創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂，是國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力。對于發(fā)達(dá)國家來說，技術(shù)創(chuàng)新對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)率已達(dá)到60%～80%。盡管我國已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)體，近年來創(chuàng)新能力提高很快，創(chuàng)新成果也很豐富，但與世界發(fā)達(dá)國家的差距還很大，在高科技領(lǐng)域中，很多關(guān)鍵技術(shù)還要受制于人。所以，作為知識傳播系統(tǒng)核心單位的高等學(xué)校，開展創(chuàng)新教育已經(jīng)是勢在必行。
機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計這門課程作為機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計等專業(yè)基礎(chǔ)課程的后續(xù)課程，旨在激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計和工程實(shí)踐能力，能讓學(xué)生將機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計等課程學(xué)習(xí)到的理論知識結(jié)合各種創(chuàng)新思維技法進(jìn)行學(xué)以致用，此課程在教學(xué)中是十分重要的。此課程是我校機(jī)械制造設(shè)計及其自動化專業(yè)的專業(yè)選修課，雖然此門課程在我們校區(qū)開設(shè)的時間還不是很長，但是本課題組通過積極學(xué)習(xí)其他學(xué)校的教學(xué)經(jīng)驗，并結(jié)合我們校區(qū)的實(shí)際情況，對此課程的教學(xué)方法和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行了許多研討，開設(shè)了32學(xué)時的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計課程，并配備了1周的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計實(shí)訓(xùn)，使理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作相結(jié)合，通過幾年的課程教學(xué)實(shí)踐，我們獲得了一些關(guān)于機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計課程的教學(xué)經(jīng)驗。
1 變被動為主動 進(jìn)行討論式教學(xué)
剛開始按照傳統(tǒng)教學(xué)模式教授此門課程時，直接給學(xué)生灌輸各種創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技法，雖然上課過程中結(jié)合了一些經(jīng)典案例進(jìn)行教學(xué)，在類似仿生創(chuàng)新授課中也給學(xué)生播放了一些仿生機(jī)械的動畫，學(xué)生雖然聽案例和看動畫都很入神，但是大部分學(xué)生都只是被動地聽講，沒有積極主動地進(jìn)行對相關(guān)案例的思考，沒有分析案例和動畫中包含了哪些創(chuàng)新原理和創(chuàng)新技法，沒有主動思考創(chuàng)新原理如何運(yùn)用到實(shí)踐中。這是傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的普遍弊端。
隨著教學(xué)的深入，逐漸接觸到了一些思維方式的創(chuàng)新方法，如群體集智法。群體集智法是指集中群體智慧，并激勵思維，進(jìn)行創(chuàng)新。此技法是一種群體操作型的創(chuàng)新技法。群體集智法常采用的具體實(shí)施方式有：會議式、書面式、卡片式。
群體集智法能夠很好地激發(fā)創(chuàng)新思維，可以采用這種創(chuàng)新技法融入機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計課程的授課中，使學(xué)生主動地參與到創(chuàng)新思維中，而不再是被動地接受知識的灌輸，變被動式學(xué)習(xí)為主動式學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)了一些創(chuàng)新原理后，可以給定一個合適的命題，進(jìn)行這樣采用群體集智法的討論式教學(xué)，能夠讓學(xué)生參與到創(chuàng)新中，更好地理解創(chuàng)新原理的本質(zhì)和更好地掌握這些創(chuàng)新原理的運(yùn)用，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高創(chuàng)新能力。
在近幾年的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計課程授課過程中，采用了這樣的討論式教學(xué)。例如，在進(jìn)行發(fā)散式思維方式這一內(nèi)容教學(xué)時，就組織學(xué)生采用了書面集智法進(jìn)行了關(guān)于“如何分理1元、五角和一角的硬幣”這一命題的討論，學(xué)生提出了許多種解決方式，如從質(zhì)量角度考慮，采用慣性篩、斜面滑落等措施；從直徑角度考慮，采用不同直徑的孔分離；從密度角度考慮，采用油液控制，根據(jù)沉浮高度不同來區(qū)分；從顏色角度考慮，采用激光掃描儀進(jìn)行掃描等措施。從課堂效果和課后與學(xué)生的交流反饋來看，學(xué)生通過這樣主動地參與創(chuàng)新設(shè)計的思考，更好地理解和掌握了發(fā)散思維和書面集智法等創(chuàng)新技法，而且培養(yǎng)了創(chuàng)新思維能力。
2 游戲引出創(chuàng)新方法 提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
美國心理學(xué)家布魯納說：好的學(xué)習(xí)動力莫過于學(xué)生對所學(xué)知識有內(nèi)在興趣，而能激發(fā)學(xué)生這種內(nèi)在興趣的莫過于游戲。與發(fā)達(dá)國家學(xué)校的那種寬松活潑的課堂氣氛相比，我們的課堂存在著一些明顯的缺陷，如刻板枯燥，即便是非常有趣的課堂，學(xué)生在集中精力聽了15～20分鐘以后也會漸漸讓失去注意力。
學(xué)生如果覺得課堂內(nèi)容枯燥乏味，就會感到拘束緊張，提不起精神，就可能產(chǎn)生一些厭學(xué)情緒[4]。這些問題在我們大學(xué)課堂的授課中尤為嚴(yán)重。
教師授課過程中如何充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，大限度地挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛力，是目前教師授課過程中的一個難點(diǎn)。在近幾年機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計課程授課過程中，采用了一些游戲教學(xué)法，取得了不錯的教學(xué)效果。
，可以通過有趣的游戲?qū)胝n程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在剛開始上課時就處于愉悅的氣氛中，使學(xué)生一開始就進(jìn)入佳的學(xué)習(xí)狀態(tài)。在講授逆反創(chuàng)新這一創(chuàng)新技法時，剛開始上課時和學(xué)生玩一下猜謎語游戲。例如“必須生產(chǎn)出，打一成語”，“根、莖、葉，打一水果”等[5]，這些謎語都是從逆向思維的角度得到答案，謎底分別是“不可造次”和“無花果”。學(xué)生從猜謎游戲中先引入反向思維這一概念，在接下來逆反創(chuàng)新課程講解時，能更好地理解和掌握這一創(chuàng)新技法。
第二，可以通過游戲培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，可以在課上組織學(xué)生通過游戲來進(jìn)行一些生活中常見物品的發(fā)散思維訓(xùn)練。例如，在PPT上放一個啤酒瓶或訂書釘?shù)膱D片，組織學(xué)生回答這些常見物品的使用功能，可以進(jìn)行個別提示后，讓學(xué)生發(fā)揮想象力，自由暢想，回答出這些常見物品的基本使用功能外的具備的其他功能，充分鍛煉學(xué)生的發(fā)散思維。
第三，教師還可以將整個課堂設(shè)計為不同的辯論場，把課堂內(nèi)容的授課變?yōu)閷W(xué)生間的相互辯論，讓他們在這些表現(xiàn)舞臺上盡情施展自己閃光的一面。例如在講到《思維定勢》這一章節(jié)時，可以提前給學(xué)生布置好任務(wù)，組織學(xué)生在課堂上進(jìn)行一些思維定勢的正反雙方辯論。通過自身的參與，提高學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解和掌握。
3 結(jié)合實(shí)訓(xùn)教學(xué) 參與創(chuàng)新實(shí)踐
單純地理論教學(xué)，學(xué)生只能了解到這些創(chuàng)新技法，只有參與實(shí)踐，將所學(xué)知識通過實(shí)際操作加以運(yùn)用，才能更好地理解和掌握課堂上教授的創(chuàng)新技法。
為此我校區(qū)在開設(shè)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計理論課程時，配有該課程的1周實(shí)訓(xùn)課程，讓學(xué)生能將學(xué)習(xí)到的創(chuàng)新原理能夠運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計中，學(xué)以致用，更好地理解和掌握這些創(chuàng)新技法。
為了便于機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計實(shí)訓(xùn)課程的展開，本校區(qū)購買了一系列機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計實(shí)訓(xùn)相關(guān)的實(shí)驗設(shè)備，如空間機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合及動態(tài)參數(shù)測試實(shí)驗臺、空間機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計拼裝及仿真實(shí)驗臺(如圖1所示)、平面機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合測試分析及仿真實(shí)驗臺等。這些設(shè)備不僅可以讓學(xué)生將所設(shè)計的機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)物搭建，而且配備有相關(guān)的仿真軟件，可以通過虛擬仿真先進(jìn)行模擬搭建，驗證設(shè)計機(jī)構(gòu)的合理性。
在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計理論課程中，先給學(xué)生布置些機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計實(shí)訓(xùn)的題目，如糕點(diǎn)切片機(jī)、花生紅衣脫皮機(jī)、草坪剪草機(jī)等命題，或者也可讓學(xué)生自由命題，在學(xué)習(xí)理論課程的過程中，運(yùn)用學(xué)習(xí)的創(chuàng)新技法對這些命題機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械方案設(shè)計，確定好采用的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，繪制出運(yùn)動簡圖，設(shè)計好基本的結(jié)構(gòu)尺寸。
完成以上任務(wù)后，就可以去實(shí)驗室進(jìn)行軟件仿真模擬和實(shí)物搭建，驗證方案設(shè)計的合理性。
實(shí)訓(xùn)期間實(shí)驗室采用開放的管理模式，學(xué)生可以集中時間段進(jìn)行機(jī)構(gòu)的實(shí)物搭建，根據(jù)實(shí)際搭建結(jié)果驗證和改進(jìn)所設(shè)計的機(jī)構(gòu)方案，從而得到優(yōu)化的設(shè)計結(jié)果。
 空間機(jī)構(gòu)創(chuàng)新組合及虛擬演示實(shí)驗臺
圖1 空間機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計拼裝及仿真實(shí)驗臺
通過這樣理論結(jié)合實(shí)訓(xùn)課程的開展，學(xué)生更深刻地理解和掌握了學(xué)習(xí)到的各種創(chuàng)新技法，更好地培養(yǎng)和提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。
4 布置撰寫作業(yè) 激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新靈感
是能體現(xiàn)創(chuàng)新成果的一種文件形式。在授課過程中，開展了一堂關(guān)于撰寫方面的講課。通過幾個事例論述了的作用和申請的原因，講述了的類型和屬性，后結(jié)合實(shí)例講述了申請所需的文件和步驟，讓學(xué)生對撰寫有初步的認(rèn)識。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)的命題，給學(xué)生布置了撰寫作業(yè)，通過讓學(xué)生參與的撰寫，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新靈感，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和對創(chuàng)新成果的保護(hù)能力。
在近幾年授課中，學(xué)生通過機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計課程的學(xué)習(xí)，提高了創(chuàng)新設(shè)計能力，撰寫了一些實(shí)用新型和發(fā)明，如一種四段式輪履結(jié)合智能越障機(jī)器人、船體附生物清理機(jī)構(gòu)以及船體附生物自動清理設(shè)備、一種船體附著物柔性清掃裝置等。
5 結(jié)合機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽命題
全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽是由教育部高等教育司舉辦的一項全國大學(xué)生重要科技競賽活動。參加該活動能夠培養(yǎng)大學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新思維和機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計綜合能力，提高學(xué)生針對實(shí)際需求進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計和實(shí)物制作的實(shí)踐工作能力[6,7]。
基于此，在本門課程的授課過程中結(jié)合過去機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽的作品進(jìn)行理論課程的學(xué)習(xí)，例如在講授組合創(chuàng)新這一創(chuàng)新技法時，結(jié)合屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽中獲得一等獎的作品多功能齒動平口鉗的案例來進(jìn)行論述，使學(xué)生更好理解組合創(chuàng)新的同時，了解機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽的獲獎作品的創(chuàng)新本質(zhì)。在布置實(shí)訓(xùn)任務(wù)時，結(jié)合機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽的一些命題來布置，既鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力，又為機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽做一些準(zhǔn)備。例如在上學(xué)期的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計實(shí)訓(xùn)中，就以第六屆機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽中的錢幣分理裝置、包裝機(jī)械、運(yùn)輸助力機(jī)械等進(jìn)行了命題，一些學(xué)生設(shè)計了一些不錯的作品，并參加了剛結(jié)束的江蘇省機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽，獲得了不錯的成績，如圖2所示的自動錢幣分理機(jī)。
6 結(jié)束語
機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計作為一門創(chuàng)新設(shè)計類課程，對于機(jī)械專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是非常重要的。近幾年的教學(xué)中，本課題組積累了一些教學(xué)經(jīng)驗，采用討論式教學(xué)、游戲教學(xué)、實(shí)訓(xùn)教學(xué)等手段相結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高了學(xué)生對創(chuàng)新技法的理解和掌握，增強(qiáng)了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的能力。