有较好的强度，完全能展示出作品各项功能。不仅机械创新设计比赛，其它类型的一些比赛也可以通过3D打印技术制作出比赛作品，3D打印较好地支持了学生的各项创新能力训练。

3 机械原理教学中使用3D打印需注意的问题

在机械原理课程教学中通过使用3D打印技术，改进了教学方法，提高了实践操作时间，促使机械原理课程教学由偏理论轻实践逐渐向理论实践并重的教学方式转变。进一步完善了机械原理课程的考核评价体系，考核方式更加倾向于解决产品设计的实际能力，提升学生的职业素养，考核内容更全面，考核方式更科学，知识与能力的考核并重。在机械原理教学中使用3D需注意以下几个问题：

①使用3D打印需要具备基本的硬件条件和软件条件，学校需要有一定数量的3D打印机和3D打印材料，学生需要掌握至少一种三维建模软件，例如Solidworks、UG、Pro/E等等。教师需要将3D打印机的使用操作步骤传授给学生，好让学生能够自主使用3D打印机打印作品。

②单个打印的模型不宜太复杂，尺寸不宜过大。每台3D打印机的打印能力是有限的。教师布置给学生的作业，或学生自己设计的作品，在使用3D打印机打印的时候，总长、总宽、总高等尺寸不能超过3D打印机的尺寸界线。若作品尺寸过大，应该将作品各部分分拆进行打印。

③教师需要对学生进行分组管理。由于3D打印机的数量有限，3D打印模型是需要耗费时间的，因此，很难做到一个学生一台3D打印机，把学生进行分组就很有必要。每组需要设1名组长进行管理。每组可以合作一个作品或几个作品，这样可以保证每组的学生都能在规定的时间内完成实物制作作业。学生在实物制作过程还能相互交流，相互促进，增长知识和能力。

4 总结

针对机械原理课程传统教学中存在的重理论轻实践问题，结合OBE教学改革和新工科建设要求，将3D打印技术引入机械原理课程教学中。研究了3D打印機械原理课程教具、3D打印用于机构等知识点的学习巩固、3D打印用于课程设计和3D打印用于机械创新设计比赛等，改进了教学方法，提高了实践操作时间，促使机械原理课程教学由偏理论轻实践逐渐向理论实践并重的教学方式转变。完善了机械原理课程的考核评价体系，考核方式更加倾向于解决产品设计的实际能力，提升学生的职业素养，考核内容更全面，考核方式更科学，知识与能力并重。

参考文献：

[1]毛玮，蒋洪奎.3D打印技术在机械原理课程教学中的应用 [J]. 工业设计，2019（09）：33-34.

[2]史洪松.3D打印技术在《机械设计与原理》课程教学中的应用[J].信息与电脑（理论版），2018（16）：239-240.

[3]王小新，黄兆阁，温时宝.CAD-CAE及3D打印在《塑料制品设计》课程教学中的应用探索 [J]. 高分子通报，2020（02）：54-58.

[4]翟彦飞.浅析3D打印技术在高职院校机械等相关课程教学中的应用 [J].内燃机与配件，2020（02）：279-280.

[5]李定玉，王如转，郑恒伟，等.3D打印技术在基础力学课程教学中的应用探讨[J].教育教学论坛，2019（27）：197-198.

[6]王明振，高霖.“新工科”背景下3D打印技术在“土木工程结构实验”课程教学中的应用 [J].教育现代化，2018，5（23）：202-206，223.

[7]孙文柱，曲建岭，高峰，等.3D打印技术在《航空仪表设备》课程教学中的应用[J].教育教学论坛，2018（39）：92-94.

[8]高延峰，万文，洪连环，等.3D打印技术在《机器人》课程教学中的应用[J].机械设计，2018，35（S2）：324-326.

[9]尹涛.3D打印技术在机械专业教学实践中的应用和探索 [J].时代汽车，2020（21）：42-44.

[10]郭美君.机械专业教学中FDM3D打印技术的实践探究 [J].农家参谋，2020（24）：208.

[11]王莉霞，彭敏，周磊.双创背景下3D打印技术在机械制图课程教学中的应用研究[J].装备制造技术，2020（09）：106-108.

[12]林春宇.基于UG建模的3D打印技术融入《机械设计基础》课程的改革[J].装备制造技术，2020（09）：120-121，124.

作者：李永湘何晓芬马秀勤张宁

机械原理创新改革课程设计论文篇2：

与机械产品项目相结合的机械原理课程教学改革

摘要：针对目前机械原理教学中存在的不足，提出了与创新项目相结合的机械原理教学方法改革，探索了从建立典型机械创新项目、建立三维软件的机械原理创新项目、建立开放实验室、“以赛促学”、融入教师科研项目、优化课程设计教学等方面培养学生创新能力。通过项目的实施，使学生掌握了机械原理课程的基本概念，并提高学生的学习主动性，加强了学生的实践能力，显著提升了学生的创新能力。

关键词：机械原理教学改革创新能力机械产品

机械原理以介绍三大常用机构包括連杆机构、凸轮机构、齿轮机构，并对三大常用机构进行结构分析、力分析和运动分析，让学生具备对简单机构产品进行方案设计的能力。“机械原理”是机械类本科专业的一门专业基础课[1]，对机械类学生后续课程的学习具有深刻的影响。虽然课程重要，但课程理论性强，让学生在学习过程中经常感觉到枯燥和无趣。同时由于课程内知识点之间的关联性强，一旦有部分内容没有理解，直接会影响到后续课程的学习[2-4]。因此，如何有效地培养学习兴趣和提高学习效率，是高校教师的一个非常具有技术性的课题研究方向[5-7]。

湖南文理学院机械工程学院根据自身的学科专业优势，围绕学校“地方性、开放式、国际化”的办学定位，以促进就业为导向的办学思路，以新工科理念为引领，始终坚持以学科建设为龙头，以教学为中心，按照“实基础、重应用、强能力、出特色”的人才培养目标，在专业办学过程中，经过多年的沉淀和发展，形成了了一套自己的专业办学特色。其中，为了实现学生更好的学习效果，学院力促教学团队的成立，鼓励教师创建精品课程。《机械原理》作为一门重要的专业基础课，是最早成立教学团队和进行线上建设的课程。目前《机械原理》课程除了建设完成丰富的线上资源外，还针对课程特点，形成了与机械产品项目相结合的教学特点，在学生中获得了一致好评。

1 与机械产品相结合的机械原理课程教学

1.1 典型机械创新项目的建立

机械创新项目的建立是实现此课题的前提条件。要能针对教学中的重点，进行项目的选择，恰当地设疑，引导学生主动思维，定向探索问题，建立一些密切联系工程实际并激发学生创新能力的优秀项目。例如雨刮刷、工业机器人、车门闭合装置、停车装置等。通过项目实施，将理论知识与具体机构直接联系。让学生观察典型机构创新项目的结构组成和运动方式，通过对具体机构的观察和分析，让学生带着问题去学习，可极大地提高学生对于机械原理学习的兴趣。然而，目前典型机械创新项目还远远不够，还需要从课堂内、外继续收集材料，并在已经建立的项目上进一步进行筛选，得到更适合、更具代表意义的项目课题。

1.2 基于三维软件的机械原理创新项目的建立

“机械原理”课程中需要学生完成机构的运动分析，而动态分析需要学生具有较强的空间思维能力，而这恰恰是学生所欠缺的能力。现在随着三维软件的普遍使用，学生具备熟练的三维绘图能力是社会对学生的一个基本要求，将机构简图中枯燥的图形使用三维软件进行绘制，并通过仿真以生动具体、形象逼真的形式再现给学生，使学生更容易理解、更有兴趣。例如，建立三维的连杆机构、齿轮机构、凸轮机构及一些间歇运动机构，让学生能够立体地了解三大机构并进行运动仿真训练。并要求学生找寻日常生活中的常用机构，如汽车车门关闭系统、窗户关闭装置、家用搅面粉机等，要求学生观察生活中存在的机构并绘制三维图形，既培养了学生理论学习中对机构的深刻认识，还强化了学生的三维绘图能力。

基于此，在教学中，以工程应用为主线，以三维软件为教学平台，对《机械原理》课程内容进行整体优化，加以创新处理，突出理论和实践的结合，处理好传统与先进、理论与实际应用之间的关系，挖掘学生的潜能，突出学生工程实践能力和创新设计能力的培养。授课时以讲明概念、基本原理为原则，边讲边练，讲授、示范、练习相结合。如通过一个具体的实例，让学生完成方案设计的全过程，培养学生应用三维软件进行零件的三维建模能力，让学生将理论和实践有机地结合在一起。这样既传授了三维软件的使用方法，又融合了《机械原理》的相关知识，使教学过程生动逼真，学生的综合实践能力得以迅速提高。

以往的设计学生通过想象，是否能够实现是一个未知数，采用三维软件后，学生可以将自己的设计成果模拟出来，判断设计的正确与否。但是机械原理课程改革中，既要培养利用计算机解决工程实际问题的能力，又不能把课程变成单纯的计算机课程。注意力主要放在机械问题上，以及能够使用合适的三维软件解决工程问题。由于学生的三维软件掌握能力参差不齐，使用的三维软件多种多样，如何指导学生熟练掌握三维软件以及使用到机械原理课程中，成为亟待解决的问题。

1.3 开放实验室的建立

机械原理课程性质偏理论性，这样课程往往显得单调，因此，以机械创新项目为基础的机械原理教学改革，主要应强调参与，强调动手实践能力，重视实验的趣味性和实用性以加强学生的学习兴趣，能激发兴趣、培养工程素养、锻炼工程技能。然而创新项目的实施往往需要大量的经费投入，这对于此项目长期的实施将会带来大的困难。在学院存在完备的创意之星机器人套件，创意之星模型能够作为多功能教学演示器材使用，针对机械原理中典型的机构及传动方式和创新点进行了形象的演示。已经有大批学生参与实验前提下，建立一个开放式实验室，允许有兴趣的同学随时进入实验室，完成结构件的拼装，将自己的机构创意实现，完成机械创新项目的实施。这有助于学生直观、快速地掌握各个知识点具有良好的促进作用，同时能激发学生的创新思维和创新能力。

同时，学院大力加强实验室建设。目前学院设有8个开放实验室：机器人工作室、慧鱼创新实验分室、数控DIY实验分室、机构创新实验室、智造空间及1个学生作品制造室、2个CAD/CAM实验分室，大学生可在教师引导下自主地完成大学生创新训练计划项目、全国机械创新设计大赛项目、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛项目等课外科技活动;学院在现有的科技创新作品的基础上，鼓励学生自创自建实验室，目前学院新建的3D打印实训室，其中的3D打印机，全部由学生自己设计、制作和装配，学生可以在该实验室学习制作3D打印机及学习相关的3D打印技术，不仅有效地降低了实验设备的成本，学生的创新能力也得到了有效提高。近几年，学生在此实验室为平台，根据自己的课余时间和实验需求，进行相关实验及科技作品的设计制作。

1.4“以賽促学”方式的建立

湖南文理学院机械工程学院基于本科4年课程体系的承接关系，结合各类学科竞赛要求的专业基础素养和课程知识，构建了“分年级引导，各年级参与”和“双向选择，全程指导”的学科竞赛指导机制，即针对各类学科竞赛对专业知识的要求，分年级进行引导和鼓励，一至四年级均对应相关的学科竞赛，鼓励大一的学生参与全国制图竞赛、全国三维数字化创新设计大赛，培养其基础设计能力;大二学生以工程训练大赛为导向，结合金工实习逐渐引导学生从虚拟设计到科技产品的制作，逐步形成产品设计的理念;大三学生以“机械创新设计大赛”为载体，引导学生自主完成虚拟样机设计（计算机设计及仿真）—实物样机（在微型数控机床上制作）—小型作品（在机床上制作）;鼓励大二至大四学生结合自己的情况，自主参加挑战杯、互联网+等比赛;同时，学生及学生团队与指导教师进行双向选择，要求指导教师全程指导学科竞赛，广泛吸引学生的参与及激发学生学习的主动性。在以学科竞赛为驱动的人才培养机制下，机械工程学院的学生广泛参与各类学科竞赛，加强了学生综合能力素质培养，促进了学生的应用能力的有效发展。

而对于机械原理课程的学习，学院结合该专业形成的良好的学科竞赛氛围，将《机械原理》课程的学习与学科竞赛进行融合，通过学科竞赛驱动《机械原理》课程的学习。例如：鼓励学生参与全国制图竞赛、全国三维数字化创新设计大赛、机械创新设计大赛，并结合各类比赛，逐渐引导学生从虚拟设计到科技产品的制作，逐步形成产品设计的理念;在以学科竞赛的驱动下，学生会带着问题去学，并将课程中知识融入学科竞赛中，显著了增强了对《机械原理》中知识点的理解，加强了学生综合能力素质培养，促进机械原理课程学习。

1.5 融入教师科研项目

将教师科研与《机械原理》课程教学相融合，具体体现如下：（1）大力鼓励学生参与教师的课题研究，深入专业知识学习，提升专业素养和科研基础能力。如该专业李志刚老师与湖南坤鼎数控科技有限公司的搅拌摩擦焊数控设备关键技术研究与试制项目中，本科生共计20余人参与了该项目的研究。（2）倡导教师将科研工作与大学生创新创业训练有机融合。学院的部分大学生创新创业训练就直接来源于教师的科研内容，如曾强文同学的国家级研创项目《自适应智能包装机》、刘玄宁同学的国家级研创项目《自动存取包裹机》、黄勇同学的国家级研创项目《智能遥控婴儿车》等就分别来源于不同教师的在研项目。（3）将教师的横向课题融入学生的理论教学和实践教学。教师将自己的企业课题与教学紧密结合，以实际问题为导向，通过协作研究、立项创新，加强学生专业知识和创业知识在实践中的运用，促进该课程的学习效果。

1.6 优化机械原理课程设计

从创新创业能力培养角度，优化重组实验内容，把行业创新应用贯穿到课程设计中。依托省级机电大学生教育教学中心，构建项目驱动式课程设计教学。精选大量来自企业的真实项目，项目经过标准化和模块化，有效抽取技术知识点和行业知识点。采用一个实际的开发案例来组织课程设计，将案例的各关键技术环节分散到课程设计中，建立“自然认知—方法实践—综合分析—探索创新”循序渐进的机械原理课程设计教学模式。

2 结语

《机械原理》课程对于学生的机械方面知识和创新能力培养都具有重要的意义，有效地提高学生的《机械原理》课程学习效果是一个具有挑战性的事情。该文采用建立典型机械创新项目、建立三维软件的机械原理创新项目、建立开放实验室、“以赛促学”和融入教师科研项目、优化课程设计教学等方面培养学生创新能力。通过机械创新项目的实施，强化学生的计算机辅助设计能力与创新意识培养，并通过各种实践科技活动培养学生的工程动手能力并初步具有机构分析和设计机构的能力，达到提高学生的创新意识和创新能力。

参考文献

[1] 王晓荣.“互联网+教学”背景下机械原理课程教学改革探究[J].陕西教育，2019（11）：46.

[2] 汤迎红.新工科背景下地方应用型高校机械原理课程教学改革与实践[J].内燃机与配件，2019（11）：284.

[3] 王彩红，范国敏，蒋蓉.基于创新能力培养的《机械原理》课程教学探讨[J].教育教学论坛，2019（40）：205.

[4] 侯怀书.基于大学生科创大赛的机械原理课程教学改革[J].科技创新导报，2019（15）：194.

[5] 王会.论“互联网+教学”的《机械原理》课程教学改革[J].新西部，2018（35）：161.

[6] 何世伟.机械原理及设计虚拟仿真实验的设计研究[D].华南理工大学，2019.

[7] 蔡冰倩.面向MOOC的机械原理动态教学系统的设计与开放[D].哈尔滨工业大学，2015.

作者：刘万锋曾斌

机械原理创新改革课程设计论文篇3：

机械原理创新设计的组织与实施

摘要基本素质和能力的培养是高等工程教育的基本目标，而创新意识和实践能力是学生基本素质的主要方面。本文从学生创新意识和实践能力培养的角度阐述机械原理创新设计的重要性，基于机械原理创新设计的内容，提出了机械原理创新设计组织与实施的一般步骤和应注意的问题。机械原理创新设计的组织与实施步骤对于其它的工程创新设计可提供一定的参考。

关键词机械原理创新设计组织与实施

基本素质和能力的培养永远是高等教育的基本目标，但其基本素质和能力的具体内容是多方面的，创新精神和实践能力自然是其中重要的方面。尽管创新是人类的天性，但如何把一个人培养成具有坚实专业基础的创新性人才，一直是教育者思索，也许需要一直思索下去的主题之一。这些年来，为提高教育质量，培养创新性人才，教育部实施了高等工程教育教学内容和课程体系改革计划，建设了一批工科基础课程教学基地，同时还举办了诸如大学生机械创新大赛等比赛，这些措施推动了工科教育改革的深入发展。

众多教育者在如何培养学生的创新意识和实践能力方面所作的努力，其中不少与其说是改革，不如说是探索。毫无疑问，仅凭四年的大学学习，不可能把一个学生培养成为一个专业化的创新能力很强的人才，大学教育只能把他培养成为一个具有较强专业知识的创新性人才。机械原理课程及其创新设计在机械类专业人才培养中的地位非常重要，在学生未学习相关专业课程时要到达培养机械创新创新精神和实践能力的目的本身就是一种挑战。

一、机械原理创新设计是培养机械类创新人才的必须环节

设计是对抽象需求的具体化，人类所使用的机械，都由创新设计而得来，如减速箱、自行车、汽车、飞机、金属切削机床、人造卫星等。人们的很多需要通过不同机械系统相应的功能得到满足，但人们对新的、具有优良特性的机械系统的需求总是持续不断的。

创新设计几乎是人类的天性，我们设计学习、设计生活，甚至设计人生，当然也包括设计功能多样的机械系统。机械系统无论简单或复杂，都需要一定的设计技术和设计过程实现，需要设计者具有优秀的设计能力，复杂机械系统的设计更需要通过团队合作才能完成。设计过程中有分工，如有组织者（或协调人）、创新设计者、搜集或者资源调查者等。创新是有风险的，设计过程中并非处处要创新，选择设计、组装设计、参数设计本身并不需要创新，但创新能力是一个优秀设计者必备的素质。

具有创造性问题的答案都符合一条标准，即为正确解且具有原创性。创造力和想象力几乎成正比。一个具有创造力的设计师是具有专业知识的、具有丰富想象力的、勤奋工作和积极建设型的人，而且具有较强团队合作精神和剖析事物的能力。

要成为优秀的机械系统设计者，需要一定的天赋，更需要接受专业培养，并在工程实践中培养设计能力。一般而言，一个大学生获得机械设计能力的基本训练途径有：

（1）机械原理、机械设计等课程理论学习与课程设计；

（2）创新设计活动，比如创新实验、创新设计大赛等。

机械原理创新设计活动是培养学生的创新意识和机械创新设计能力的重要形式。通过机械原理创新设计环节，可使学生比较全面、系统地掌握和深化机械原理基本原理和设计方法，敢于提出新功能，敢于创新并能应用创新原理和创新技法进行简单机械系统设计，为能设计复杂的机械系统、成为优秀的机械系统设计者和创新性人才打下良好基础。

二机械原理创新设计的组织与实施

1.机械原理创新设计的任务来源

为有效组织机械原理创新设计，可根据创新设计时间的期限作简单分类，如1周的创新设计、2周的创新设计和长期开放性的创新设计等。对于短期的创新设计活动，其设计工作量相对较小，既可作简单机械系统完整的原理方案设计，也可作较复杂的机械系统设计的某些阶段或某项功能设计。实践证明，无论短期的还是长期的机械原理创新设计，设计成员分组协作进行是一种非常有效的组织方式。

作为实践教学，可选择1周的创新设计或2周的创新设计，也可选择短期的创新设计与开放性的创新设计相结合的方式，同时开放性的创新设计可向后续的实践教学环节延续，如机械原理课程设计形成的功能原理方案可在机械设计课程中继续进行技术设计。

机械原理创新设计的任务一般有三个来源，其基本特点如表1。

表1 机械原理创新设计的任务来源及特点

无论设计全新的机械系统还是在现有机械系统的基础上更新设计，规划设计阶段的工作非常重要。一般规划设计阶段需要进行调研、可行性论证，才能提出相应的设计任务书。调研一般可做市场调研（如进行需求、购买行为分析，销售量及市场占有率预测，经济、社会分析、产品社会效益及寿命周期预测等）、技术调研（如进行产品设计、制造技术和材料的研究，作出技术可行性预测及成本预测）、现状调查（对国内外的同行进行分析，作时间、技术及功能上可能超前的预测）等。可行性论证从经济、技术、市场等方面论证新产品开发的必要性和产品设计、制造、销售等各方面的可行性。

简单讲，调研报告需要回答“为什么”要进行某个具体的机械系统设计，可行性论证报告回答“能不能作”，而设计任务书则约定“做什么”和“做到什么程度”，是实现功能的具体要求。

调研报告和可行性论证报告一般都有相应的格式与要求。考虑机械系统及其设计的特点，一般机械系统设计调研报告和可行性论证报告可在如表2和表3的基础上进行修改、补充后形成。

表2常用机械系统设计调研报告的形式与内容

表3 常用机械系统设计可行性论证报告的形式与内容

设计任务书明确设计目标及需要达到的功能和性能指标，基本内容有功能要求、设计参数及其他相关要求等。设计任务书根据调研报告和可行性论证报告确定，要简洁、准确，同时要有一定的自由度。例4.1为机械原理创新设计用的自动煎蛋器设计任务书，除了基本要求和环境要求外没有更多的要求，给设计者留下更多的创新空间。如设计任务为具体的产品设计，需要设计者提供全部相应的技术文件资料（包括装配图和施工建议）。

2. 机械原理创新设计的组织实施

根据教学计划、培养创新意识和实践能力的需要，确定机械原理创新设计的期限并组织实施是机械原理创新设计中非常重要的环节，组织实施效率在一定程度上决定了创新设计培养的效果。为培养学生在创新设计中独立思考基础上的合作精神和增强师生之间的互动，可把学生按照自愿原则实行分组，一般每组以不少于3人且不多于5人为宜。

表4所示为三种不同期限的机械原理创新设计的时间分配和任务量。

表4机械原理创新设计和时间安排

3. 机械原理创新设计组织与实施中注意的问题

无论设计目标来自何处，无论是短期设计还是开放性的创新设计，组织实施非常重要。教师既作为组织者、指导者、又作为设计参与者必须起到互动和激发学生创新意识的桥梁作用。对如下一些问题需要特别注意：

（1）分组时尽量鼓励差异较大的同学成组，给出一定的设计任务分配思路，让组员选出组长。让组长明确自己除了设计本身之外，诸如记录、协调等职责。

（2）让每位同学都发表自己的看法，鼓励创新精神。除了违反基本科学规律的想法外，不要轻易否定同学的构思。对于不太合理的设想，要选择合适的时机作分析后提出改进要求。

（3）鼓励学生先考虑选用常用的纯机械机构，然后要求学生对构思的方案中任选至少一项功能采用广义机构实现。在功能原理方案设计的后期，鼓励学生多采用广义机械系统。

（4）对于设计过程中学生因知识所限而无法求解的功能或不能作详细分析的功能载体，如继电器、传感器以及复杂的控制单元等，容许学生仅提出功能要求。

（5）通过组内讨论或组间讨论总结创新设计的阶段性成果，引导学生合理创新。

（6）及时询问学生想做什么，想让老师帮助他做什么。结合创新设计询问他们想学习哪些课程或哪方面的知识。如果学生想把机械原理创新设计延伸到后续实践教学环节，不要忘记提出必要的指导意见并作记录。

（7）对运动和动力分析，鼓励学生多用计算机辅助设计。

（8）成绩评定时适当提高创新意识的比例，并当面说明其获某成绩的理由。