首页 -> 2006年第6期
高等工程教育中的创新训练探索
作者：王姝歆
一、传统金工实习与现代工程训练
现代工程训练着眼于学生培养的整体目标，使学生能够毕业后面对高新技术的飞速发展和市场的激烈竞争而求得发展：是机电结合、金属材料与非金属材料结合、设计与工艺结合、制造和计算机技术结合、加工技术和管理技术结合的综合性的工程实践训练。传统金工实习只是为了对某些知识的验证和对某些技艺的传承，主要包括铸造、锻压、焊接、车铣刨磨和热处理的实习，而现代工程训练削减了传统金工实习以基本制造技术为主的技工培训模式重复性操作，增加了现代机械制造技术、电工电子与信息、综合创新训练等多种现代设计方法和制造技术的实践。传统的金工实习从内容、程序到图纸、设备、工具等一切都由教师事先设计和准备好，学生“按照葫芦画瓢”，属于封闭死板的方法，现代工程训练是让学生充分体验创新过程，为学生提供一个参与实践、自由发展的空间，培养学生的创新意识、创新思维和创新能力。
二、工程创新训练方法
为了培养学生的创新意识、创新思维和创新能力校工程训练中心从以下三个方面开展了一些工作：
1．启发学生的思维。
为提高学生的创新能力和创新热情，中心专门开设理论课讲授创新思维和机械创新设计，并通过带领学生参观创新作品，布置学生自己的创新作品展板，举办各种创新讲座来提高学生的创新热情。任何一件创新产品，无不体现出前人与今人的创造发明，体现出人类为提高生产力所进行的精思巧干与艰苦卓绝的努力。
课堂主要内容包括：介绍创新和创造性思维的特点，以及常用的创造方法；介绍现代设计方法和机械产品的设计过程，包括产品规划、总体方案、结构设计、工艺设计、装配和改进等；介绍一些常见的机械创新产品设计实例；介绍机械创新设计参赛过程与方法。通过教师现场的循循善诱可激发学生的创新欲望，打开学生的创新思路。基本上每次课程结束，都会有一些学生主动向老师了解情况，表达自己创新的愿望，并积极投入到创新活动中。
2．对学生进行创意训练
采用机器人模型，让学生亲自动手组装调试，直接接触感性知识，从而实现理论和实践的结合，这不仅对理解、接受多种工程学科的课程内容甚为重要，而且也是培养高层次创造能力不可缺少的重要感性基础。
3．对学生进行创新训练
组织教师和指导师傅分别指导几个创新小组进行创新制作。通过创新制作，即学生自己创意设计零件、产品、工程项目等，并自行制作完成，来培养学生运用知识和创新的能力。整个创新训练的过程充分展示了个性，学生不仅学会了创新设计与创新制作，又获得了一次较为系统的工程训练。
三、创意训练
机器人是一部精密机械组合体，涉及到机、电、控制、传感技术、计算机技术等多方面知识，是能够充分体现机电一体化技术的典型产品，其发展也体现了机电一体化技术的发展趋势，因此基于机器人技术开展训练应是培养机电类专业学生实践能力和创新能力的有效途径。但是，就目前情况而言，所有学生都进行实用机器人训练从经济上和时间上是不太可行的，而利用机器人模型作为载体是一种比较好的方法。机器人模型根据需要可以选取各种机器人组合包，如移动机器人、工业机器人、仿生机器人、实验机器人和汽车机器人等。机器人组合模型由各种构件构成，包括机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分等，由这些构件可以组合拼装成多种创意的机器人产品模型。
在学生训练过程中，将机器人创意训练分成三个阶段：首先使学生尽快熟悉模型组装方式、软件编程方法，并对机电一体化产品形成整体概念。同时利用示范模型，给定具体的操作步骤和程序清单，并按照先简单后复杂的顺序，逐步完成模型的搭接、调试和运行，使学生了解各部分功能模块的作用及原理，掌握机电一体化系统设计、制作的基本知识和方法。其次，根据启发设计性模型，提出设计项目和具体的要求，由学生选做，在课余时间进行总体设计、机械本体设计、控制系统设计和程序设计，然后在课上进行搭接、调试。最后，将选择一些学生对这些机器人模型构件进行自由创意设计，并完成搭接、调试和运行等工作。
四、创新训练
中心创立了创新设计室以启迪学生的创新灵感，同时与本校电工电子中心合作，发挥各自在机械和电子方面的强项，让学生进行真实产品与虚拟产品的开发设计，同时让学生自己动手，将自己的设计与创新思想与实践相结合，制作出机械或机器人产品。创新训练主要包括以下几个方面：
1．调研选题
选题主要由学生自主进行，教师提供一些选题方向供参考。创新课题的申报要包括申请者和指导教师的情况、研究的主要内容、国内外研究现状、本项目的难点与创新点、项目的研究意义与选题依据、技术指标和研究进度安捧等。学生制作完成创新课题申报的ppt、CAD等，用于书面评审和答辩的材料并进行答辩。由各小组介绍自己的详细设计思路及原理，专家和教师组成的评审团认真分析后给出意见建议，确定其可行性，并了解各队所需资金的情况。
2．初步设计阶段
答辩后进入了初步设计阶段。初步设计阶段要说明产品功能、设计参数和相关指标、原理方案图、技术设计、工艺设计，包括绘制装配图、零件图、选材、确定技术要求、指定加工工艺等。
3．加工制作
加工制作主要由学生完成，指导教师负责指导，个别难度大、精度高的加工件由指导师傅完成。此外，所需的标准件、元器件、特殊材料由学生自己到市场购买，学校没有加工条件的可以协助学生联系外加工。
4．提交的资料大致包括以下几个方面：
设计图纸：包括机械系统传动方案简图、机构的运动简图、机构的运动与动力设计线图装配图和非标准件零件图。说明书：包括项目简述(功能设计说明)、方案草图、方案比较并确定最终方案、机构设计所涉及的计算和其他不适合用图纸表达的问题、设计方案评述。最后还要提交机械系统三维计算机模型和机械系统样机或实物模型。
经过一段时间的创新训练，我们发现，在进行创新训练课堂教学时，大多数学生对于机械创新和机器人创新都非常感兴趣，但对于其中涉及到的机电一体化的、智能化的、对控制技术要求较高的知识，就会有些茫然和不自信。而通过创意训练以后，学生对材料种类和用途、机械结构、机械传动、结构设计、传感器和电子器件、单片机、机器人控制、机器人编程等有直观认知，同时通过自己创意组合出可控制的机器人，享受到成功的兴奋，大大增强了自信心，激发创新的兴趣，以至创意训练结束后，很多学生积极要求参加更高层次的项目创新活动，自己自主研制各种机械产品和机器人，以进一步提高自己的创新能力。在创新训练中，学生不仅充分发挥出想象力和创造力，积极主动地更新知识，并通过小组合作，培养了团队精神，在创新训练中得到较大的收获。
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