曹蔚 朱育權(quán) 楊科 田建輝 沈云波 彭潤玲

摘 要：文章研究了機械設(shè)計過程的知識流動規(guī)律，分析了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計關(guān)鍵因素，進行了機械設(shè)計專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的教學(xué)改革探索。以產(chǎn)品設(shè)計過程中知識流動規(guī)律為主線，科學(xué)育人，加強學(xué)生創(chuàng)新能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)；在此基礎(chǔ)上以學(xué)生為主體，教師為輔助，構(gòu)建校園機械設(shè)計知識服務(wù)體系；綜合利用多種現(xiàn)代機械設(shè)計手段，形成多角度全息機械設(shè)計創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

關(guān)鍵詞：知識流動；機械設(shè)計；創(chuàng)新人才；全息

中圖分類號：C961 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）16-0020-04

Abstract： In this paper， the rule of knowledge flow of mechanical design process is studied， the key factors of innovative design of products are analyzed and the mechanical design innovative talent training progress is reformed. Based on the rule of knowledge flow， students are trained scientifically and the cultivation method of students' innovative ability and quality is strengthened. Then， students， with the teacher's assistant， can build the knowledge service system of campus mechanical design. Through comprehensively utilizing a variety of modern mechanical design methods， the innovative personnel training mode of multi-angle holographic mechanical design is constructed.

Keywords： knowledge flow； machine design； innovation personnel； holography

一、概述

機械產(chǎn)品的創(chuàng)新、快速設(shè)計已經(jīng)成為制造業(yè)競爭的焦點，設(shè)計知識的有效積累、流動和供給是產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)生動力。因此，必須深化機械設(shè)計專業(yè)人才培養(yǎng)方式改革，結(jié)合機械產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)層次性的特點，研究產(chǎn)品全生命周期信息知識的表示與集成，從多層次全方位角度研究機械產(chǎn)品設(shè)計知識流動規(guī)律， 以該規(guī)律為主線，將其貫穿機械設(shè)計專業(yè)的各項教學(xué)活動，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程素質(zhì)。

二、機械設(shè)計專業(yè)方向人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)特別是西部高校機械設(shè)計專業(yè)人才培養(yǎng)在教學(xué)理念、方法和手段、創(chuàng)新能力等方面尚不完善，具體表現(xiàn)如下：

（1）教學(xué)僅注重已有理論知識灌輸，缺少對學(xué)生獲取設(shè)計新知識和整合已有知識能力的培養(yǎng)，未從機械產(chǎn)品的生命周期、設(shè)計結(jié)構(gòu)層次等角度分析產(chǎn)品設(shè)計的基本要素，難以提高學(xué)生創(chuàng)新知識應(yīng)用能力。

（2）設(shè)計訓(xùn)練基本上都是傳統(tǒng)機械產(chǎn)品設(shè)計分析，設(shè)計過程按步就班，設(shè)計方法缺乏新意。這樣的設(shè)計訓(xùn)練雖然能夠加深學(xué)生對機械設(shè)計專業(yè)主干課程基礎(chǔ)知識的理解和掌握，但卻不利于激發(fā)學(xué)生的探索創(chuàng)新和自主研究精神。

（3）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動缺少對分布式資源環(huán)境和知識服務(wù)平臺的有效利用，較少借助互聯(lián)網(wǎng)+、智能化平臺、大數(shù)據(jù)等手段獲取新知識以進行機械創(chuàng)新，沒有實現(xiàn)設(shè)計知識流動。

三、多角度的全息機械設(shè)計創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式構(gòu)建

基于知識流動規(guī)律，以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計知識獲取能力為中心；優(yōu)化課堂教學(xué)、改進設(shè)計訓(xùn)練過程、革新課外實踐活動；多方協(xié)同聯(lián)動，形成多角度的全息機械設(shè)計創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，如圖1所示。

圖1 多角度全息機械設(shè)計創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式

四、實施措施

（一）探索知識流動規(guī)律，革新機械設(shè)計教學(xué)理念和方法

1. 立足知識流動本質(zhì)-挖掘產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計關(guān)鍵因素

傳統(tǒng)設(shè)計專業(yè)教學(xué)多注重具體理論知識點的灌輸，對學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新思維缺少引導(dǎo)和訓(xùn)練，歸根究底是沒有厘清產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中的關(guān)鍵因素。

機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計關(guān)鍵因素包括創(chuàng)新精神、創(chuàng)新點、創(chuàng)新理論與方法、創(chuàng)新設(shè)計知識服務(wù)平臺及知識流動幾方面的因素，關(guān)鍵因素與創(chuàng)新設(shè)計能力及創(chuàng)新知識的關(guān)系模型如圖2所示。

圖2 關(guān)鍵因素與創(chuàng)新設(shè)計能力的關(guān)系模型

基于上述設(shè)計過程關(guān)鍵因素的認(rèn)識，機械產(chǎn)品的設(shè)計知識將得到進一步分層。

2. 細化知識類別-機械設(shè)計知識分層表述

在傳統(tǒng)機械設(shè)計人才培養(yǎng)過程中，過于關(guān)注知識點細節(jié)，忽視各知識點在產(chǎn)品設(shè)計過程中的作用及彼此之間的區(qū)別與聯(lián)系。學(xué)生設(shè)計過程中也側(cè)重圍繞各孤立的知識點展開，缺乏對系統(tǒng)總體上的理解和把握。因此首先需要將機械設(shè)計知識分層表述，如圖3所示：

圖3 機械設(shè)計知識分層表述

新產(chǎn)品設(shè)計過程可以分為概念層、系統(tǒng)層、零件層等幾個層次，不同層次的設(shè)計流程以及所需的知識類型完全不同。

在教學(xué)過程中，教師有必要根據(jù)內(nèi)容所屬的不同層次選擇關(guān)鍵知識進行講授。

3. 打破思維定勢-營造基于知識流動供給的現(xiàn)代設(shè)計理念

在認(rèn)清機械設(shè)計關(guān)鍵因素后，首先可將創(chuàng)新思維貫穿始終，引導(dǎo)學(xué)生打破思維定勢。例如： 在產(chǎn)品確定功能后，教師可利用一個準(zhǔn)確的脫離結(jié)構(gòu)的描述來激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

為改變傳統(tǒng)機械專業(yè)人才培養(yǎng)將整個機械設(shè)計過程割裂，各部分知識獨立的現(xiàn)狀，在厘清機械設(shè)計知識流動規(guī)律及其設(shè)計知識表述方式后，將原設(shè)計類課程內(nèi)容重新組合，按照知識供給和流動的規(guī)律來培養(yǎng)學(xué)生。例如在機械產(chǎn)品設(shè)計的過程中，向?qū)W生灌輸知識集成的概念，培養(yǎng)學(xué)生在掌握已有知識的基礎(chǔ)上，學(xué)會如何對多類知識資源進行集成。

以往的機械設(shè)計人才培養(yǎng)過程中，各門主干課程割裂，給學(xué)生的感覺就是每門課學(xué)完往往不知有什么用，整合運用知識能力很差。因此遵循設(shè)計過程知識流動規(guī)律，給學(xué)生適當(dāng)?shù)膯l(fā)，引導(dǎo)學(xué)生提出問題、搜索已有知識、獲取已有知識、集成創(chuàng)成新知識，最終解決問題。調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，在潛移默化中增進創(chuàng)新設(shè)計能力的培養(yǎng)。

（二）優(yōu)化知識供給， 構(gòu)建校園機械設(shè)計知識服務(wù)體系

在吸納整合其他社會資源的基礎(chǔ)上，運用互聯(lián)網(wǎng)+思維，構(gòu)建以高校為基礎(chǔ)、融合多源知識單元的全息設(shè)計知識服務(wù)體系，從“知識流動”角度引領(lǐng)機械創(chuàng)新設(shè)計。動員和激發(fā)廣大師生廣泛關(guān)注，營造濃厚的校園知識流動氛圍，將創(chuàng)新思維、知識流動規(guī)律、創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練貫穿機械設(shè)計專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中，培育了與高等教育相融合的“校園知識服務(wù)”創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計文化。

如圖4所示：我校利用微信、QQ、短信、貼吧等交流平臺構(gòu)建校園機械設(shè)計知識服務(wù)體系，形成校園知識流網(wǎng)絡(luò)，面向全校提供知識服務(wù)。平臺與校內(nèi)幕課、微課平臺互相補充。

圖4 校園機械設(shè)計知識服務(wù)體系

通過搜索校園機械設(shè)計知識服務(wù)平臺已有的知識和服務(wù)，產(chǎn)品的各項功能與某一領(lǐng)域的知識對應(yīng)起來，將所有的知識服務(wù)組合最終獲得一個全新的機械產(chǎn)品。從而完成了概念層的設(shè)計。

（三）推動知識流動，革新機械設(shè)計實踐環(huán)節(jié)

1. 基于知識分層的設(shè)計思維訓(xùn)練

機械設(shè)計專業(yè)人才的培養(yǎng)應(yīng)更加注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和知識獲取能力，因此我們引導(dǎo)學(xué)生沿著概念層、系統(tǒng)層、零件層等設(shè)計過程的幾個層次路線依次完成課程設(shè)計任務(wù)，幫助學(xué)生經(jīng)歷機械產(chǎn)品設(shè)計知識流動全過程。要求學(xué)生完成需求調(diào)研、功能分解、機械零件選型與組合、最終獲取知識完成運動學(xué)和動力學(xué)計算分析等。如圖5所示為機械設(shè)計專業(yè)課程設(shè)計知識流動全過程。通過知識分層，從本質(zhì)上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，促使學(xué)生主動獲取創(chuàng)新設(shè)計的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識。

2. 基于資源共享的項目訓(xùn)練

畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的實訓(xùn)題目與科研案例結(jié)合，綜合利用多角度多方位手段。以學(xué)生為主體，教師只起輔助引導(dǎo)作用，鼓勵學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和各類設(shè)計知識服務(wù)平臺獲取新知識，對海量信息進行合理篩選匹配，整合各資源單元的知識服務(wù)項目，創(chuàng)成新知識，構(gòu)建自己的知識流網(wǎng)。

如圖6所示：我校開發(fā)了校園現(xiàn)代機械設(shè)計知識服務(wù)平臺，實現(xiàn)資源共享、優(yōu)勢互補。充分發(fā)揮橋梁和紐帶作用，連接校園與企業(yè)，溝通學(xué)生和實施單元，可服務(wù)于大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計和就業(yè)創(chuàng)業(yè)。

另一方面師生可以借助現(xiàn)代機械設(shè)計知識服務(wù)平臺觀摩企業(yè)實際機械產(chǎn)品設(shè)計案例，增強實踐經(jīng)驗，實現(xiàn)了“走出去”使機械設(shè)計專業(yè)學(xué)生深度參與機械設(shè)計知識流動過程。

3. 基于設(shè)計過程訓(xùn)練的課內(nèi)外感性認(rèn)知

利用選修課等課余時間培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計理論、方法和手段解決實際問題的思維方法和基本技能。培訓(xùn)學(xué)生用三維建模及有限元分析軟件進行機械系統(tǒng)建模和分析，提升學(xué)生興趣，為創(chuàng)新設(shè)計知識流動提供有力支持。如圖7所示：通過選修課學(xué)習(xí)，學(xué)生需完成某機械零件或系統(tǒng)的三維建模及有限元分析訓(xùn)練。

實踐環(huán)節(jié)在機械設(shè)計專業(yè)人才培養(yǎng)過程中不可或缺。我校將實踐能力培養(yǎng)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)結(jié)合，一方面，機構(gòu)運動創(chuàng)新實驗室引進了機械方案創(chuàng)意設(shè)計五位一體化實驗儀（如圖8所示），建設(shè)機構(gòu)模擬實訓(xùn)平臺，通過利用該實驗裝置進行現(xiàn)場實踐，讓學(xué)生親自動手設(shè)計，培養(yǎng)感性認(rèn)知能力，進一步獲取機械系統(tǒng)基本機構(gòu)的關(guān)鍵知識。另一方面借助知識服務(wù)平臺，使學(xué)生得到“機構(gòu)方案選型-尺度綜合-分析”一系列完整的設(shè)計訓(xùn)練。

（四）加速成果轉(zhuǎn)化，發(fā)揮示范效應(yīng)

為加速成果轉(zhuǎn)化，我校有針對性地引導(dǎo)社團成員參加課外實踐與競賽活動、按照設(shè)計過程的層次步驟進行創(chuàng)新設(shè)計訓(xùn)練，結(jié)合設(shè)計知識流動規(guī)律引導(dǎo)社團學(xué)生去獲取整合知識并完成任務(wù)，要求團隊成員利用已有知識提出問題，采取各種手段獲取知識，整合資源，得出設(shè)計結(jié)果，刺激團隊內(nèi)部知識融合與流動，激發(fā)創(chuàng)造潛能。

近幾年我校學(xué)生借助知識服務(wù)平臺開展大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計、三維造型設(shè)計大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽等各類創(chuàng)新設(shè)計活動與項目，獲得多項國家級和省級科技競賽獎勵，學(xué)生積極與指導(dǎo)教師聯(lián)合申報專利、軟件著作權(quán)等。近三年來，本專業(yè)學(xué)生參與發(fā)表科研論文40余篇，申報各類專利、軟件著作權(quán)等近120項，授權(quán)發(fā)明專利14項，實用新型專利38項，外觀設(shè)計專利7項，獲軟件著作權(quán)28項，取得了良好的效果。促進了科技成果轉(zhuǎn)化，充分調(diào)動學(xué)校廣大教師的積極性，發(fā)揮了示范效應(yīng)。

五、結(jié)束語

針對機械設(shè)計方向育人現(xiàn)狀，我校立足高校優(yōu)勢資源，基于知識流動規(guī)律，以學(xué)生為主體，從教學(xué)觀念、教學(xué)環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)等幾個方面進行改革。形成了機械設(shè)計專業(yè)主干課程新型教學(xué)方式與教學(xué)內(nèi)容，借助現(xiàn)代設(shè)計知識服務(wù)平臺和互聯(lián)網(wǎng)進行設(shè)計資源組織和機械創(chuàng)新設(shè)計，在學(xué)生已具備專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，逐步形成獲取組織設(shè)計知識的思維習(xí)慣。通過參與教師課題項目和各種專業(yè)競賽，指導(dǎo)學(xué)生進行典型機械裝備與產(chǎn)品的設(shè)計分析，使學(xué)生學(xué)會利用外部的知識服務(wù)與專家資源解決產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中碰到的技術(shù)問題。構(gòu)建學(xué)生自主創(chuàng)新、設(shè)計方案分析與設(shè)計資源組織的能力。

本項目的實施，使眾多學(xué)生受益，不僅使學(xué)生獲得創(chuàng)新設(shè)計的完整訓(xùn)練過程，同時又能使學(xué)生在設(shè)計過程中成長為創(chuàng)新知識的傳播者、實踐者和最大獲益者，很大程度地調(diào)動了學(xué)生自主獲取知識積極性。借助設(shè)計平臺，學(xué)生根據(jù)自己的需要獲取已有知識和方法，進一步使已有知識在實踐中更新，進一步形成新知識。激發(fā)了學(xué)生內(nèi)在的求知意識。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力，成功地將知識內(nèi)化成綜合實踐能力，最終實現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計人才的螺旋上升式成長。本項目培養(yǎng)模式的改革也可滲透應(yīng)用到其他專業(yè)方向的各教學(xué)環(huán)節(jié)中，以機械創(chuàng)新設(shè)計關(guān)鍵因素為抓手、以產(chǎn)品設(shè)計知識流動規(guī)律為主線，以分布的知識資源為支撐，最終構(gòu)建多層次、多角度、多維度的全息機械創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。

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