“工作島”式機械創(chuàng)新實驗室的建設與成效

肖春水， 徐 洪， 李新輝， 陳 秀

(浙江師范大學 行知學院，浙江 金華 321004)

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“工作島”式機械創(chuàng)新實驗室的建設與成效

肖春水， 徐 洪， 李新輝， 陳 秀

(浙江師范大學 行知學院，浙江 金華 321004)

為了充分發(fā)揮實驗室在提高學生創(chuàng)新能力上的作用，提出工作島模式的機械創(chuàng)新實驗室的建設思路。通過以完成創(chuàng)新項目為主要工作目標、嚴格的工作時間和進度計劃、組長負責制下的分工協(xié)作和“師徒制”促梯隊建設四個方面強化生產企業(yè)的工作模式，營造創(chuàng)新工作氛圍，構建學習與生產的“工作島”。以有效服務于創(chuàng)新活動為原則，做到小而精；場地的配制，以最短工作路徑為原則，圍繞創(chuàng)新作品制作，形成環(huán)形島式格局。針對創(chuàng)新的特殊要求從管理體制和安全管理兩個方面闡述“工作島”的運行。2年實踐表明，工作島式的機械創(chuàng)新實驗室在培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新能力上富有一定的成效。

創(chuàng)新； 工作島； 機械創(chuàng)新實驗室； 師徒制； 管理體制

0 引 言

創(chuàng)新設計是指設計者充分發(fā)揮創(chuàng)造力，且利用人類已有的相關科技成果進行創(chuàng)新思維，設計出具有科學性、創(chuàng)造性、新穎性及實用性作品的一種實踐活動[1]。機械創(chuàng)新設計能力包括機械設計理論知識的獲取、將理論應用實際的能力，機械設計的新思想、新技術、新產品的研究與發(fā)明創(chuàng)新能力，應具備的知識結構包括基礎知識、專業(yè)知識、工具性知識或方法論以及綜合性知識等，應具備熟練應用相關知識解決實際創(chuàng)新過程中的問題能力。機械創(chuàng)新設計的最終目的是“實現”，將設計的作品制作出來，并以實物或模型的形式來完成預定的功能，“實現”又能反饋并提升新一輪的創(chuàng)新設計。機械創(chuàng)新實驗室作為高校機械及近專業(yè)學生培養(yǎng)的實驗實踐基地，著眼于學生大工程意識養(yǎng)成，培養(yǎng)學生實踐動手和創(chuàng)新設計能力。

如何在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)視角下推進高校實驗室的建設和發(fā)展，確保其全面協(xié)調和可持續(xù)發(fā)展[2]，如何充分發(fā)揮機械實驗室在學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用一直是各高校研究的課題[3-4]。許巍等老師提出高校實驗室在培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力的基礎地位和保障作用[5]。黃民等老師從機械工程實驗教學中心的角度，闡述了創(chuàng)新能力培養(yǎng)的全方位育人環(huán)境[6]。張鋒等老師以國家機械工程實驗教學中心為契機，提出從四個層次來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[7]。圍繞這一問題并切合學校的人才培養(yǎng)目標，本文提出將創(chuàng)新實驗室從工程訓練中心和機械工程實驗室中獨立出來，并建設了相對獨立的創(chuàng)新實踐平臺—“工作島”式機械創(chuàng)新實驗室。在軟環(huán)境中，實驗室強化生產企業(yè)的工作模式，將學生置身于生產與工作的學習島嶼，有別于傳統(tǒng)的實驗教學環(huán)境；其次在硬環(huán)境上，實驗室中的設備確保操作簡易，以有效服務于創(chuàng)新活動為原則，做到小而精；場地的配制，以最短工作路徑為原則，圍繞創(chuàng)新作品的制作形成環(huán)形“小島”。通過2年時間的建設與運行，在學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)上取得了較好成效。

1 機械創(chuàng)新實驗室工作環(huán)境營造

“工作島”與德國企業(yè)職業(yè)教育的學習島有異曲同工之妙。“學習島”實際是在工作環(huán)境中，以工作任務為驅動，在工作環(huán)境中營造出職業(yè)教育的環(huán)境[8-11]。而創(chuàng)新實驗室的工作島模式實則是在高校的實驗室中形成創(chuàng)新工作的環(huán)境，使學生置身于創(chuàng)新設計的工作島中，從而達到大學生創(chuàng)新能力常態(tài)化培養(yǎng)的目標。

1.1 以完成創(chuàng)新項目為主要工作目標

要做好一項工作，必須有明確的目標。機械創(chuàng)新實驗室以完成創(chuàng)新項目為主要目標，因此規(guī)定對以下四類學生開放，①已申請到創(chuàng)新項目的學生，如國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃、浙江省新苗人才計劃、校實驗室開放項目等各級各類項目；②參加各類學科競賽的學生，如機械設計競賽、工程訓練競賽等；③帶創(chuàng)意想法的學生，這類學生可以通過向實驗室申請，提出自己的設想與可行性方案，經批準后可進入工作島學習和實踐；④針對梯隊培養(yǎng)目標，對于有較強創(chuàng)新意愿的同學，可以項目組的編外人員形式參與實驗室創(chuàng)新實踐項目。

1.2 嚴格執(zhí)行科學進度

學生日常的學習是知識逐步的積累過程，是一個做“加法”的過程；而工作環(huán)節(jié)中完成任務是一步步克服困難，逐步完成工作任務的過程，是在做“減法”。創(chuàng)新設計工作過程，時效性作為“工作態(tài)”的一個重要考核指標。因此為了提高時間和工作效率，更好地營造工作環(huán)境來服務創(chuàng)新，進入實驗室的同學需提交嚴格的工作時間計劃與項目進度計劃。

在機械創(chuàng)新實驗室，學生根據自己的實際情況，對照日常教學課表，制定進入實驗室的工作時間表，實驗室會根據學生提供的時間表進行考勤，嚴格執(zhí)行勞動時間，在規(guī)范的作息時間基礎上形成工作常態(tài)化。

項目進度計劃中，要求學生明確不同時間段所需完成的階段性任務，而且這一任務具體落實到小組的每一個成員，在時間上具體到小時，任務上具體到某一零件，如某日18：00～22：00，同學1完成軸的制作，同學2完成軸承座的制作，同學3完成裝配中所需的孔、螺紋的加工，完成相關裝配等。進度完成情況由指導老師和實驗室老師共同檢查，協(xié)助督促指導。

1.3 組長負責制下的分工協(xié)作

“學習島”強調在學習過程中培養(yǎng)并提高學習者的職業(yè)能力，包括方法能力、團隊中的統(tǒng)一和民主意識、能根據一定技術要求工作設計，任務規(guī)劃的能力等[6]。在機械創(chuàng)新實驗室的工作島中，采取組長負責制和分工協(xié)作方式來完成某一具體的創(chuàng)新項目。以組長為責任人組織項目團隊，協(xié)調團隊的每一位成員共同努力完成項目任務。在這個團隊中，各個成員責任共擔，成果共享，行動方針統(tǒng)一，任務目標一致；成員間相互學習、相互幫助、彼此尊重、優(yōu)勢互補，使工作任務按計劃，高效地完成。

1.4 “師徒制”促梯隊建設

良好的梯隊才能使創(chuàng)新活動具有可持續(xù)性，創(chuàng)新實驗室制度引導方式促使學生梯隊的建設。進入實驗室的同學必須以團隊的形式出現，一般要求為大二、大三學生，且具有實驗室工作經歷的同學為組長，組員中必須有大一的同學參加，使各個創(chuàng)新隊伍中形成了高、中、低年級學生共同參加的合理梯隊。如2014年參加全國大學生機械設計競賽并獲得2個一等獎的隊伍中，大三同學5人，大二同學3人，大一同學2人，這樣參賽過程既是高年級同學拼搏的過程，也是對后繼人才培養(yǎng)的過程。在整個活動中，低年級同學親切地把高年級同學稱為“師傅”，通過高年級同學的“傳幫帶”，學生的設計軟件運用能力和機床操作等能力得到了普遍提高，特別是一些優(yōu)秀學生在大一的下學期時已能熟練使用CAXA、SolidWorks等設計軟件，已能獨立且熟練地操作線切割、精雕、車床、銑床、鉆床等設備，實踐能力大大超過了同期學生。而在這個過程中得到訓練的低年級同學，成為2015年浙江省大學生機械設計競賽小組組長，并獲得了省賽一等獎。

2 機械創(chuàng)新實驗室的島式格局

機械創(chuàng)新設計的目的：①完成方案的設計；②“實現”方案，即將設計的作品制作出來，并以實物或模型的形式來完成預定的功能。機械創(chuàng)新實驗室島式格局的設置也圍繞著創(chuàng)新設計的目標來進行，主要包括設計區(qū)與加工區(qū)兩大部分，并把兩者緊密的結合在一起。

加工區(qū)布置如圖1所示，場地建筑面積為145 m2，加工區(qū)的設備以容易操作，能有效服務于創(chuàng)新活動為原則，做到小而精；場地的配制，以最短工作路徑為原則，圍繞創(chuàng)新作品制作，形成環(huán)形“小島”。

圖1 創(chuàng)新實驗室加工區(qū)的布局示意圖

1-臺鉆區(qū)；2-數控車床；3-普通車床；4-立式銑床；5-線切割；6-精雕機

創(chuàng)新實驗室設備選型以滿足一般加工、易操作為原則，目的是為了讓學生能通過簡單的培訓，就可完成一般零件的加工。實驗室主要的設備：①車床。普通車床(CA6140)、數控車床(CJK6130)各1臺，主要用于軸類零件加工。普通車床為低年級僅參加過金工實習的同學提供，通過簡單適應即可實施軸數零件的加工；數控車床為已有一定實踐能力的同學提供。兩種車床的刀具均以數控機夾刀具為主，簡化學生的刀具磨削；②銑床。普通銑床(X5032)1臺，主要用于精度要求不高的平面和溝槽的加工；③精雕機。精雕機(JDVT600)1臺：用于各種板狀零件及型腔的加工。選用雕銑機而不選用數控銑床主要是可讓學生直接用圖形化編程，讓學生能更快速地上手操作；④線切割。主要于用異形零件的加工，考慮到其工作效率較低，故配置兩臺；⑤臺鉆。其中臺鉆Z512 4臺，配以常用的螺紋底孔直徑，并且一般不去更換不同直徑的鉆頭；臺鉆Z516 2臺作為機動鉆床，這種配置減少孔類加工的輔助時間；⑥鉗工臺6張，每個臺位配以成套的鉗工工具；⑦空壓機1臺，作為學生作品的動力源和設備打掃的空氣源；⑧輔助設施：投影設備一套，作為集中輔導時的教學工具。

3 機械創(chuàng)新實驗室運行體制

3.1 創(chuàng)新管理體制

創(chuàng)新的過程是一個原創(chuàng)性的過程，這時產生的想法有別與專業(yè)計劃內的實踐實驗課程與內容，創(chuàng)新設計主題的突發(fā)性要求在時間上滿足學生的創(chuàng)新設計，因此需要實現全開放的管理模式，使創(chuàng)新活動能充分利用實驗室的場地和資源，創(chuàng)新設計能及時得到最終實現[12-13]。這種特殊性需要創(chuàng)新實驗室有更大的靈活性，從而對管理方式提出了新的要求。

創(chuàng)新實驗室隸屬于校實驗中心，卻是相對獨立的實驗平臺。實驗中心對創(chuàng)新實驗室配備安全責任人，實驗老師由創(chuàng)新活動指導教師兼任，實驗室不安排專門實驗員對實驗室進行教學；實驗室安排具有較長創(chuàng)新經歷的3名高年級同學，以勤工儉學的方法進行管理，實驗中心對創(chuàng)新實驗室進行定期檢查和不定期抽查，并把檢查結果納入勤工儉學學生的考核中。

學生通過創(chuàng)新設計項目和競賽選題的申請，經實驗室負責人同意后即可進入實驗室。可以不受實驗室正常教學管理限制，并有指導老師現場指導，非上班時間由機械創(chuàng)新設計協(xié)會的學生值班并實時記錄進出實驗室的開放時間和指導內容。實驗室開放不僅提高儀器設備的使用效率，而且激發(fā)學生的創(chuàng)新設計興趣，極大地促進學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

3.2 強化安全管理

全開放式的管理體制，給實驗室安全運行帶來了新的挑戰(zhàn)。針對實驗室安全問題，學校高度重視，實施一系列的安全保障措施。成立實驗室安全領導小組，建立實驗室安全責任體系，組織實驗室安全責任部門與實驗室責任人簽訂實驗室安全承諾書。明確各個實驗室安全責任人，并實施安全責任牌上墻。結合創(chuàng)新實際，建立切合機械專業(yè)特色的安全管理制度，并嚴格按照規(guī)章來執(zhí)行安全檢查；在安全教育、安全設施以及儀器設備管理等方面都制訂了相應的制度。

在創(chuàng)新實驗室中，強化實驗室安全管理：①建立指導教師與安全員的責任制，指導教師作為直接責任人，對實驗室開放期間負有第一責任；②落實設備的改造與安全措施，將各類實驗設備的操作流程及規(guī)程上墻；③強化學生安全培訓與考試，進入實驗室的學生必須進行現場設備操作和安全培訓并組織考試；④實施實驗室操作證制度，只有考試合格才能拿到操作證，可單獨操作機床等設備，其余學生需在指導教師或實驗員的指導下進行操作。

4 機械創(chuàng)新實驗室運行成效

實驗室自運行2年以來，學生的實驗興趣明顯提高，動手創(chuàng)新能力顯著增強。目前，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目分選式堅果破殼機的研制、手持氣動式軸承安裝器等項目正在實驗室進行。已完成的國家級創(chuàng)新項目2項，新苗計劃2項，實驗室開放項目多達15項，研究型與創(chuàng)新性項目多達24項。在工程訓練、機械設計競賽等學科競賽中獲國家一等獎2項，二等獎1項，省一等獎8項。學生申請的專利多達35項，發(fā)表論文20余篇。學生部分參賽獲獎作品(見圖2、3)。

圖2 機械式速度波動演示儀

圖3 排除萬難機器人

5 結 語

“工作島”式的機械創(chuàng)新實驗室始終堅持以學生綜合素質培養(yǎng)為核心，注重學生的實踐能力、工程意識與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，有效促進機械專業(yè)學生知識、能力與素養(yǎng)的全面協(xié)調發(fā)展，形成了行知學院的特色與優(yōu)勢。但由于場地有限，實驗室接納的學生人數有限，目

前，正在探索如何進一步擴大工作島模式的機械創(chuàng)新實驗室的輻射示范作用的可持續(xù)發(fā)展之路。

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Construction and Effect of Mechanical Innovation Laboratory Based on “Work Island” Model

XIAOChun-shui,XUHong,LIXin-hui,CHENXiu

(College of Xingzhi, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004, China)

Improving engineering practice and mechanical innovation is the goal of cultivating applied talents on mechanism. Based on the role of mechanics laboratory in training students’ practical innovation, this paper proposes a construction of mechanical innovation laboratory based on “Work Island” model. On the soft environment, we take operating mode in production enterprises, create innovative working environment and build work island by setting targets and schedule, require collaboration under the group leader responsibility system, promote the echelon construction. According to the special requirements of innovation, we put a lot effort on management system innovation and safety management to illustrate this model. After two years of college practice, it turns out that mechanical innovation laboratory based on “Work Island” model gains a lot on cultivating and improving student innovation.

innovation; work island; mechanical innovation laboratory; mentorship； management system

2015-10-18

2014年度浙江省實驗室工作研究會項目(YB201440)

肖春水(1987-)，女，湖南瀏陽人，碩士，實驗秘書，研究方向：實驗室建設和管理。

Tel.：18758911183；E-mail：xiaoshui07@zjnu.cn

徐 洪(1968-),男，碩士，副教授，主要從事機械設計與機械原理的教學及研究工作。E-mail：xuh@zjnu.cn

TH-39；G 642.0

A

1006-7167(2016)09-0259-04