基于卓越工程師的創(chuàng)新能力培養(yǎng)

【摘要】論文基于當前國家對理工類高等教育發(fā)展的新趨勢提出的卓越工程師的培養(yǎng)新要求展開研究，借用慧魚教學(xué)儀器，結(jié)合全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽，將理工科基礎(chǔ)課程有機融合在一起解決具體問題的項目式教學(xué)，構(gòu)建“卓越工程師”創(chuàng)新能力培養(yǎng)的模式，通過實踐，取得較理想的成果。

【關(guān)鍵詞】卓越工程師；創(chuàng)新能力；工程實踐；慧魚產(chǎn)品

一、引言

德國國際汽車制造商設(shè)立了一個以促進全球工程教育和培養(yǎng)年輕工程師為宗旨的全球工程教育卓越計劃，并成立了由我國在內(nèi)的6個不同國家和地區(qū)的包括MIT在內(nèi)的8所大學(xué)組成“八校項目聯(lián)盟”提出卓越工程師培養(yǎng)。2006年11月，在法蘭克福舉行了相關(guān)研究成果發(fā)布儀式，就全球工程教育的評價、工程教育的需求和挑戰(zhàn)，未來工程師培養(yǎng)的關(guān)鍵因素進行展望。

為順應(yīng)國際發(fā)展趨勢；適應(yīng)國家工業(yè)、企業(yè)需求；增強我國核心競爭力、建設(shè)創(chuàng)新型國家、走新型工業(yè)化道路；培養(yǎng)各類型工程師，黨的十七大將“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”作為《國家中長期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要》組織實施的一項重大項目，旨在全面提高我國工程人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高素質(zhì)工程技術(shù)人才，促進我國從工程教育大國走向工程教育強國。2010年6月教育部批準了清華大學(xué)在內(nèi)的61所“卓越工程師”首批試點院校，全面展開卓越工程師教育培養(yǎng)計劃。

二、卓越工程師創(chuàng)新實踐能力的內(nèi)涵

創(chuàng)新工程教育觀念是創(chuàng)新工程教育體系的核心和靈魂，是高校構(gòu)建創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式的先導(dǎo)。只有以先進的、科學(xué)的工程教育觀念指導(dǎo)教育實踐，才能實現(xiàn)工程教育的預(yù)期目標，培養(yǎng)出大批具有創(chuàng)新能力的卓越工程技術(shù)人才。那什么是創(chuàng)新呢？只有弄清楚創(chuàng)新的內(nèi)涵，才能有針對性的采取措施構(gòu)建創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式。

創(chuàng)新不是拔尖類專業(yè)人才的專利，而是廣大科技人才應(yīng)該具備的素質(zhì)，人人都可以在不同的層次和不同的角度從事創(chuàng)新活動，人人皆可成才。創(chuàng)新具有廣譜性，既有原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新，更有眾人皆可為的各種改革與創(chuàng)新。它可以有科學(xué)的深度探尋和發(fā)現(xiàn)，可以有奇思妙想的發(fā)明，可以有對這些發(fā)現(xiàn)與發(fā)明的實現(xiàn)的科學(xué)技術(shù)開發(fā)，也可以有從創(chuàng)新性應(yīng)用的角度實現(xiàn)產(chǎn)品的性能提升與批量制造，以及在生產(chǎn)管理中產(chǎn)生新的經(jīng)濟效益，還有新信息的傳遞與技術(shù)服務(wù)創(chuàng)新，有產(chǎn)品營銷鏈條的組織與創(chuàng)新拓展，并取得實際的經(jīng)濟效益。因此，在新的時代要求下，人人都可以具有創(chuàng)新的意識與理念，能夠開展創(chuàng)新，參與創(chuàng)新的活動，尤其是大學(xué)校園里面的青年學(xué)子更是稍作引導(dǎo)就容易擦碰出創(chuàng)新的火花。

建于1997年，2002年首屆招生的歐林工學(xué)院，2010年全美大學(xué)工科類排名就能排到第八，電機工程類排名第三。究其原因，主要是該校提出了由卓越的工程學(xué)知識、企業(yè)管理學(xué)知識和人文社會學(xué)科組成的三角模型“歐林三角”這一獨特的課程理念。堅實的科學(xué)和工程基礎(chǔ)知識作為第一個關(guān)鍵元素，目的是教給學(xué)生有關(guān)工程和科學(xué)的基本原理。第二個元素企業(yè)管理學(xué)知識是商業(yè)（企業(yè)）類有關(guān)課程的設(shè)置主要著力于促進對企業(yè)精神、工程的商業(yè)環(huán)境的理解，在此基礎(chǔ)上分析和評估各種商業(yè)機會。知識和人文社會學(xué)科讓學(xué)生能深入了解未來工作將依賴的社會、人類環(huán)境以及他們將面臨的專業(yè)問題和道德問題，避免割裂地學(xué)習(xí)工科知識，將工程和現(xiàn)實世界聯(lián)系起來，便于實現(xiàn)創(chuàng)造價值、滿足人類社會需要的目標。利用“歐林三角”將跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計和“基于項目”的教學(xué)貫通全學(xué)程，尤為關(guān)注學(xué)生動手能力、創(chuàng)新設(shè)計能力和團隊能力的培養(yǎng)，使得歐林試驗在美國工程教育界獨樹一幟。與許多“先理論后實踐”的工程院校不同，歐林講究的不僅僅是教授概念，更是將知識和實際生活中的挑戰(zhàn)以及研究的課題聯(lián)系起來，非常重視實用教育，因此自主創(chuàng)業(yè)正是許多歐林工程學(xué)院學(xué)生的目標。歐林工學(xué)院這種 “基于項目”的“歐林三角”理念是其快速成功的根本，可以看做是卓越工程師創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)模式的典范。

三、卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式構(gòu)建

針對教育部啟動的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，為了提高同學(xué)們的創(chuàng)新工程實踐，以最能代表理工科學(xué)生動手能力的國家三大賽事之一的全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽為契機，論文以武漢理工大學(xué)首批進入國家卓越工程師試點的物流工程專業(yè)為研究對象進行試點，借用德國慧魚創(chuàng)意模型，探討卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的構(gòu)建。

慧魚創(chuàng)意組合模型是德國五十年的工程技術(shù)類教具，創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實驗的理想載體?；埕~主要包括機械結(jié)構(gòu)元件（齒輪、齒條、鉸鏈及連桿等）、電子電氣元件（電機、接口板、變壓器及各種傳感器等）、氣動元件（氣缸、氣泵及氣閥等）、執(zhí)行器、控制器等幾類部件，融合了機械、電子、氣動、自動控制、編程技術(shù)、汽車技術(shù)、機器人技術(shù)及能源概念等。與傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式相比，利用創(chuàng)意模型可以將枯燥乏味的理工科基礎(chǔ)理論，真實生動的展示其內(nèi)在的科學(xué)和工程技術(shù)原理，在學(xué)校課堂上實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的還原和機械操作的模擬，從而增加了趣味性、知識性和技術(shù)性?；埕~創(chuàng)意組合包可以根據(jù)不同的知識點和主題選擇不同的組合包適應(yīng)課堂教學(xué)的同時，吸引學(xué)生的動手興趣，發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能，很好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力?；埕~模型可作為創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實驗的載體，學(xué)生可運用設(shè)計構(gòu)思和實驗分析，還原工程技術(shù)過程的內(nèi)在原理，更可以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)和大型機械設(shè)備操作的模擬，為實驗教學(xué)、科研創(chuàng)新和生產(chǎn)流水線的可行性論證提供直觀依據(jù)，為樂于鉆研，富于想象的學(xué)生提供展示自我的舞臺。

在平時的教學(xué)中，注重學(xué)生的動手能力的培養(yǎng)，以教學(xué)方法改革為切入點，探討現(xiàn)代教育思想，借助德國慧魚品牌產(chǎn)品，以項目和方案為導(dǎo)向?qū)⒖菰锏睦碚摻虒W(xué)與企業(yè)需求掛鉤，將理工基礎(chǔ)課程工程圖學(xué)、機械設(shè)計、機械原理、互換性與測量技術(shù)、金屬工藝學(xué)等課程聯(lián)系在一起，分小組設(shè)計制作小產(chǎn)品，從本質(zhì)上提高教學(xué)的效果。

通過平時小組的討論、練習(xí)和測試儲備人才，針對第五屆全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽主題“幸福生活-今天和明天”，最終選擇部分創(chuàng)意比較好、把握競賽主題準確、動手能力強的學(xué)生組成了“智能機電一體化健身娛樂機”，“學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂機”，“智能化多功能地板清潔維護中心”，“高爾夫自動撿球機”四個研究小組報名參賽。

其中“智能機電一體化健身娛樂機”最終作品照片如圖1，其針對市面上電子游戲機、網(wǎng)游易使人沉迷，而純鍛煉機械枯燥的不足，集“水果忍者”和“桌面足球”兩款游戲精髓，開發(fā)的一款集娛樂與健身于一體的可實現(xiàn)人機對抗、多人對戰(zhàn)的娛樂機械。創(chuàng)作過程中將立式履帶差速輸球機構(gòu)、棘輪式凸輪滑塊機構(gòu)、出角可控發(fā)球機構(gòu)、聲光電的識別與算法等課堂內(nèi)外的知識有機融合成一個整體，雖然是娛樂機械但能將游戲者的腦、手、腳和眼等器官有機協(xié)調(diào)，融健身與娛樂為一體，寓健身于娛樂之中。如圖2 “學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂機”是對大學(xué)生學(xué)習(xí)生活中常見的正反兩方面的行為進行模仿，其中網(wǎng)游、逛街、戀愛、逃課、懶覺、煙酒等為“入侵者”，自習(xí)、上課、晨讀、輔導(dǎo)班、鍛煉、義工擔當“保衛(wèi)者”角色，以機械機構(gòu)為載體，宣揚積極的生活方式，豐富學(xué)生的課余生活。該娛樂機采用的單向起升機構(gòu)、分揀機構(gòu)等機構(gòu)，同時融入博弈原理，通過聲光的配合模擬攻擊過程，開發(fā)大腦的智慧和小腦的反應(yīng)，提高分析情況的能力，當角色生命值低于臨界點時，機械機構(gòu)工作將其從對戰(zhàn)平臺擊落。其它兩款也是類似設(shè)計與實施，均能利用學(xué)校課堂知識的學(xué)習(xí)，結(jié)合競賽主題，開發(fā)出理想機器。

圖1智能機電一體化健身娛樂機 圖2學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂機通過層層選拔，最終“智能機電一體化健身娛樂機”作品獲得全國一等獎，“學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂機”獲得全國預(yù)賽一等獎，另外兩件作品在預(yù)賽中分別獲二等獎和三等獎，整體效果較為理想。通過類似的方法探討工程實踐與課程教學(xué)之間的關(guān)系，尋找課內(nèi)外教學(xué)與實踐相結(jié)合的有效途徑，加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和掌握，提高學(xué)習(xí)積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決工程實際問題的能力。

四、結(jié)語

根據(jù)國家對“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的需要，將項目式教學(xué)方法引入到面向卓越工程師培養(yǎng)的基礎(chǔ)課程教學(xué)改革中，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作精神，使學(xué)生更好的適應(yīng)社會發(fā)展對動手實踐能力的要求。

參考文獻：

[1]中國工程院“創(chuàng)新人才”項目組：《走向創(chuàng)新》.高等工程教育研究.2010（1）

[2]余壽文.關(guān)于現(xiàn)代工程教育的幾個認識問題的討論.高等工程教育研究.2013（2）

[3]李曼麗.獨辟蹊徑的卓越工程師培養(yǎng)之道——歐林工學(xué)院的人才教育理念與實踐.大學(xué)教育科學(xué).2010（2）91-96

[4]宋佩維.卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)的思路與途徑[J].中國電力教育.2011（7）：25-29

[5]扶慧娟，辛勇.推行“卓越工程師計劃”培養(yǎng)實踐型工程人才[J].實驗技術(shù)與管理.Vol.28（11）2011（7）：155-158.

基金項目：武漢理工大學(xué)教研項目。