機械創新設計與課程設計的選題指導

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摘要:選題是《機械創新設計》課程設計的關鍵環節，因設計時間短(兩周)，需要學生們獨立選題，作為指導教師，做好選題指導極為關鍵。筆者多年的指導經歷，將課程設計任務提前布置，把選題與課程的相關教學內容結合(如創造力原理、創造技法、實訓方法等)，有針對性地指導學生明確課題何處來，如何應用實訓方法，助益選題;如何借助缺點列舉法等創造技法，拓寬思路，擴大選題范圍等;再結合制定時間節點督促學生按時提交選題，并對選題評析、反饋，直至完善。這樣，學生課程設計的時間比較寬松，教學中將課程設計貫穿其中，實現學以致用，學練結合，獲益良多。

關鍵詞:選題;指導;提前;學以致用

一、概述

《機械創新設計》教學中［1-3］，課程設計是重要的實踐教學環節。本課設有兩周的課程設計，一般按小組方式完成，組內3～4人一組，自由組合，以團隊形式完成此課程設計。尤其需要說明的是，與其他課程設計不同，此課程設計題目不是教師給定的，需要學生自己選題。僅有兩周時間，設計時間短，而且需要學生獨立選題，因此選題是此課程設計環節中最重要、難度最大的一個環節，同時選題也是關鍵點。若選題合適，課程設計就成功了一半;若選題選得不合適，課程設計很可能難以通過。故對指導教師而言，選題指導是極為關鍵的環節。筆者在多年的教學實踐中，做了一些嘗試，與同行們分享如下。

二、選題的指導

(一)盡早布置

第一次課在介紹課程時就告知學生，本課結束后有兩周的課程設計，單獨計學分，與其他課程設計不同，題目需要自定，而不是老師給定題目。課程設計的任務書電子版發給學生，讓他們有初步的認識(對課程設計的要求與選題做簡單的介紹)。尤其需要告知學生，若在課程設計時才開始選題，就太遲了，現在就應該開始思考。凡事宜早做安排，就像要去坐火車、乘飛機一樣，要提前出門，算出到車站、機場的時間、過安檢的時間等。課程設計也是如此，以往的同學能提前做好選題的，課程設計往往很順利;個別組的同學對選題不重視，不提前去做，最后課程設計時很被動，其他小組在做具體設計了，他們題目還沒定好，整個課程設計制作的匆匆忙忙，成績往往不理想。

(二)如何指導選題

1．結合課程所學的相關內容，啟發選題在布置了課程設計任務后，在講課過程中，學到相關的內容時，就聯系選題進行講解。例如，在課程第一章，講到機械產品的設計類型主要有三種［1］:(1)開發性設計。根據設計任務提出的功能要求，提出新的原理方案，通過產品規劃、原理方案設計、技術設計和施工設計的全過程完成全新的產品設計。(2)變異設計。在已有產品設計的基礎上，根據產品存在的缺點或新的應用環境、新的用戶群體、新的設計理念，改變已有產品的材料、結構、尺寸、參數，設計出更加適應市場需求、具有更強的市場競爭力的產品?；蛟谝延挟a品設計的基礎上，通過在合理的范圍內改變設計參數，設計在更大范圍內適應市場需求的系列化產品。(3)反求設計。根據已有的產品或設計方案，通過深入的分析和研究，掌握設計的關鍵技術，在消化、吸收的基礎上，開發出同類型的創新產品。此三種設計中，通常針對新產品的開發性設計難度最大，要求創新程度也最高。而變異設計、反求設計，都是改進型設計。課程設計時，這三種設計都可以考慮，從創新的難度來說，開發性設計難度系數最大，但也不是不能做。如果有很感興趣的產品，也不一定很難，完全可以放開去做;至于變異設計、反求設計，有產品原型，難度系數小，相對會容易些。希望大家平時多留意、注意觀察生活。由于選題對學生而言，既是難點又是關鍵點，需要多次強調。在上課時，結合不同的內容多次講解，使學生明白課題的來源，然后如何去選。例如，在學習課程第二章創造力原理時［3］，原理之一是創造力人皆有之，即只要是正常的健康的人都有創造力，不只是大人物才有，普通人同樣具備。在座的每位同學，是不是無一例外具有創造力?反問學生:現在的汽車、電燈、電腦等，怎么來的?是02種在地上長出來的嗎?可曾聽說誰家這塊地里是種汽車的，那塊地里是種電腦的?顯然不是，它們是人造的，人們為什么想到制造這些東西呢?或者說汽車等產品的“種子”是什么?它們最初是怎么來的?汽車產生之前，當人們需要遠行時，往往是步行、騎馬或坐馬車等，速度慢而且人在路途中很辛苦，有人想能不能制造一種東西代替步行、騎馬等，使人輕松快捷地到達目的地呢?要是能有這樣一種東西就好了，對此很多人反復在心中構思、想象，這就是汽車產生的最早“種子”或汽車發明的萌芽。后來經過無數人的努力，汽車被設計制造出來。不管汽車發展歷史中，其后經過怎樣的歷程、改進，創造汽車的初衷或原始的創意，始終沒變，這相當于西瓜的種子、小麥的麥種等。其他的創造也是同樣，如電燈。使用電燈之前，夜晚的照明人們主要用油燈，因為油燈不是很明亮，有人要求高，心里想要是能有很亮的燈來為大家照明，該多好啊!很多人有此愿望，產生創造更亮的燈為人們照明的期望，有了想法又不斷努力研究，最終成功發明電燈，可見，發明創造的課題源于人們在生產生活中，因發現問題或發現人們的需要而產生的想法(愿望)。方便他人，給人們的生活帶來方便、利益的想法(愿望)，它不是無緣無故產生的。大家思考一下是不是如此?我們的生活，離不開前人的創造，每天都在自覺不自覺地使用著無數位前人發明創造的成果。同樣的，我們是不是需要發明一些新產品或改進已有的產品呢?要發明或改進，首先要注意留意、觀察生活，發現人們的需求，這是各種創造活動的來源。對課程設計而言，這種需求即是課程設計選題的來源。以面條機為例，此機器已經是成熟的產品，我們一般想到的是面條機就是壓面條的。實際去做用戶調查，發現有的用戶用面條機壓面條不多，常用壓餛飩皮，調到最小的間隙去壓餛飩皮，發現壓出的皮還是很厚、不令人滿意。就此點考慮，面條機要不要改進呢?還是單獨設計一臺壓餛飩皮的機器?這或許就是一個選題，當然能否作為選題，還需要進一步做市場調研、分析等。但作為選題的來源，應明確課題來源于人們的生活、生產，特別是發現人們的需求有不方便之處時。由上而知，課題來源于生活、生產，應注意觀察、留意生活、善于思考、善于發現，發現人們的需求、不方便，或者說難點。道理容易理解，但大家平時沒有形成觀察生活、善于思考的習慣;必須借助于一種方法培養大家積極觀察、思考、發現問題的習慣。這種實訓方法即是———“一日一設想”活動。2．應用“一日一設想”訓練，有利選題“一日一設想”是一種創造性思維開發訓練活動，是美國的奧斯本首先提倡并身體力行的。“一日一設想”的創造性思維開發訓練活動，經過實踐檢驗對創造活動起到良好的作用，其意義十分深遠。尤其課程設計的選題問題，應用此訓練方法，有利于培養學生觀察生活、善于思考的習慣，增加對發現問題的敏感度，易于實現選題的目標。此項訓練活動簡便易行，具體需要:(1)一目標，即每個參加者建立每天做一項(或一項以上)創造性設想的自我目標;(2)一便攜本，即準備好隨身方便攜帶的“一日一設想”專用記錄本，以便及時記錄設想;(3)堅持每天做，需要持之以恒。上述的創造性設想具體包括發現問題(創造的目標)及解決問題(具體的方案構思)兩部分。課程設計的選題實際就是發現問題，前面已講述，它們即是創造活動，如課程設計課題的“種子”和萌芽，設想的內容可以包羅萬象，沒有限制，一般以學生們的日常學習工作領域為重點，也可以是來自設想者日常所見、所聞、所思的內容，或受信息啟發而任意選題。甚至可以是幻想，有些人認為幻想是可笑的，殊不知我們現在的很多產品，如飛機、電視等曾是早先時候人們的幻想，現在不是幻想成真了嗎?當有了新奇的想法后，把它隨時記下來?！耙蝗找辉O想”在課程第三章中，為了課程設計選題，可以提前學習，方便學生應用。在學完“一日一設想”后，督促學生實際訓練，每天堅持，至少一天一個設想，在眾多的設想中，哪怕其中一兩個能成為課程設計的選題，不也很好嗎?3．運用創造技法，擴大選題范圍創造技法［4］是從歷來的創造活動實踐中，人們總結與提煉出來的幫助開展創造活動的輔助性工具。幫助人們克服習慣性思維障礙，不同類型的創造技法可以從各個不同的角度來啟發新思路，幫助產生靈感，而且具有普遍性與可操作性，故有很大的實用價值。例如，缺點列舉法，通過尋找創造對象目前所存在的具體缺點，針對缺點進行改進創新的一種創造技法。常言道:“金無足赤，人無完人”，任何事物都存在缺點。從創造學的角度看，這些缺點正是創造的新起點。缺點就是問題，要解決問題必須先發現缺點，只有不斷地列舉缺點，解決問題，才能使產品不斷趨于完善。正因為任何事物都必然存在大量的缺點，因而缺點列舉法在一切創造中都普遍適用，而且任何事物的缺點在解決以后，又會有新的缺點顯現。另外，隨著社會的發展與人們需求的變化，各種事物還會產生新的缺點，故只要不斷列舉缺點，創新思路必可源源而來。結合缺點列舉法，課程設計的選題不難找到。常見的機器、產品等都存在缺點，不用分析大量的機器，挑選其中一種分析其缺點，只選其中一個缺點改進就是一個選題。故用缺點列舉法，選題并非難事。例如，洗衣機已經是比較成熟的產品，有沒有缺點呢?當然有，如很臟的衣服洗不干凈;用水多;停電沒法用;偏遠山區、缺水的農村，不方便使用洗衣機，等等。再如，應用希望點列舉法，為課程設計選題，也是可行的。缺點列舉法要先有事物的原型，然后才能針對列舉的缺點去開展新的創造。它是一種改進型、被動型的創造技法，而希望點列舉法，不受任何事物原型的束縛，根據人們的希望點就可提出各種新的設想，按照希望與愿望的方向去進行創造。問我們自己有什么需要或愿望，或觀察發現他人某一群體有何需要，此需要或愿望很可能成為我們的課程設計的課題。還有其他的技法，若覺得方便好用，都是可以拿來用的。

(三)制定時間節點、督促學生完成選題

1．制定時間節點，完成選題表的填報通過多次、反復講解指導，使學生明晰選題要求、如何選題后，促使學生實際去選題，給出他們時間節點，即提交選題的截止時間。在規定的時間期限前，要求學生們填寫選題表，其中包括分組情況(團隊成員)、小組題目、課題簡要等。2．評析選題，反饋、修改直至完善選題表收齊后，教師分析、評價，給予具體反饋和評議，對具有普遍性、代表性的問題在課堂統一反饋和評議。如一個學生的題目是“工業機器人的改進設計”，眾所周知，工業機器人種類多、結構復雜，此選題的不當之處是題目太大，一般工業機器人由三大部分六個子系統組成。三大部分是機械部分、傳感部分和控制部分，六個子系統為機械結構系統、驅動系統、感知系統、機器人—環境交互系統等。由于工業機器人結構復雜，涉及機械、控制、電子等多方面技術，短短兩周的課程設計改進設計不可能針對所有結構進行改進，一般不建議選此題目。若要選此題目，可以修改為某一具體工業機器人的一部分進行改進;諸如此類的選題，不當之處是題目太大并具有一定的代表性。故統一在課堂評議和反饋以使大多數學生明白選題的誤區，令此類選題修改或重選。再如，有一個學生的選題是“智慧農業”，此選題含混不清，題目不明確，不知設計者要做什么，此種選題題目作為課程設計的題目，明顯不合適，反饋重選。諸如此類，對具有共性的選題問題統一反饋和評議。對部分選題不明晰的小組，讓他們在課堂上講一講，選題背景、要解決的問題、主要的機械結構等。就這樣，不合格的選題讓其重選，需要修改調整的反饋使其修改，直至合適為止。

三、結論

(1)選題是課程設計的難點和重點，合理安排，將選題提前安排，與課程的相關內容結合，使學生盡早完成選題，從而保障了課程設計的順利完成。(2)機械創新設計教學與課程設計結合，以課程設計貫穿于教學始終，使學生學以致用，加深了學生對本課程相關理論方法的理解、體會和掌握。因有任務驅動，學生對理論、知識、方法等的學習，就不單是書本上的內容，因為他們急需使用，故對教學內容相比于前些屆(無課程設計貫穿)的學生理解和掌握要深入得多，并且發現不少學生有了自己的體會。(3)以課程設計選題貫穿教學始終，加深了學生對本課程相關理論理解、體會。例如，創造力原理，其中關鍵的一條是創造力人皆有之(這是人類所有創造的基礎)，字面上容易理解，但結合自身真正認識自己的確具有創造力，是不容易的。通過課程設計選題與教學內容的結合［5］，不少學生體會到此點，并激發起開發自己創造力的興趣，這是難能可貴的。

參考文獻:

［1］王紅梅，趙靜．機械創新設計［M］．北京:科學出版社，2020:1-167．

［2］張換高．創新設計TＲIZ系統化創新教程［M］．北京:機械工業出版社，2017:6．

［3］牛紅恩，韋翠翠．基于能力提升與過程評價融合的機械設計基礎課程設計教改探索［J］．內燃機與配件，2021(20):238-239．

［4］張爭艷，戴士杰，何艷．創新方法與第二課堂并舉的機械類創新應用型人才培養模式研究［J］．黑龍江教育(理論與實踐)，2022(2):28-31．

［5］楊雪，吳世青．創新創業思維在機械專業大學生畢業設計中的教改初探［J］．南方農機，2022，53(02):187-189．

作者：王紅梅 趙彥峻 孫紅亮 單位：山東理工大學機械工程學院 山東工業職業學院