机械创新设计与课程设计的选题指导

摘要:选题是《机械创新设计》课程设计的关键环节，因设计时间短(两周)，需要学生们独立选题，作为指导教师，做好选题指导极为关键。笔者多年的指导经历，将课程设计任务提前布置，把选题与课程的相关教学内容结合(如创造力原理、创造技法、实训方法等)，有针对性地指导学生明确课题何处来，如何应用实训方法，助益选题;如何借助缺点列举法等创造技法，拓宽思路，扩大选题范围等;再结合制定时间节点督促学生按时提交选题，并对选题评析、反馈，直至完善。这样，学生课程设计的时间比较宽松，教学中将课程设计贯穿其中，实现学以致用，学练结合，获益良多。

关键词:选题;指导;提前;学以致用

一、概述

《机械创新设计》教学中［1-3］，课程设计是重要的实践教学环节。本课设有两周的课程设计，一般按小组方式完成，组内3～4人一组，自由组合，以团队形式完成此课程设计。尤其需要说明的是，与其他课程设计不同，此课程设计题目不是教师给定的，需要学生自己选题。仅有两周时间，设计时间短，而且需要学生独立选题，因此选题是此课程设计环节中最重要、难度最大的一个环节，同时选题也是关键点。若选题合适，课程设计就成功了一半;若选题选得不合适，课程设计很可能难以通过。故对指导教师而言，选题指导是极为关键的环节。笔者在多年的教学实践中，做了一些尝试，与同行们分享如下。

二、选题的指导

(一)尽早布置

第一次课在介绍课程时就告知学生，本课结束后有两周的课程设计，单独计学分，与其他课程设计不同，题目需要自定，而不是老师给定题目。课程设计的任务书电子版发给学生，让他们有初步的认识(对课程设计的要求与选题做简单的介绍)。尤其需要告知学生，若在课程设计时才开始选题，就太迟了，现在就应该开始思考。凡事宜早做安排，就像要去坐火车、乘飞机一样，要提前出门，算出到车站、机场的时间、过安检的时间等。课程设计也是如此，以往的同学能提前做好选题的，课程设计往往很顺利;个别组的同学对选题不重视，不提前去做，最后课程设计时很被动，其他小组在做具体设计了，他们题目还没定好，整个课程设计制作的匆匆忙忙，成绩往往不理想。

(二)如何指导选题

1．结合课程所学的相关内容，启发选题在布置了课程设计任务后，在讲课过程中，学到相关的内容时，就联系选题进行讲解。例如，在课程第一章，讲到机械产品的设计类型主要有三种［1］:(1)开发性设计。根据设计任务提出的功能要求，提出新的原理方案，通过产品规划、原理方案设计、技术设计和施工设计的全过程完成全新的产品设计。(2)变异设计。在已有产品设计的基础上，根据产品存在的缺点或新的应用环境、新的用户群体、新的设计理念，改变已有产品的材料、结构、尺寸、参数，设计出更加适应市场需求、具有更强的市场竞争力的产品。或在已有产品设计的基础上，通过在合理的范围内改变设计参数，设计在更大范围内适应市场需求的系列化产品。(3)反求设计。根据已有的产品或设计方案，通过深入的分析和研究，掌握设计的关键技术，在消化、吸收的基础上，开发出同类型的创新产品。此三种设计中，通常针对新产品的开发性设计难度最大，要求创新程度也最高。而变异设计、反求设计，都是改进型设计。课程设计时，这三种设计都可以考虑，从创新的难度来说，开发性设计难度系数最大，但也不是不能做。如果有很感兴趣的产品，也不一定很难，完全可以放开去做;至于变异设计、反求设计，有产品原型，难度系数小，相对会容易些。希望大家平时多留意、注意观察生活。由于选题对学生而言，既是难点又是关键点，需要多次强调。在上课时，结合不同的内容多次讲解，使学生明白课题的来源，然后如何去选。例如，在学习课程第二章创造力原理时［3］，原理之一是创造力人皆有之，即只要是正常的健康的人都有创造力，不只是大人物才有，普通人同样具备。在座的每位同学，是不是无一例外具有创造力?反问学生:现在的汽车、电灯、电脑等，怎么来的?是02种在地上长出来的吗?可曾听说谁家这块地里是种汽车的，那块地里是种电脑的?显然不是，它们是人造的，人们为什么想到制造这些东西呢?或者说汽车等产品的“种子”是什么?它们最初是怎么来的?汽车产生之前，当人们需要远行时，往往是步行、骑马或坐马车等，速度慢而且人在路途中很辛苦，有人想能不能制造一种东西代替步行、骑马等，使人轻松快捷地到达目的地呢?要是能有这样一种东西就好了，对此很多人反复在心中构思、想象，这就是汽车产生的最早“种子”或汽车发明的萌芽。后来经过无数人的努力，汽车被设计制造出来。不管汽车发展历史中，其后经过怎样的历程、改进，创造汽车的初衷或原始的创意，始终没变，这相当于西瓜的种子、小麦的麦种等。其他的创造也是同样，如电灯。使用电灯之前，夜晚的照明人们主要用油灯，因为油灯不是很明亮，有人要求高，心里想要是能有很亮的灯来为大家照明，该多好啊!很多人有此愿望，产生创造更亮的灯为人们照明的期望，有了想法又不断努力研究，最终成功发明电灯，可见，发明创造的课题源于人们在生产生活中，因发现问题或发现人们的需要而产生的想法(愿望)。方便他人，给人们的生活带来方便、利益的想法(愿望)，它不是无缘无故产生的。大家思考一下是不是如此?我们的生活，离不开前人的创造，每天都在自觉不自觉地使用着无数位前人发明创造的成果。同样的，我们是不是需要发明一些新产品或改进已有的产品呢?要发明或改进，首先要注意留意、观察生活，发现人们的需求，这是各种创造活动的来源。对课程设计而言，这种需求即是课程设计选题的来源。以面条机为例，此机器已经是成熟的产品，我们一般想到的是面条机就是压面条的。实际去做用户调查，发现有的用户用面条机压面条不多，常用压馄饨皮，调到最小的间隙去压馄饨皮，发现压出的皮还是很厚、不令人满意。就此点考虑，面条机要不要改进呢?还是单独设计一台压馄饨皮的机器?这或许就是一个选题，当然能否作为选题，还需要进一步做市场调研、分析等。但作为选题的来源，应明确课题来源于人们的生活、生产，特别是发现人们的需求有不方便之处时。由上而知，课题来源于生活、生产，应注意观察、留意生活、善于思考、善于发现，发现人们的需求、不方便，或者说难点。道理容易理解，但大家平时没有形成观察生活、善于思考的习惯;必须借助于一种方法培养大家积极观察、思考、发现问题的习惯。这种实训方法即是———“一日一设想”活动。2．应用“一日一设想”训练，有利选题“一日一设想”是一种创造性思维开发训练活动，是美国的奥斯本首先提倡并身体力行的。“一日一设想”的创造性思维开发训练活动，经过实践检验对创造活动起到良好的作用，其意义十分深远。尤其课程设计的选题问题，应用此训练方法，有利于培养学生观察生活、善于思考的习惯，增加对发现问题的敏感度，易于实现选题的目标。此项训练活动简便易行，具体需要:(1)一目标，即每个参加者建立每天做一项(或一项以上)创造性设想的自我目标;(2)一便携本，即准备好随身方便携带的“一日一设想”专用记录本，以便及时记录设想;(3)坚持每天做，需要持之以恒。上述的创造性设想具体包括发现问题(创造的目标)及解决问题(具体的方案构思)两部分。课程设计的选题实际就是发现问题，前面已讲述，它们即是创造活动，如课程设计课题的“种子”和萌芽，设想的内容可以包罗万象，没有限制，一般以学生们的日常学习工作领域为重点，也可以是来自设想者日常所见、所闻、所思的内容，或受信息启发而任意选题。甚至可以是幻想，有些人认为幻想是可笑的，殊不知我们现在的很多产品，如飞机、电视等曾是早先时候人们的幻想，现在不是幻想成真了吗?当有了新奇的想法后，把它随时记下来。“一日一设想”在课程第三章中，为了课程设计选题，可以提前学习，方便学生应用。在学完“一日一设想”后，督促学生实际训练，每天坚持，至少一天一个设想，在众多的设想中，哪怕其中一两个能成为课程设计的选题，不也很好吗?3．运用创造技法，扩大选题范围创造技法［4］是从历来的创造活动实践中，人们总结与提炼出来的帮助开展创造活动的辅助性工具。帮助人们克服习惯性思维障碍，不同类型的创造技法可以从各个不同的角度来启发新思路，帮助产生灵感，而且具有普遍性与可操作性，故有很大的实用价值。例如，缺点列举法，通过寻找创造对象目前所存在的具体缺点，针对缺点进行改进创新的一种创造技法。常言道:“金无足赤，人无完人”，任何事物都存在缺点。从创造学的角度看，这些缺点正是创造的新起点。缺点就是问题，要解决问题必须先发现缺点，只有不断地列举缺点，解决问题，才能使产品不断趋于完善。正因为任何事物都必然存在大量的缺点，因而缺点列举法在一切创造中都普遍适用，而且任何事物的缺点在解决以后，又会有新的缺点显现。另外，随着社会的发展与人们需求的变化，各种事物还会产生新的缺点，故只要不断列举缺点，创新思路必可源源而来。结合缺点列举法，课程设计的选题不难找到。常见的机器、产品等都存在缺点，不用分析大量的机器，挑选其中一种分析其缺点，只选其中一个缺点改进就是一个选题。故用缺点列举法，选题并非难事。例如，洗衣机已经是比较成熟的产品，有没有缺点呢?当然有，如很脏的衣服洗不干净;用水多;停电没法用;偏远山区、缺水的农村，不方便使用洗衣机，等等。再如，应用希望点列举法，为课程设计选题，也是可行的。缺点列举法要先有事物的原型，然后才能针对列举的缺点去开展新的创造。它是一种改进型、被动型的创造技法，而希望点列举法，不受任何事物原型的束缚，根据人们的希望点就可提出各种新的设想，按照希望与愿望的方向去进行创造。问我们自己有什么需要或愿望，或观察发现他人某一群体有何需要，此需要或愿望很可能成为我们的课程设计的课题。还有其他的技法，若觉得方便好用，都是可以拿来用的。

(三)制定时间节点、督促学生完成选题

1．制定时间节点，完成选题表的填报通过多次、反复讲解指导，使学生明晰选题要求、如何选题后，促使学生实际去选题，给出他们时间节点，即提交选题的截止时间。在规定的时间期限前，要求学生们填写选题表，其中包括分组情况(团队成员)、小组题目、课题简要等。2．评析选题，反馈、修改直至完善选题表收齐后，教师分析、评价，给予具体反馈和评议，对具有普遍性、代表性的问题在课堂统一反馈和评议。如一个学生的题目是“工业机器人的改进设计”，众所周知，工业机器人种类多、结构复杂，此选题的不当之处是题目太大，一般工业机器人由三大部分六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分，六个子系统为机械结构系统、驱动系统、感知系统、机器人—环境交互系统等。由于工业机器人结构复杂，涉及机械、控制、电子等多方面技术，短短两周的课程设计改进设计不可能针对所有结构进行改进，一般不建议选此题目。若要选此题目，可以修改为某一具体工业机器人的一部分进行改进;诸如此类的选题，不当之处是题目太大并具有一定的代表性。故统一在课堂评议和反馈以使大多数学生明白选题的误区，令此类选题修改或重选。再如，有一个学生的选题是“智慧农业”，此选题含混不清，题目不明确，不知设计者要做什么，此种选题题目作为课程设计的题目，明显不合适，反馈重选。诸如此类，对具有共性的选题问题统一反馈和评议。对部分选题不明晰的小组，让他们在课堂上讲一讲，选题背景、要解决的问题、主要的机械结构等。就这样，不合格的选题让其重选，需要修改调整的反馈使其修改，直至合适为止。

三、结论

(1)选题是课程设计的难点和重点，合理安排，将选题提前安排，与课程的相关内容结合，使学生尽早完成选题，从而保障了课程设计的顺利完成。(2)机械创新设计教学与课程设计结合，以课程设计贯穿于教学始终，使学生学以致用，加深了学生对本课程相关理论方法的理解、体会和掌握。因有任务驱动，学生对理论、知识、方法等的学习，就不单是书本上的内容，因为他们急需使用，故对教学内容相比于前些届(无课程设计贯穿)的学生理解和掌握要深入得多，并且发现不少学生有了自己的体会。(3)以课程设计选题贯穿教学始终，加深了学生对本课程相关理论理解、体会。例如，创造力原理，其中关键的一条是创造力人皆有之(这是人类所有创造的基础)，字面上容易理解，但结合自身真正认识自己的确具有创造力，是不容易的。通过课程设计选题与教学内容的结合［5］，不少学生体会到此点，并激发起开发自己创造力的兴趣，这是难能可贵的。

参考文献:

［1］王红梅，赵静．机械创新设计［M］．北京:科学出版社，2020:1-167．

［2］张换高．创新设计TＲIZ系统化创新教程［M］．北京:机械工业出版社，2017:6．

［3］牛红恩，韦翠翠．基于能力提升与过程评价融合的机械设计基础课程设计教改探索［J］．内燃机与配件，2021(20):238-239．

［4］张争艳，戴士杰，何艳．创新方法与第二课堂并举的机械类创新应用型人才培养模式研究［J］．黑龙江教育(理论与实践)，2022(2):28-31．

［5］杨雪，吴世青．创新创业思维在机械专业大学生毕业设计中的教改初探［J］．南方农机，2022，53(02):187-189．

作者：王红梅 赵彦峻 孙红亮 单位：山东理工大学机械工程学院 山东工业职业学院