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摘要：针对目前高校教学资源和实践条件的不足，提出以机械创新设计大赛为作为培养机械工程学科大学生创新思维和实践能力的一个重要途径。详细阐述了参赛前期的知识与技能储备，大赛的动员与组织，方案设计与样机制作的指导以及参赛资料准备等各环节的实施方法及注意事项。这些经验总结可以为参加机械创新设计大赛的学生和指导老师提供参考。
关键词：机械创新设计大赛；创新思维；实践能力
本文引用格式：张卫青，等.以机械创新设计大赛提升学生综合素质[J].教育现代化,2020,7(47):101-103,111.
Improve Students’Comprehensive Quality with Mechanical Innovation Design Competition
ZHANG Wei-qing,CHEN Shi-ping,LIN Cheng
(Chongqing University of Technology,Chongqing)
Abstract:The mechanical innovation design competition is proposed as an important way to cultivate the innovative thinking and practical ability of mechanical engineering students considering the shortage of teaching resources and practice conditions in Colleges and universities.The implementation methods and precautions of each link are described in detail,including the knowledge and skills reserve in the early stage of the competition,the mobilization and organization of the competition,the guidance of scheme design and prototype production,and the preparation of competition materials,etc.These experiences can provide reference for students and instructors who participate in the mechanical innovation design competition.
Key words:Mechanical innovation design competition;Innovative thinking;Practice ability
一 引言
随着我国经济结构转型升级以及供给侧结构性改革不断深入，我国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段迈进。当前正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻坚期，社会对创新型、应用型高技能人才的需求日益旺盛。与之对应的我国高校招生规模迅猛扩大，已经建成世界上最大规模的高等教育体系，为现代化建设输出了大量的人才。但是一方面高校的师资规模以及硬件投入却无法与之匹配，使得高等院校的人才培养存在一系列问题。讲授为主的教学模式使得学生只会被动接受知识，独立思考和创新能力不足。考试为主的考核模式使得学生只会“纸上谈兵”，实际动手能力不足。因此高校培养的毕业生与经济的高质量发展存在脱节的现象，出现了毕业生就业难和就业质量低，而生产服务一线对创新型、应用型、复合型人才长期处于急需状态的两难境地。尤其对于机械工程这种直接面向工业应用、实践性很强的学科，大学学习阶段实践锻炼机会的缺乏使其在毕业时很难具备良好的解决复杂工程实际问题的能力[1,2]。
创新实践能力是社会发展和转型升级的驱动力，也是大学生创业和就业的基石[3,4]。如何抓住一切机会把创新创业融入到人才培养当中，培养具有创新能力和实践能力的高素质人才为区域经济服务，是摆在所有高等院校的重要问题[5]。在目前有限的教学资源条件下，各类公益性的学科竞赛为学生提供了难得工程实践机会[6-8]。在机械工程领域众多学科竞赛中，全国大学生机械创新设计大赛鼓励学生针对实际需求，充分应用所学通过创新思维进行机械设计和工艺制作等实践工作。该大赛是面向大学生的群众性科技活动，所有大学生均可组队参与，能使学生的综合设计能力、动手能力以及协作精神等获得全面提升，同时在促进学科建设和课程改革也有重要的推动作用[9,10]。为了让更多的学生通过这项活动综合素质得到较理想的提升，需要在前期的知识与技能储备，大赛的动员与组织，方案设计与样机制作的指导以及参赛资料准备等各环节统筹安排合理实施。
二大赛所需的知识与技能储备
机械创新设计大赛的特色是实物参赛、机电结合、系统训练、创新应用。参赛过程中学生需要完成一名机械工程师在产品开发各环节所需完成的市场调研、方案设计、详细设计、样机制作、样机测试等任务[11]。这些任务均需要相应的专业知识与技能作为支撑，在赛前学生的专业基础课程学习中应进行针对性的训练。大一入校，可以通过机械工程导论课程给学生介绍专业概况，使学生对机械工程专业的课程体系，专业技能、未来从事的职业以及发展等有总体的认识。同时可以在该课程中步骤一个简单的创作开发任务，让学生体验一下产品开发涉及的市场调研、总体方案设计、详细设计、样机测试等全流程，使其认识到专业知识的重要性，激发学生学习专业知识的热情。在机械制图课程中让学生掌握基础的机械零件和部件的工程视图表达的同时还需督促学生掌握AutoCAD，Solid works,UG等2D及3D制图软件。机械原理及其课程设计应让学生掌握典型机构的设计，并学习如何借助三维CAD软件对其运动学特性进行仿真分析。在控制技术方面，借助程序设计与实践课程、电工电子技术课程及其实验、机械电气控制及自动化课程、机电液系统综合设计实践等，应使学生掌握简单控制电路的设计以及典型控制元件如单片机、PLC等的使用。在制造技术方面，主要通过机械制造基础训练以实作方式让学生了解车削、铣削、线切割典型机械零件制造工艺，重点让学生掌握3D打印这类样机快速制造技术。考虑学生解决实际产品开发能力的需要，在以上专业基础课程的教学过程中，在传授相关理论的同时有必要让学生通过自学和课内实践的方式掌握相关软件或者工具的使用。通过理论课程及实践课程的积累，使学生能够建立起较为系统的设计、控制、分析以及制造方面的专业知识体系及技能。
三 大赛的动员与组织
为了让更多的学生通过参加机械创新设计大赛提升其自身综合素质，赛前需要在学生中进行广泛的动员，赛中要进行合理的策划和组织以充分调动学生参赛的积极性。参赛动员应从学生入学时候开始。大一新生初来乍到，在陌生的环境中一方面对大学校园的各种活动充满好奇；一方面对学业发展和人生目标的规划比较迷茫。在这一空挡期，可以在迎新活动中组织开展历届机械创新设计大赛的成果展示，通过各种新奇的作品激发学生对本专业的信心以及对专业学习的兴趣。同时让获奖的高年级学生给新生分享参赛的心得体会，使新生看到未来自己的影子从而明确大学学习的目标和方向。另外通过机械工程学科导论课给学生分析历年的大赛主题以及获奖作品的特点，使广大学生对大赛有更为深入的认识。同时让学生了解一般机电产品开发的流程，并布置简单的开发任务让学生自主组队体验开发过程，体会掌握相关专业知识和技能的重要性，也为正式参赛提前进行团队磨合。除了兴趣激发外，也可以通过在专业培养方案中设置创新创业实践环节，引导学生通过参加学科竞赛获得相应学分。在大赛的校级预选阶段注重过程监控，组织专家进行方案评审和定期进度检查，以项目进度和作品水平综合作为评奖的指标，以督促各参赛小组按时完成各阶段的任务。校级预选赛的获奖比例可适量扩大，以保护学生参赛锻炼的积极性。预选赛可以分成两个层次，第一层次是设计方案的预选，无需硬件投入和经费支持，因此该阶段可以让尽量多的学生组队参加。这一阶段主要考核各队所提出方案的创新性以及所设计方案的细致程度，以筛选出有实力团队。第一阶段入选的团队可参加校级的第二阶段样机的预选赛，该学校支持一定经费让学生完成样机的制作及测试，根据样机的效果以及团队汇报展示结果确定参加省级预选赛的名单。这样可以在控制经费投入不过多增长的情况下使尽可能多的学生通过大赛得到锻炼。同时层层的选拔也更能激起学生的荣誉感，使其投入更多时间学习、研究，通过解决实际设计制作中的问题，综合实践能力得到充分锻炼。
四 大赛的指导
鉴于学生理论知识及实践经验的不足，为了获得良好的设计效果，有必要组织有丰富实践经验的老师对各参赛小组在方案设计到样机制作的全程进行指导。学校在倡导老师以崇高的职业责任感积极参与学生大赛指导的同时，也应以绩效手段肯定指导老师付出的辛勤劳动，保护老师指导大赛的积极性。为了充分发挥学生的主观能动性，整个大赛中学生应该发挥主体作用，指导老师应是参谋和协调人的角色。在选题阶段，指导老师应引导学生发现各主题在设计上要解决的关键点和难点，以此找出创新设计的切入点。在确定设计主题和切入点后，指导学生进行充分的文献检索学习现有产品的设计思路找出其优缺点。在综合分析各种设计后让学生自由组织头脑风暴讨论形成一系列创意。指导老师结合其经验，考虑方案的创意及实现难度，协助剔除那些明显行不通的创意，选出两三个方案然后再进行完善并讨论选出一个好的方案。详细设计阶段，学生根据总体设计方案利用所学知识进行结构设计、三维建模与分析，如图3所示，指导老师则应以自己的专业眼光，考虑制造的工艺性提出设计存在的问题并进行改进。详细设计完成进入样机的制作，该阶段指导老师可以先让学生通过3D打印完成初步样机关键机构的制作，并测试其可行性，如图4所示。再根据学校实验室的设备和工具条件指导学生确定各零件最终制作工艺，同时完成标准零件的购买和外协零件的加工。样机装配完成，再根据其的运行效果对设计、零件的制作与装配方案等进行优化。在这一阶段将对学生的工程图纸的表达，加工工艺规程的设计能力、外协沟通能力以及动手能力等全面锻炼。
五参赛资料准备
为了获得更好的参赛效果，赛前应指导学生细致准备参赛资料。首先检查设计图纸的正确性，再对图纸的规范化和美观化提出改进意见。指导学生收集和整理整个设计过程中的各类信息，如市场调研结果，方案对比分析结果、详细设计计算分析数据，样机制作过程图片以及测试结果等，总结提炼形成规范的设计报告，以此锻炼学生的资料整理能力、写作能力以及严谨的工作作风。指导学生抓住重点简明扼要完成作品介绍讲稿以及汇报ppt，同时应要求学生借助现代工具，制作三维动画、视频等多媒体向专家生动展示作品的设计思路和创新性。学生通过项目汇报以及质询答辩的反复训练，表达能力沟通能力将有效提升。学生沟通表达能力的训练不应该单单体现参赛阶段，指导老师应在设计、制作方案、进度检查以及校级预选赛等各阶段引导学生通过研讨、辩论、汇报等方式逐渐积累、锻炼。
六总结
在目前高校实践条件相对不足的情况下，机械创新设计大赛为机械工程专业的大学生提供了难得的实践锻炼机会。通过参赛能够激发学生的学习热情积极钻研学科理论。使其能够理论联系实际，并通过实践发现问题，自主地汲取知识营养解决问题，有利于学生个人综合素质的逐步提高。从以往指导学生的经验来看，积极参加大赛并获得良好成绩的学生，无论其进入企业工作还是继续深造，他们能很快适应新的岗位，其工作业绩均被领导和老师认可。因此为了使更多学生受益，综合能力得到提升，扩展机械创新设计大赛学生的参与面十分必要，应使更多的学生尽量完整的经历整个大赛过程，最起码完成校级预选赛。
参考文献
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