面向应用型创新人才培养的机械创新设计课程项目化教学实践

摘  要：塑料机械是现代制造业的“生产母机”，塑机行业同时也是高分子材料产业链中资金密集、人才密集和技术密集的“钻石产业”。为满足我国高速发展的塑料机械行业对于高端专业人才的迫切需求，探索建立企业高度参与的创新人才培养新模式，中国塑料机械工业协会与北京化工大学启动“中国塑机创新专业人才培养计划”，建设“中国塑机创新人才培养基地”。该教学实践针对机械设计制造及其自动化学科，以创新应用性强的机械创新设计课程为例，依托于“中国塑机创新人才培养基地”多种多样的工程教育资源，以注塑机“五点斜排肘杆式”注塑机合模机构的方案创新设计为题，应用项目化教学方法，在理论教学的同时，使学生们带着工程实践问题进行学习、思考、分析和研究，鼓励学生将多门机械类专业基础课程所学知识进行创新结合与灵活运用，有效地促进学生们创新创造能力的发展，探索培育应用型创新人才的新模式。

关键词：应用型创新人才；项目化教学；机械创新设计；塑机人才培养基地；创新创造能力

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）19-0062-05

Abstract： Plastic machinery is the "production machine" of modern manufacturing industry， and the industry of plastic machinery， where the fund， the talents and the technology are intensive， and it is also "a diamond industry" in the polymer material industry chain. To satisfy the urgent demand for high-end professional talents in China's plastics machinery industry， as well as to explore the establishment of a new enterprise highly involved in innovative talent training mode. China's plastics machinery industry association and Beijing university of chemical technology launch the "China's plastics machinery for innovative professional talent training plan"， and the construction of the "China's machinery for innovative professional talent training base". This teaching practice is aimed at the mechanical design， manufacturing and automation discipline. We take the course Mechanical Innovative Design with strong application of innovation as an example， rely on the "China' s plastic machine talent training base" a variety of engineering education resources with the injection molding machine "five-point diagonal toggle style" injection molding machine closing device of innovative design， apply project-based teaching methods. We encourage students to study， think， analyze and research with practical engineering problems， and also encourage students to combine and flexibly apply the knowledge learned in the basic courses of many mechanical majors. This method effectively promotes the development of students' creativity， which will be a new mode of cultivating applied innovative talents.

Keywords： applied innovative talents; project teaching; Mechanical Innovative Design; talent training base of plastic machinery; innovation and creativity

《中国制造2025》提出我国要实现由“制造大国”向“制造强国”转变的战略目标，大力培养机械专业应用型创新人才已成为国家的必然需求。在新工科建设背景下，对机械类专业的人才培养也提出了新的要求[1]。机械创新设计是为增强学生创新能力开设的课程，通过介绍创新设计方法和机械创新设计实例，了解创新设计的原理与思路，更高的要求是使学生通过实践培养创新思维，运用创新技法解决各种问题。机械创新设计课程不仅需要讲述创新原理与技法，更应该为学生提供施展的平台，通过项目化教学模式改革，让每名学生都参与其中并有所收获，培育更多的应用型创新人才。本课程依托于中国塑料机械工业协会与北京化工大学建设的“中国塑机创新人才培养基地”，以注塑机“五点斜排肘杆式”注塑机合模机构的方案创新设计为题，应用项目化教学方法，在理论教学的同时，使学生们带着工程实践问题进行学习、思考、分析和研究，鼓励学生将多门机械类专业基础课程所学知识进行创新结合与灵活运用，为更多的学生提供实习参观与技能培养的机会。

一  课程定位

（一）  课程简介

机械创新设计是机械设计制造及其自动化专业的专业选修课，总课时24学时，为考察课。该课程以机械原理、机械设计、机械制图等课程为基础，以机械创新为出发点向各领域延伸，通过对创新实例的介绍，了解创新技法。在教学中使用多媒体教学、组织学生实习参观丰富课程内容。本课程在专业教学计划中起到至关重要的作用，是提高学生创新能力，衔接理论学习与专业实践的一门重要课程，同时也是学生们参加“机械创新设计”大赛的重要支撑课程之一[2-3]。

（二）  课程内容

本课程介绍创新设计的基本概念、创新思维与技法；重点分析创新在机械设计中应用的主要原理与方法，包括机构的变异原理、机构组合方法的组合原理、零部件结构的创新技法等；介绍机械创新设计的一般方法，并举例讲解机械创新设计实例；带领学生参观“中国塑机创新人才培养基地”，布置项目化作业，对注塑机“五点斜排肘杆式”注塑机合模机构进行机构方案创新设计，综合运用与巩固所学知识，由此达到培育应用型创新人才的目标。

二  项目化教学实践

（一）  项目化教学简介

项目化教学是实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。其实施的流程分为以下几步：①明确项目任务；②制订计划；③实施计划；④检查评估。项目化教学对学生的学习更具有针对性，学生能够自主、自由地进行学习，从而有效地促进学生创造能力的发展。项目化教学更注重学生在项目活动中的能力提升，解决项目问题就是多方面考察学生对知识的综合运用能力，最终考核内容也囊括了学生在参与活动中各环节的表现。

通过项目化教学，教师可以在课堂中充分调动学生积极性，充分挖掘学生的创造潜能，使学生在“做”中学，把理论与实践教学有机地结合起来，提高学生解决实际问题的综合能力，项目化教学是切合学生实际的教学方法[4]。

（二）  “中国塑机创新人才培养基地”简介

北京化工大学昌平新校区的启用，为人才培养、科学研究等方面提供更广泛的优质资源和良好的工作学习环境。中国塑料机械工业协会与北京化工大学以新校区落成为契机，启动“中国塑机行业创新人才推进计划”，建设“中国塑机创新人才培养基地”。为支撑基地建设共有20余家合作公司参与注塑机及其配套设备捐赠，如图1所示。

该基地将为行业专业人才培养提供学习素材、实操设备和了解行业与企业的机会，为各参与单位提供展示平台、智力支持与专业的设备性能评价。通过行业人才培养模式的创新尝试，将持续不断地为中国塑机行业培养高素质的青年英才。

（三）  教学流程

整门课程教学分为三大部分：①基础课程，对基本知识与原理的讲解；②实践课，了解注塑机工作原理，重点观察合模装置肘杆机构的运动方式；③布置项目化作业。具体教学规划见表1。

在教学内容中，第一章“绪论”和第二章“创新性思维与创新技法”以概念为主，主要采取老师讲授、实例启发为主的授课形式，穿插学生提问，并留课后作业或随堂作业。从第三章“机构变异与创新设计”开始为理论性和应用性很强的知识内容，为使学生先对所学内容的性质有大致了解，选择在讲授完第三章后布置项目化作业，同时在中国塑机创新人才培养基地进行参观学习。图2为学生们在中国塑机创新人才培养基地参观学习实况。从第四章到第七章开始，每节课大约一半时间用于课堂教学，另一半时间让学生们利用所学的知识完成项目化作业。项目化作业的关键节点任务见表2。

（四）  项目化作业

在本课程的教学中，项目化作业的布置是项目化教学的集中体现，课程知识讲解及实习参观都围绕项目化作业的主题展开。项目化作业综合考察学生对本课程及先修课程知识的掌握，最终目标是学生之间协作得出一个完整的创新方案。

1  明确项目任务

本课程项目化作业的任务目标为注塑机“五点斜排肘杆式”注塑机合模机构的方案创新设计，学生进行讨论后自由组队，以团队协作的方式完成任务。

2  作业内容

围绕项目目标将任务细化，对于注塑机合模机构的设计，首先需要进行工况分析，即注塑机对开合模过程有一定的运动要求，例如运动速度符合“快—慢—快”的变化，这一部分需要学生查阅有关文献，进行总结。

下一阶段需要进行创新方案设计，这一部分会运用到本课程或先修课程，分析机构组成及作用，并且进行自由度的计算。在设计过程中有可能会产生多个方案，方案之间需要进行优缺点比较，优中选优。

最后需要进行运动学和动力学的模拟分析，建立模型并进行动画展示，进一步寻找问题修改方案，并通过软件分析该方案是否能满足要求。

3  作业实施

各小组进行内部分工，运用机械原理、机械设计等课程知识进行机构设计计算，运用Creo、CAD进行建模，ADAMS进行模拟分析（机械原理、机械设计、Creo、CAD和ADAMS等均为本专业先修课程）。在每个环节需要进行相应方案记录与整理，最终每组需整理出一份模拟报告。

（五）  考核方式

师生课堂互动是提高课堂教学质量的有效手段，对于机械创新设计课程而言，教师更应该利用互动环节来保障教学的针对性、实效性，使学生可以大胆地同教师进行交流与讨论，增强学生的学习信心[5]。因此，最后的考核方式采取以翻转课堂PPT展示为主，提交模拟报告为辅的形式。

学生准备PPT并按照方案要点进行工况分析、创新方案、运动学及动力学模拟分析和结果分析评价四部分介绍（占比60分/100分），模拟报告则作为对课程展示的补充（占比10分/100分），其余分值为平时分。

针对学生的PPT展示有一套完整详细的评分细则，见表3。评分采取小组互评和老师评价相结合的方式，使得评价结果更准确、更可靠。为使组内学生分值具有区分度，由组内协商好的完成权重予以适度倾斜。