汪华方+段汉林+陈开锋+蔡文浩
摘要：创新是民族进步的灵魂，机械制造中也存在着大量的创新经典案例。如果能在本科生教学过程中将这些创新手段灌输给他们，可以帮助学生提高学习的积极性和自主性，大大提高学生的竞争力。本论文结合机械制造基础课程的铸造、锻压、焊接等具体工艺内容，探讨了教学中涵盖的十一种典型的创新思维。
关键词：机械制造基础;本科教学;创新方法
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）20-0099-02
机械制造基础是机械专业的一门非常重要的基础课，讲授的内容偏重于从理论上分析常见毛坯零件的制备工艺（铸造、焊接、锻压、塑料成型、粉末冶金等），涉及计算数学、物理化学、金属学、传热学、传质学和动量传输学等多种学科，需要学习的概念及其衍生概念非常多，引用的公式及其推导、演绎过程对学生而言比较难以掌握，因此这门课程常常需要结合日常生活现象和零件制造工艺来理解这些各种概念和材料的基本性质，进而介绍机械制造过程中的“三传”原理或者塑性变形机理，最后以缺陷为重点，帮助学生掌握预防缺陷的手段和措施。本课程理论性非常强，是培养工程技术人员的必修课程。学好这门课程，不仅有利于提高学生的理论基础，还能提高他们综合分析问题和运用知识的能力。机械制造基础课程内容丰富，蕴含着大量创新性思维。
所谓创新，是指以创造性和市场成功实现为基本特征的周期性技术、经济活动全过程。创新的类型包括如下几种：基础型创新（原始创新），如自然现象规律的新认识、科学理论或学说上的创见、原理或机理的进一步阐明、研究方法或手段的创新、基础数据的科学积累总结出的规律认识等;复合（集成）型创新，对已有科学技术的新组合、嫁接、移植、推广;改进型创新（消化吸收改进），对已有科学技术的单一改进或者综合改进，等等。其具体表现形式为：①新产品、新工艺或新的服务创立与改进;②资源的有效开发和利用;③新技术（包括生产技术与管理技术）的发明和应用。
作为时代精神的内涵，创新对于一个国家的重要性是不容忽视的。习近平总书记指出：“创新是民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭源泉，也是中华民族最深沉的民族禀赋，正所谓‘苟日新，日日新，又日新。”科技的发展、“中国梦”的实现都需要具有创新能力的人才。因此，在机械制造基础教学过程中，在原理讲解的同时介绍其相应的创新方法论属性，是一种极具挑战的教学创新模式，能提高学生的学习兴趣，改善教学质量。
一、激发创新性的方法及其分类
创新方法有上百种，大致可分为五类。
1.属性分析法：在罗列已有产品（工艺）各方面的属性（物理、功能、效能、使用方法、系统结构等）分析这些属性的作用，思考改变属性或改变属性实现方法的各种可能及其效果，从而激发创新构思。
2.需求评估：对产品用户进行调查，了解用户的构成及各类用户对产品的需求，研究不同用户的需求差异，分析产品存在的问题，进行市场细化，从而激发创新构思。
3.相关分析：分析事物之间的联系，通过类比、联想等方法，从而激发创新构思。
4.趋势分析：对未来人们工作和生活环境进行预测，通过分析可能出现的新需求和新情况，从而激发创新构思。
5.群体创造：为具有不同知识背景的人提供进行交流和思想碰撞的机会和条件。通过相互启发，集思广益，从而激发创新构思。
二、机械制造基础课程教学中的创新思维
1.极端化思维。研究对象在极端条件下的行为，可以为新的机械制造工艺打开思路。例如基于极限真空度的真空铸造工艺、极限压力的压铸工艺、在极限过冷度条件下的快速冷却工艺、微重力（超重力）铸造工艺、电子封装等，在这些极端条件下的凝固组织非常特别，性能优越，可以满足大量特殊零件的制备。
2.比拟化思维。即利用已知自然规律对研究对象进行比拟，用常见的具体的事物将抽象的事物具体化。例如采用氯化铵过饱和溶液超声波振动下的结晶过程模拟半固态超声波振动凝固，将一种在高温下很难观察的凝固行为转变为比较容易实现的实验，再进一步分析两者的差异。
3.逆向思维。逆习惯思维方向而思之，是对司空见惯的似乎已成定论的事物或观点反过来思考的一种思维方式。人们常常习惯于沿某方向思考问题，如果研究者逆其方向而思之，可能有意想不到的收获。例如误差补偿、逆向工程等，特别是逆向工程，它可以提高产品相互通用性，弥补原有件丢失，提高正向开发效率，用于学术研究和竞争对手产品分析等，例如2005年Detail Technologies公司为福特汽车公司使用野马车型（Mustang）老模具逆向重建新模具可以说是逆向工程解决原有件丢失问题的一次成功应用案例。
4.标准化思维。对于复杂事物的认识需要标准化，建立标准化率定数据可以把不同数学模型放在一个平台上加以比较。零件的标准化、通用化是一直以来所有机械科研工作者孜孜不倦地努力的方向，很多工程师为之奋斗了一生。
5.规模化思维。量变产生质变，许多事物规模化就是创新。例如自由锻做出的零件质量非常高，但是单件成品较昂贵，而采用了模锻工艺以后，同一个模具能制备上万个甚至几十万个零件，虽然模具较昂贵，但是总体来看，每个零件的成本却很低。
6.形态学思维。将事物构成元素按一定规律重组，得到创新思路。例如机械零件加工工艺系统的元素重组过程，将热处理在机加工前进行，从而产生了预硬化工艺，预硬化就是钢材在钢厂出厂前预先进行调质处理，达到模具最终使用硬度要求，模具加工成型后不用再进行热处理，避免模具变形导致报废，尤其制造大型模具时更是不能冒这个风险，所以一般都购买预硬化状态的钢材。
7.跨学科思维。它涉及跨越学科界限，开辟新的研究领域，处理“现实世界”的问题。跨学科的基本立场是，世界及其所有问题既不是也不能根据历史演进的以及人类创造的学科结构来进行限定。它主张动态、灵活性，推翻旧的假设和思想倾向新学科的创新和成长常常发生在学科交叉点上。例如将易于水华的硅藻群落用来生物再生富含水玻璃的水玻璃旧砂，利用硅藻群落来“生物促溶、降解”附着在旧砂上的残留水玻璃粘结剂，反应动力来源于太阳光，反应快慢取决于硅藻的增值率，无需耗能较大的擦洗等工艺即可获得高品位的再生硅砂，其具有低能耗、无二次污染、原位再生、消耗二氧化碳温室气体等优点。
8.可持续性思维。把事物放置在环境生态大系统中分析思考，致力于可持续性发展。例如生态型工业链的建立，将机械制备工程置于生态系统中，实现余热、废气、废水、废渣的综合利用或者循环利用，给后代人留下一片碧水蓝天。
9.动力学思维。动力学思维是一种常用的方法，将其应用于复杂对象的定量动力变化过程就能创造出新的研究成果，比如金属的蠕变现象。对于一般金属，蠕变现象只有在高温条件下才明显表现出来。但是，某些金属，如铅、锡及它们的合金，在常温条件下，也能表现出蠕变现象。
10.平衡态思维。长期存在的状态即平衡，如果外因导致平衡破坏，其动力学过程总是向着消除不平衡外因的方向发展。比如铸件中的气孔缺陷，本来气体是比较稳定的存在液态金属中的，由于冷却气体溶解度下降，打破了溶解平衡，析出的气体来不及溢出而产生了气孔，从而形成了新的平衡相;在热处理条件下，气孔又会处于非平衡态而破坏铸件。
11.客服偏见原则。大家公认的不能做的事情却做出来了，就是创新。比如水玻璃铸造里面有这样一条原则，水玻璃的掺量大于3%型砂的溃散性能就很差，大家都在遵循这个原则。如果能开发出一种水玻璃产品，其掺量大于3%而且具有很好的溃散性能，则既能保证良好的铸型强度，又能实现砂型在浇注完毕后的自行溃散，能大大提高水玻璃砂型铸造工艺的应用范围。
三、结论
作为机械专业的一门非常重要的基础课，机械制造基础是一门能培养学生实践能力综合运用知识能力的重要课程。工科专业教育的核心是培养综合运用各种知识解决工程问题的能力。而传统教育模式侧重于传授课本知识，学习解题、做题的方法，很少有让学生去探索新的、未知的知识的。对于机械专业的同学而言，在高中阶段已经累积了相当多的理论知识，对常见物理、化学现象有一定的认知，若是能够在大学课堂中学会一些创新手段，不但能对所学知识有进一步的理解，还能提高思考能力和创造力，对学习和以后的工作都有很大作用;对于教育工作者来说，将创新法则教给学生，加强学生素质教育和创新能力的培养，逐步推进教学改革，是推动社会发展和科学进步的必要之举。
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