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摘要：本研究通过《机械创新综合实践》课程的教学改革，将机械、电气、计算机等多学科知识融为一体，实现理论知识与应用实践的无缝链接，采用符合生产实际的项目化教学及综合性的考核评价方法，进一步培养学生的综合应用水平、创新实践能力和学术交流水平，促进我校应用型本科的顺利转型，进一步适应新疆现代工业技术的发展需求。
关键词：机械创新综合实践；教学改革；项目化教学；考核评价体系
本文引用格式：刘克毅,等.基于应用型本科的《机械创新综合实践》课程教学改革与研究——以新疆工程学院为例[J].教育现代化,2019,6(68):44-47.
Teaching Reform and Research of"Comprehensive Practice of Mechanical Innovation"Based on Applied Undergraduate
--Take the Xinjiang Institute of Engineering as an Example
LIU Ke-yi,DAI Dan-dan,YU Bin,PAN Jiang-ru,HUANG Yan,DONG Xiao-hong,WANG Meng
（Xinjiang Institute of Engineering，Xinjiang，Urumqi）
Abstract:This study adopted the teaching reform of“Comprehensive Practice of Mechanical Innovation”,To integrate the multidisciplinary knowledge of machinery,electricity,computer,etc,achieving seamless link between theoretical knowledge and applied practice,Applying project-based teaching and comprehensive evaluation method in line with production practice,Further cultivating students’Comprehensive application level,Innovative practice ability and academic exchange level,Promote the smooth transformation of applied undergraduate in our university,Further adapt to the development needs of Xinjiang Modern Industrial Technology.
Key words:Comprehensive practice of mechanical innovation;Teaching reform;Project teaching;Assessment and evaluation system
为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展等一系列国家战略，我校作为一所转型过程中的应用型本科院校，对学生的实践能力、创新能力都提出了更高的要求[1,2]。本研究结合我校实际情况，通过整合教学内容，以项目化教学为引导，调动学生的学习兴趣和积极性，促进学生理解机电系统的工作原理、掌握先进的设计方法和理念，培养学生的创新意识和思维[3]，提高实践能力，同时改进教师固化的教学理念和方法，创新考核评价办法，提高教学质量，最终提高学生的创造力和应用水平，完善教学体系。
一《机械创新综合实践》课程教学改革的意义
（一）采用项目化教学模式，整合教学内容，构建《机械创新综合实践》教学体系
在我校“小平科技创新团队”和“双创中心”的基础上对机械设计实验室、机械创新实验室、自动化生产线实验室、3D打印实验室等教学资源进行梳理、整合，以社会发展需求和大学生科技竞赛为导向[4]，通过《机械创新实践》课程，开展项目化教学和团队化培养，改善大学生厌学、沉迷于手机、网络游戏的现状，提升大学生专业学习的积极性[5]；提高大学生对机电设备的应用水平；提高将理论知识转化为生产力的能力和创新能力；提高团队协作能力和管理水平，最终完善《机械创新综合实践》教学体系，为其他实践类课程的教学改革提供研究基础和经验。
（二）更新教学理念、改进教学方法，提升教学效果
目前受传统教学模式的影响，重理论轻实践、重知识传授轻能力培养，教学模式往往是以理论教学为主，创新实践教学为辅。然而实践教学在创新型人才培养过程中应是主体地位，培养创新型人才不应是缓解毕业生就业压力的权宜之计，而更应该是适应经济社会和国家发展战略需要而产生的一种教学观念与教育模式。我国创新型人才培养观念滞后，存在教育目标模糊，教育内容陈旧，教育师资缺乏，保障体系不完善等弊端。我们应该认识到发展应用型创新教育，需要进一步解放思想，更新观念，树立正确的创新人才培养观念，通过创新实践教学体系的构建和完善，系统地促进学生全面发展，提高综合素质。
（三）创新实践课程考核评价体系，提升应用型、创新型人才培养质量
对于培养应用型、创新型大学生，传统的试卷、论文、设计报告等考核办法存在一定的片面性，不能完全展示学生的综合应用能力，本研究针对项目化教学的作品，从原创性、设计合理性、可应用性、团队协作水平等方面提出要求，并进行综合考核，从而提升应用型、创新型人才的培养质量。
本研究结合学生实际情况，因材施教，通过《机械创新综合实践》课程促进相关教师改进教学方法、创新教学理念，充分利用学生动手兴趣高、动手能力强的特点，创造适合于应用型本科学生的教学体系，同时使学生积极参与到教师的科研活动和企业生产过程中，通过应用实践的锻炼，反作用于对理论知识的理解，从而促进科研成果的有效转化，实现教与学的双赢。
二 改革教学及考核模式，推动应用型本科顺利转型
（一）整合教学内容，为《机械创新综合实践》创造“教-学-做一体化平台”
以机械设计制造及其自动化、机械电子工程、机器人工程等本科专业的人才培养方案为基础和目标，在“小平科技创新团队”和“筑梦众创空间”的基础上，对机械设计实验室、机械创新实验室、自动化生产线实验室、3D打印实验室等教学资源进行整合，创造“教-学-做一体化平台”，力争做到“学中做、做中学、学和做紧密结合”，进一步提高学生的学习兴趣和主动性。
（二）促进专业课教师积极开展教学改革
现有的理论教学和实践教学存在脱节的现象，不太适合应用型本科大学生的学习实际，通过本项目的开展对教学模式提出要求，要在“教-学-做一体化平台”的基础上，摸索适合应用型本科学生实际的教学方法，进一步提高理论知识联系实践应用的可验证性和创新性。提高教师理论联系实际应用的水平，及教师对专业发展的理解。
（三）开展项目化教学和团队培养，取得良好效果
现代工业设备集成化、自动化的快速发展，在满足其基本动作的基础上，对动作的精确性、可靠性、安全性及工作效率等都提出了更高的要求，对工作人员的综合应用水平也提出了更高要求，从而促使“应用型本科”院校与时俱进的开展教学改革。本研究通过项目化教学的组织、实施、改进等过程，从机器人等智能化、自动化装备相关项目入手，促进学生对理论知识的理解和对机械、电气、计算机等知识的融合，提高综合应用能力，进一步适应生产实际对人才的培养需求。
机器人项目涵盖了机械、电气、液压、材料、计算机等多学科的基础知识，机器人以简单且有目的性的动作诠释抽象的理论知识，在完成基础结构设计、制造的前提下，开放机械设计、外观设计、动作设计、控制系统设计等内容，从而对理论知识进行有效的求证和补充，同时提高学生对实验、课程设计、实习实训的兴趣，提高主动性，最终激发学生的创造力，提高对课程、学科的理解深度，提高设计水平和控制程序的开发能力。项目教学实践的综合应用，要求机械、电气、计算机相关专业学生的合作才能完成相关内容的二次开发和应用，在一定程度上拓宽了学生的专业知识领域，有利于增强学生的团队意识，培养团结协作能力。
（1）智能生产线项目以慧鱼元件为依托，主要完成动力系统、机械手臂、可移动式机械手臂、带式输送系统、链式输送系统、控制系统和货仓等系统的开发，形象的展示机械零件在加工过程中的工艺流程，对链传动、带传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、气压传动等机械原理和电气控制进行了有效模拟[6]。主要完成产品的打孔、检测、加盖、喷漆、收舱等动作，其动作流程见图1。
通过对教具的开发和学习，打破工科理论学习的抽象性,增强直观性和可操作性,使学生将理论学习和实际操作融为一体,更加直观的观察到此类机械的结构和工作方式,可提高学生对专业知识的理解，增强动手能力,培养学生的创新意识和创新能力。
（2）机器人系统设计开发
机器人的系统设计主要包括机械系统设计和控制系统开发。
①机械系统设计是机器人项目的基础，需要完成机器人行走、转动、抓取物料、搬运物料等动作的执行装置（见图2），设计和实践应用过程中需考虑结构设计的合理性、材料强度及重量、传动方式的选择、制造过程等问题。
该设计采用四杆机构运动原理实现四足行走机构，以此为基础构建基础框架。整体包括了头部系统、手臂系统、行走系统、腰部转动系统、机械手等单元，涵盖了凸轮传动、槽轮机构、四杆机构、齿轮传动、液压传动等传动方式，可以全面的向学生展示各单元间的传动、配合关系，系统的理解设计思路和动作原理，启发学生开展创新性设计，从结构、功能、设计方法等方面不断完善，将教与学融为一体，促使更有效的开展教学工作。
②完成各零部件的虚拟设计、仿真，建立虚拟样机：借助于AutCAD、UG、Ansys等软件完成机器人各零部件的设计、装配，并完成应力分析及运动干涉分析；提高学生的机械创新能力和软件应用水平。
③根据机器人的动作要求和强度要求，确定各零部件材料和机械加工技术：根据设计方案及各零部件的受力特性，验算各部件的最大质量和所需强度，并以此为基础，在保证强度的前提下对零部件的加工材料进行选择[7]；根据零部件的结构特点和材料特性合理选择加工技术，既要包括传统的车、铣、刨、磨、钻，也要涉及模具成型、3D打印等现代加工技术；
④完成动力、控制设备选型，对各动力元件、传动元件、控制元件、执行元件、壳体等零部件进行装配，完成机器人本体的设计开发；
⑤以工业生产实际为基础，开发机器人的电气控制系统和计算机控制系统：在机器人本体基础上，合理选择电机、传感器、控制模块等元器件，保证实践教学过程中的可靠性和安全性；开发不同的电气及计算机控制系统，并根据工作目标匹配相应的硬件系统，使学生的原创性设计得到有效验证；以生产实际为目标，通过引导学生了解企业实际，根据技术需求通过实践教学平台完成硬件、软件的创新设计，实现与生产实际的无缝连接。
（3）培养团队化协作能力和生产的计划管理能力项目实施的过程中，虚拟样机的零部件设计、装配、运动仿真、应力分析，零部件的制造、安装、调试、相关部件的购买、控制系统开发等所有过程都需要做好生产计划管理工作，需要同学们之间的紧密配合，才能在规定时间内高效、高质量的完成，为学生将来的团队协作和项目管理提供前期的锻炼和学习。
（四）创新实践课程考核评价体系，不断完善人才培养模式
本研究根据学生特点及应用型本科的发展方向，改变传统的试卷、论文等考核方式，创新《机械创新综合实践》课程考核方式，以作品质量和生产计划管理安排作为项目化教学成果进行综合性考核。作品质量主要包括：①开展作品评审：针对结构设计的合理性、材料选择的可靠性、机械加工方法是否合适、是否符合生产应用实际、是否符合人机工程学设计要求等；②对生产计划管理进行评审：是否根据学生的专业特长进行人员分工、各工序开展的起止时间安排是否合理、怎样考虑时间成本和物质成本问题、团队协作的特点等；③原创性和可实践性：机械、控制方面的创新、团队管理协作方面的创新等、作品的具体应用方向以及其优缺点的分析总结；④总结和汇报能力，要求学生结合设计和生产实际对作品进行有效总结，分析实践过程和作品的优缺点，总结经验。⑤在完成设计项目的前提下，以企业实际应用、学术论文、专利等成果作为考核附加项，并作为考核优秀的必要条件，鼓励学生开展以解决生产实际为前提的原创性设计。
（五）提高大学生的交流能力，促进民族团结
以我校为例，汉族学生和少数民族学生的比例各占约50%，在机器人教具的设计、开发、创作过程中，为完成一件专业的机器人教具作品，学生根据自己的专业特长及兴趣，承担开发机器人教具的对应工作，机械设计、零部件制造、控制系统开发等过程都需要所有学生持续的沟通。（1）各民族学生在此过程中相互交流、交往，融为一个和谐奋进的大家庭，对彼此的风俗习惯有了进一步理解，培养了相互理解、相互包容、相互鼓励、艰苦奋斗的优秀品质，在一定程度上促进了民族团结和社会稳定。同时将党和国家的好政策通过这些优秀的大学生正确的传递给身边人，培养爱国情操，宣扬崇尚科学的理念，助力对美好生活的向往，助力中国梦的早日实现。（2）各民族学生工作在一起、生活在一起，一定程度上提高了少数民族学生的国语水平和语言表达能力，提高了学生专业写作能力和学术交流水平，为进一步的专业培养奠定了基础。
三改革效果对比
本文针对我校《机械创新综合实践》课程的教学改革进行了实践教学对比：试验班级学生对机械装置的系统性认识得到了提高，设计过程中能够更加全面的考虑到机械系统装配的问题及如何提高机械效率、降低能耗的问题，提高了同学们主动查阅文献和机械优化设计的能力，促进了学习小组之间的团结协作的素养和攻克难题的斗志，最终有5件设计作品成功申报了国家专利，也很好地促进了相关课程的学习：试验班级的机械工程测试技术、机械制造工艺学、液压与气压传动等后续课程的平均成绩比其他班级显著提高，参加大学生科技比赛的获奖数量等比其他班级明显增加（具体见表1），同时学术交流水平也得到了其他任课教师的肯定。试验结果显示：通过改革使机械设计制造及其自动化班级学生的整体专业素养得到了提高，同时也培养一定的创新意识和团队协作意识，提高了实践操作能力，为将来的学习、工作、科学研究打下了一定的基础。
四 结语
通过《机械创新综合实践》的教学改革探索，并在实际教学过程中进行了尝试，取得了比较理想的效果。在学以致用的过程中，切实将机械、电气、计算机等学科知识融为一体，将理论知识和企业生产实际进行了有效连接，也在一定程度上将学生的学习成果转化为了生产力，提高了学生的学习兴趣，也有效提高学生的综合应用水平、创新实践能力和学术交流水平，促进了相关专业之间的深入交流，进一步促进我校应用型本科的顺利转型，适应现代工业技术的发展需求。
参考文献
[1]田静云,贾吉林.机械设计实践教学研究与创新人才的培养[J].机械设计,2018,35(S2):395-396.
[2]刘克毅,潘江如,余斌,等.应用型本科院校创新体系建设的探索[J].西部素质教育,2018,4(05):174+190.
[3]李秀红,任家骏,李文辉.基于工程意识和创新能力培养的机械综合实践教学体系构建[J].大学教育,2015(11):135-136.
[4]张龙,王世伟,苗磊,等.基于机械创新设计竞赛的机械专业教学改革探索与实践[J].产业与科技论坛,2018,17(17):209-210.
[5]徐春明,周艳,孙瑛,等.机械设计实验教学创新实践[J].大学教育,2018(12):49-51.
[6]程英.创新教具助力教学——以一款“简单机械组合装置”的设计与应用为例[J].实验教学与仪器,2019,36(01):65-67.
[7]尹君驰,黄艳,陶彦辉.基于应用型创新人才培养的机械设计课程教学改革初探[J].中国高新区,2018(01):52-53.
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