信息技術(shù)視野下機械類專業(yè)大學(xué)生工程創(chuàng)新能力提升及實踐

周果君+周勇+李榮華+李小松+陳華

摘 要：湖南理工學(xué)院機械工程學(xué)院始終注重本專業(yè)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。利用實驗、實習(xí)、實訓(xùn)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過開放實驗室，結(jié)合“大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目”、“機械創(chuàng)新節(jié)”、“工程訓(xùn)練綜合能力競賽”、“機械創(chuàng)新設(shè)計競賽”、“數(shù)控仿真加工競賽”和“數(shù)字化設(shè)計及仿真”等活動，構(gòu)建了旨在培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新精神的實踐訓(xùn)練體系，使學(xué)生掌握扎實的基礎(chǔ)知識和較強的工程應(yīng)用能力，并具備深厚的自我發(fā)展?jié)摿汀澳苷f、會做、敢闖”的素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新訓(xùn)練；實踐體系；信息化

基金項目：湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2011年項目（湘教科規(guī)領(lǐng)[2011]003號）湖南省機電工程及控制大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練中心、湖南省機械類校企合作人才培養(yǎng)基地、湖南省機電工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)項目。

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

實踐教學(xué)是加深理論認識、鞏固理論知識和夯實理論基礎(chǔ)的有效手段，是拓展知識視野、培養(yǎng)創(chuàng)新意識的必要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科技技術(shù)和提高工程實踐能力的重要平臺。系統(tǒng)的實踐教學(xué)和專業(yè)的應(yīng)用能力培訓(xùn)，能有效幫助大學(xué)生挖掘潛在的興趣，引導(dǎo)和激發(fā)他們的求知欲、培養(yǎng)他們的探索精神和探索能力，讓他們在理論學(xué)習(xí)和工程實踐中成長為社會需要的人才[1]。湖南理工學(xué)院機械電子工程（集成化傳動控制、機電運動控制方向）、材料成型及控制工程（模具、焊接方向）和機械設(shè)計制造及其自動化（機械設(shè)計、機械制造方向）等專業(yè)一直注重培養(yǎng)本科生的工程實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神，提出了“基礎(chǔ)實踐—綜合提高—課外拓展—工程創(chuàng)新”分步驟、分層次的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練體系。依托湖南省機電工程及控制大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練中心，通過在時間、空間等方面全方位開放實驗室、提供與課程內(nèi)容銜接緊密的自主實踐活動等方式，探索和構(gòu)建基于信息技術(shù)的開放性實踐育人模式，實現(xiàn)教-學(xué)-研—用互動共贏，切實為地方經(jīng)濟發(fā)展培養(yǎng)機械類高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

本文以信息技術(shù)環(huán)境和活動理論為基礎(chǔ)，分析了它們的開放特性和分布特性。通過揭示信息技術(shù)環(huán)境下的實踐活動實質(zhì)，研究地方理工院校如何針對培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神工程技術(shù)人才構(gòu)建實踐訓(xùn)練體系。

1 信息技術(shù)視域下的實踐活動分析

數(shù)字化是信息技術(shù)環(huán)境最突出的特征。因此可以說基于信息技術(shù)的實踐活動是一種數(shù)字化的學(xué)習(xí)實踐。“數(shù)字化實踐”是一種新型的、以先進的信息技術(shù)為重要支撐的學(xué)習(xí)形態(tài)[2]。要想開展以數(shù)字化技術(shù)為支撐的實踐活動，人們必須創(chuàng)建多種多樣的信息化平臺。活動理論不僅為我們提供了分析傳統(tǒng)實踐活動中所存在問題的理論基礎(chǔ)，還為我們提供了信息技術(shù)背景下學(xué)習(xí)創(chuàng)新、工程創(chuàng)新和教學(xué)改革的思路。

1.1 活動的交互性

新學(xué)習(xí)觀認為：學(xué)習(xí)是信息技術(shù)支撐下主客體社會性的交互活動[2]。這觀點包括兩個方面的含義：首先，活動理論認為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者主體的一種主動的自覺的活動；其次，這種活動可以以當前先進的信息技術(shù)作為支撐。有學(xué)者把活動當作一個維度，把技術(shù)當作另外一個維度，從而建立了一個二維坐標，并以此把學(xué)習(xí)活動分為四種類別：低技術(shù)含量且學(xué)生消極被動的學(xué)習(xí)活動，傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方式就是如此；中等技術(shù)含量，但學(xué)習(xí)者卻比較主動自覺的學(xué)習(xí)活動，傳統(tǒng)課堂環(huán)境下的發(fā)現(xiàn)式教學(xué)學(xué)習(xí)方式便是這種活動的代表；高技術(shù)含量但學(xué)習(xí)者消極被動的學(xué)習(xí)活動，一些技術(shù)神化思潮下的教育信息化所帶來的書本搬家、黑板搬家、課堂搬家就屬于這一類；技術(shù)含量高且學(xué)習(xí)者積極主動的學(xué)習(xí)活動，這種信息技術(shù)背景下的學(xué)習(xí)活動集成了前述幾種學(xué)習(xí)活動的優(yōu)點，摒棄了它們的不足[3]。

活動理論認為人類的所有經(jīng)驗都或多或少的受到其所用工具和符號系統(tǒng)的制約[4]。信息技術(shù)背景下的活動理論認為學(xué)習(xí)是一種以目標為導(dǎo)向的積極主動活動，這種活動非常重視學(xué)習(xí)者之間的分工和合作，并且強調(diào)以工具、技術(shù)來加強和促進學(xué)習(xí)對象和學(xué)習(xí)者之間的主體、客體交互以及社會交互。對于信息技術(shù)背景下的學(xué)習(xí)實踐來說，理清以下內(nèi)容非常重要：學(xué)習(xí)者應(yīng)如何借助信息技術(shù)手段與學(xué)習(xí)內(nèi)容進行有效的交互；學(xué)習(xí)者主體之間如何開展有效的社會性交互；學(xué)習(xí)者主體之間如何創(chuàng)建和諧的共同體及共同體的社會性發(fā)展。

1.2 活動的類型

活動理論認為：信息技術(shù)環(huán)境下的學(xué)習(xí)活動是以學(xué)生為中心的活動，必須充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主觀能動性或者說主體性。信息技術(shù)背景下的學(xué)習(xí)活動具有開放性、分布式特點，這些特征不僅克服了傳統(tǒng)教學(xué)所固有的制度方面約束，還消除了教師在這種帶有集權(quán)式特征教學(xué)形式的權(quán)威，使學(xué)習(xí)者主體所享有的權(quán)利實至名歸。以活動理論作為指導(dǎo)，以信息技術(shù)為支持的學(xué)習(xí)環(huán)境于是便能突破傳統(tǒng)思維的框架，從而形成以學(xué)習(xí)者積極主動活動為重要核心的新型實踐教學(xué)范式。

以活動理論作為框架，我們可以將信息技術(shù)背景下學(xué)習(xí)者主體的活動分為三種類型：① 以外在的客體為對象的主體活動。這種活動主要是學(xué)習(xí)科學(xué)知識，了解生產(chǎn)的活動。這是學(xué)習(xí)者主體與作為客體的學(xué)習(xí)內(nèi)容之間的交互；② 以外在的其他主體、團隊共同體和社會作為對象而開展的主體性活動。這是學(xué)習(xí)者主體之間的一種社會性交互；③ 以內(nèi)在的客體自我為對象開展的主體活動。相對于前兩種活動，這是一種層次更為深刻的活動，說明學(xué)習(xí)者主體已經(jīng)經(jīng)歷了一個否定之否定的發(fā)展、提升過程。經(jīng)過這一自我意識和自我超越的過程，學(xué)習(xí)者便能獲得最深層次的情感體驗[2]。

1.3 活動的動機激發(fā)與知識內(nèi)化

信息技術(shù)背景下的以外在的客體為對象的主體活動類型要求學(xué)習(xí)者必須有明確的目標，以此為導(dǎo)向從而實現(xiàn)作為客體的知識在學(xué)習(xí)者主體上實現(xiàn)內(nèi)化[5]。信息技術(shù)背景下的學(xué)習(xí)活動明確要求學(xué)習(xí)者主體必須以具體明確的目標為導(dǎo)向。這意味著在面對具體學(xué)習(xí)內(nèi)容時，學(xué)習(xí)者主體時時刻刻應(yīng)保持強大而純正的學(xué)習(xí)動機以及濃厚高漲的學(xué)習(xí)興趣。信息技術(shù)背景下學(xué)習(xí)者主體學(xué)習(xí)動機的激發(fā)，雖然包含了傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境下學(xué)習(xí)者主體動機的激發(fā)過程和保持持續(xù)性，但更為重要的是要怎樣讓眾多學(xué)習(xí)者主體所組成的目標共同體始終保持高昂濃厚的學(xué)習(xí)動機。只有這樣，才能夠讓學(xué)習(xí)者主體在社會性實踐活動中敢于面對不同挑戰(zhàn)，并一直保持和充滿好奇心；也才能讓學(xué)習(xí)者主體所組成的目標共同體中的個體在這些實踐活動中既能維持良性的競爭態(tài)勢，又能促進個體相互之間的親密無間的協(xié)同合作。

對于信息技術(shù)背景下學(xué)習(xí)活動的其它兩種類型，他們不單單涉及到知識內(nèi)化，還要涉及到有關(guān)社會性交往的其它問題?；顒永碚撝赋鰝€體心理機能的發(fā)展過程，主體和與之起中介作用的人造制品和社會情境的互動作用有著非常重要的影響。同時很多學(xué)者也一致認為人類所有經(jīng)驗在不同程度上都受到我們所使用的工具和相應(yīng)符號系統(tǒng)的制約[3]。以信息技術(shù)作為技術(shù)支撐的信息化學(xué)習(xí)環(huán)境附有多種數(shù)量龐大的技術(shù)工具，從而幫助學(xué)習(xí)者主體來完成知識內(nèi)化。這些技術(shù)工具（如認知工具）可以幫助學(xué)習(xí)者搭建知識體系，并獲得可以遷移的、相對更有意義的知識。學(xué)習(xí)者主體還可以充分利用這些工具來分析當前社會和現(xiàn)實世界，并建構(gòu)出新的知識或體系，從而展示學(xué)習(xí)成果和水平；甚至可以進行批判性反思，并進一步實現(xiàn)個體自身知識的內(nèi)化。同時，信息技術(shù)支撐的學(xué)習(xí)環(huán)境還配有大量的供協(xié)同學(xué)習(xí)的即時通信工具和移動終端，這些工具和裝置既是學(xué)習(xí)者個體或所組成的共同體賴以存在以及今后發(fā)展的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)者主體之間開展協(xié)同合作以及進行社會性交往的載體。學(xué)習(xí)者可以在實踐活動中利用這些工具相互之間進行交流探討，并以此來傳遞顯性和隱形的學(xué)習(xí)內(nèi)容和經(jīng)驗，從而達到促進自身知識轉(zhuǎn)化和社會性交往順利開展的目的[6]。

2. 信息技術(shù)視域下大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練體系構(gòu)建

信息技術(shù)環(huán)境下基于工程教育的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練體系的建立將會有效地促進學(xué)生工程素質(zhì)的提高[7]并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。依據(jù)按照活動理論框架，工程實踐教學(xué)強調(diào)學(xué)生能力培養(yǎng)，體現(xiàn)在在工程實踐教學(xué)中就是要打破陳規(guī)，在學(xué)生掌握基本實驗技術(shù)的基礎(chǔ)上，更加注重學(xué)生在動手實踐的同時多動腦思考。通過采用現(xiàn)代信息化的教學(xué)手段，增強實踐訓(xùn)練的趣味性，使學(xué)生認識到具備工程實踐能力對于今后自身發(fā)展的重要性。同時使學(xué)生形成自我創(chuàng)新的意識。

2.1 創(chuàng)新工程訓(xùn)練過程分析

大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練過程應(yīng)注重學(xué)生基礎(chǔ)理論的積累、沉淀和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。通過改革訓(xùn)練內(nèi)容和訓(xùn)練方法，利用信息化技術(shù)手段，將實踐訓(xùn)練化繁為簡、化難為易，使學(xué)生在訓(xùn)練中加深對基礎(chǔ)理論的理解，同時提高實際動手能力，促使學(xué)生逐步形成主動思考的意識。工程訓(xùn)練過程應(yīng)注重實踐教學(xué)內(nèi)容和質(zhì)量評價的建設(shè)。涉及到訓(xùn)練大綱和訓(xùn)練內(nèi)容的完善，訓(xùn)練資源的設(shè)計和制作，甚至包含學(xué)生從自主設(shè)計到動手制作出作品的過程。

人才培養(yǎng)是高校的重要功能之一，而社會對高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的評價是最為客觀的。其中學(xué)生就業(yè)能力便是重要指標之一。因此，刨新型工程訓(xùn)練過程還應(yīng)著重關(guān)注學(xué)生在就業(yè)能力方面提升的實效。就業(yè)能力的強弱，不但反映出社會對學(xué)生認可的程度，還反映出學(xué)生在自身綜合素質(zhì)的高低。為達到這一目的，湖南理工學(xué)院機械工程學(xué)院在本科四年的創(chuàng)新實踐訓(xùn)練中，圍繞“基礎(chǔ)實踐—綜合提高—課外拓展—工程創(chuàng)新”的層次開展教學(xué)實踐，通過信息技術(shù)手段讓學(xué)生在虛擬和真實的工程氛圍中去體驗，通過體驗提高自身的工程素質(zhì)，激發(fā)自身的創(chuàng)新意識。

由此可見，信息技術(shù)環(huán)境下的創(chuàng)新訓(xùn)練過程應(yīng)體現(xiàn)出四方面的特點：① 數(shù)字化課程訓(xùn)練資源應(yīng)有連續(xù)性，在本科四年的培養(yǎng)過程中，學(xué)生均有條件和機會參與訓(xùn)練；② 訓(xùn)練內(nèi)容應(yīng)結(jié)合技術(shù)發(fā)展不斷更新，在保留必要的傳統(tǒng)訓(xùn)練內(nèi)容前提下，應(yīng)突出以計算機應(yīng)用為基礎(chǔ)的虛實結(jié)合的新技術(shù)、新工藝訓(xùn)練；③ 創(chuàng)新訓(xùn)練學(xué)方式應(yīng)靈活多樣，以激發(fā)學(xué)生參與的興趣和積極性；④ 評價體系應(yīng)多元，既包含實踐理論知識的評價，更應(yīng)包含工程實踐能力的評價。

2.2 基于工程的創(chuàng)新訓(xùn)練體系構(gòu)建

工程創(chuàng)新訓(xùn)練也就是通過運用工程實踐的手段和方式，將主體所掌握的專業(yè)知識和專業(yè)技能充分的消化吸收，最后被掌握者轉(zhuǎn)化為社會經(jīng)濟發(fā)展和個體發(fā)展所需要的能力[8]。對于大學(xué)生特別是工科專業(yè)大學(xué)生而言，實施工程創(chuàng)新訓(xùn)練的主要目的就是牢牢鞏固和適當拓展專業(yè)理論知識，使工程實踐能力得以鍛煉和提高，同時使創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神得到激發(fā)和培養(yǎng)，從而提高自身綜合素質(zhì)和工程創(chuàng)新能力。地方本科高校實施旨在培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新能力的工程訓(xùn)練體系的改革，是實現(xiàn)學(xué)校人才培養(yǎng)目標的重要前提和培養(yǎng)工程創(chuàng)新型人才的必要手段。在當前技術(shù)環(huán)境下，也就是必須和信息技術(shù)深度融合。湖南理工學(xué)院機械工程學(xué)院經(jīng)過多年的探索，構(gòu)建了基于信息技術(shù)環(huán)境的創(chuàng)新訓(xùn)練體系，如圖1所示。

創(chuàng)新訓(xùn)練體系的實施顯著增強了學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，所培養(yǎng)學(xué)生實踐能力得到社會的高度認可。近五年來，學(xué)生發(fā)表在學(xué)術(shù)刊物和學(xué)術(shù)會議論文集30多篇，獲批專利5項，學(xué)生主持國家級大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目5項，主持省級大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目27項，主持校級大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目100多項，獲得市級以上各類獎項多項，包括獲國家級競賽獲獎12項。近五屆機械類專業(yè)學(xué)生就業(yè)率一直保持在96%以上，其中，前往北京、上海、廣州、深圳等一線城市就業(yè)約55%，并逐年成上升趨勢；所培養(yǎng)學(xué)生因?qū)嵺`能力較強，大大提升了考研競爭力，以機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)為例，考研錄取率從2011屆的14.3%，提高到2013屆的24.7%，錄取學(xué)校包括浙江大學(xué)、中南大學(xué)、湖南大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等985、211高校。

3. 結(jié)論

地方高校多以培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才為目標。基于信息技術(shù)的工程創(chuàng)新訓(xùn)練的教學(xué)實踐改革應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代工程意識和工程能力為要旨，將知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高結(jié)合起來，依托虛擬仿真實驗教學(xué)中心、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練中心等實踐教學(xué)平臺，達到學(xué)生自我管理、自發(fā)實踐、自主提升。經(jīng)過幾年的努力，湖南理工學(xué)院機械工程學(xué)院在創(chuàng)新訓(xùn)練方面形成了以真實體驗為主體，虛擬仿真為重要補充的創(chuàng)新訓(xùn)練體系，有效地提高了學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新精神。

參考文獻

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作者簡介：周果君（1975.9-），男，漢族，副教授，博士后，主要從事材料與結(jié)構(gòu)和機械類專業(yè)實踐教學(xué)方面的研究。