拓寬實踐環(huán)節(jié)提升學生創(chuàng)新能力的途徑與探索

李光提，尹克榮,李玉道,束 鈺,張廣玲

(山東農(nóng)業(yè)大學 機械與電子工程學院,山東 泰安 271018)

創(chuàng)新離不開具有創(chuàng)新能力的人才參與，高校是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的孵化器，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才是高校的首要任務。為此，各高校通過修訂人才培養(yǎng)方案，調(diào)整教學計劃，改革完善實驗教學體系，拓寬實踐教學空間，增加實踐教學環(huán)節(jié)學時等措施，培養(yǎng)學生的實踐技能及創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維。但受教學計劃、實踐環(huán)節(jié)學時、實踐場所及設備等諸多因素制約，學生的實踐技能、分析及解決問題的能力、創(chuàng)新能力得不到應有鍛煉。結(jié)合工科專業(yè)特點，通過鼓勵學生參與課外興趣小組、校內(nèi)、省級及國家級的各類科技競賽活動，彌補實踐教學環(huán)節(jié)的不足，在提升學生自主學習能力、綜合分析及解決問題能力、實踐動手及創(chuàng)新能力，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維及創(chuàng)新意識，培養(yǎng)探求真知的熱情等方面進行了有益的實踐與探索[1-2]，收到了顯著成效。

1 發(fā)揮課外興趣小組作用提高實踐動手能力

課堂教學和實踐教學環(huán)節(jié)的內(nèi)容受人才培養(yǎng)方案及教學大綱的限制，只能在一定程度上予以拓展，學生的個人主觀能動性不能得到發(fā)揮，實踐動手能力得不到充分保障，理論聯(lián)系實際解決問題的能力及在實踐環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)問題、探求真知的意識得不到鍛煉。為此，本文依托機械實驗教學中心的資源優(yōu)勢，在相關(guān)課程實驗、實習等教學環(huán)節(jié)基礎上，根據(jù)學生實驗實習過程中的興趣、愛好或需要拓展的內(nèi)容，成立機械及設計類、車輛交通類、數(shù)控加工類3個課外興趣小組。由實驗技術(shù)人員和任課老師組成指導小組，負責課外興趣小組的業(yè)務指導、答疑，在保證正常實驗教學任務的前提下，課外興趣小組可以在相關(guān)老師的指導下，重復已做過的實驗實習內(nèi)容、重新設計實驗方案，在不破壞原實驗設備的基礎上改造或升級實驗設備。

如在液壓傳動課程的溢流閥啟閉特性實驗中，采用常規(guī)用溢流閥加載的實驗設計方案，讓學生按照實驗指導書內(nèi)容、要求、步驟重復實驗過程，并分析出現(xiàn)異常結(jié)果的原因，并對學生提出能否采用其他液壓閥作為加載閥對系統(tǒng)進行加載呢？如果可以，請設計出液壓系統(tǒng)原理圖及實驗步驟。經(jīng)過現(xiàn)場老師的啟發(fā)，學生采用節(jié)流閥設計出了實驗方案，并在老師指導下，順利完成了實驗，得到了滿意的實驗效果，學生的個人主觀能動性得到拓展，實驗動手能力得到了進一步鍛煉。在此基礎上，老師又提出，能否在現(xiàn)有實驗臺的基礎上，通過加裝另一種型式的液壓閥實現(xiàn)計算機的測試與控制呢？由此，學生開發(fā)出了采用電液比例閥作為加載閥的溢流閥特性計算機測試與控制系統(tǒng)。通過該項實驗項目的逐漸推進，學生的實踐動手能力、理論聯(lián)系實際解決問題的能力及在實踐環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)問題、探求真知的意識及創(chuàng)新能力得到了初步鍛煉[3]。

2 通過學院機電產(chǎn)品創(chuàng)新設計大賽激發(fā)創(chuàng)新興趣

課外興趣小組僅局限于課程實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容范圍內(nèi)，是驗證及豐富課堂理論的有效途徑。實驗實習項目都有規(guī)范的指導書，實驗目的與要求、實驗內(nèi)容、實驗儀器設備、實驗方法與步驟及實驗報告的內(nèi)容等都有詳細要求，即使設計性、綜合性實驗也是在實驗指導書限定條件下，按照現(xiàn)有的實驗條件、實驗儀器設備進行部分的改造與更新，學生的發(fā)散思維、創(chuàng)新意識僅局限于實驗室現(xiàn)有條件下的實驗項目，學生的主觀能動性不能得到充分釋放。

為在教學大綱規(guī)定的實驗內(nèi)容的基礎上，進一步鍛煉提高學生的實踐動手能力、培養(yǎng)其探求真知的意識及能力，為學生提供發(fā)現(xiàn)創(chuàng)意，發(fā)掘創(chuàng)新的暢想平臺,由學院團委主辦，實驗中心、學生會承辦，設立了大學生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設計大賽，要求設計制作的產(chǎn)品與生活生產(chǎn)應用相結(jié)合，與所學專業(yè)知識相結(jié)合，與未來的發(fā)展趨勢相靠攏。參賽隊伍不受專業(yè)、年級限制，自由組合團隊參賽。學院團委會同機械與電子中心老師對參賽團隊設計方案、研究意義與價值進行初步篩選，確定參賽團隊名單。參賽團隊在前期資料充分準備或手工制作或在實驗室由老師指導完成參賽作品的基礎上，由學院團委聘請相關(guān)老師組成評審小組對各小組的參賽作品進行答辯、產(chǎn)品功能演示，并對制作工藝、產(chǎn)品創(chuàng)新點給予點評，確定進入最終決賽的作品。對進入決賽的作品，將接受5～7人專家組評審。根據(jù)PPT匯報、現(xiàn)場演示、設計思路、設計理念、推廣應用前景及是否原創(chuàng)等綜合因素，評選出一、二、三等獎。該項活動的開展，突破了局限于實驗指導書要求的實驗內(nèi)容、實驗步驟與方法，課堂理論知識與具體實踐得到有機結(jié)合，專業(yè)基礎及專業(yè)知識得到具體運用，學生的個性思維得到盡興發(fā)揮。通過作品的構(gòu)思、設計、組裝、調(diào)試等環(huán)節(jié)，學生的探求意識、實踐動手能力、分析與解決問題的能力明顯提高，創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力得到鍛煉[4]。

3 借助學校大學生研究訓練(SRT)計劃項目培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力

雖說學院大學生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設計大賽的成功舉辦，打破了專業(yè)、年級、課程之間的界限，彌補了課堂實驗教學的不足，加深了對課堂所學理論知識的理解，綜合所學理論知識解決實際問題的能力及實踐技能得到了具體鍛煉。但由此表現(xiàn)出的專業(yè)知識不扎實、綜合所學專業(yè)知識的能力及實踐經(jīng)驗不足、設計的參賽作品受已有的同類產(chǎn)品束縛，創(chuàng)新意識及能力明顯不足。

為彌補學生科研與創(chuàng)新訓練項目的不足，探索以問題導向的研究性實踐模式，倡導以學生為主體的學習主動性、探索性、創(chuàng)造性的教學方法；為學生提供進行科學研究、社會調(diào)查與咨詢等方面的機會與條件，從而培養(yǎng)學生主動從事科研的欲望、興趣和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，提高訓練實踐能力、獨立工作能力及團隊合作等方面的能力[5]，學校設立了大學生研究訓練(SRT)計劃項目。在學院充分發(fā)動及相關(guān)老師的指導下，組織大二、大三的同學選題自由組隊申報，經(jīng)學院初審，確定擬推薦為校級SRT計劃項目。學校教務處組織專家對各學院申報推薦項目進行立項評審，確定立項項目，并對批準立項的項目予以一定的經(jīng)費資助。

通過計劃項目申請書中相關(guān)內(nèi)容的填寫，鍛煉了學生“以我為主”進行調(diào)查研究、查閱文獻、分析論證、制定設計或?qū)嶒灧桨傅确矫娴哪芰Αｍ椖恐衅诳己?，及時總結(jié)成功與失敗經(jīng)驗，調(diào)整設計思路、優(yōu)化設計方案，在實踐中拓寬創(chuàng)新思維能力，為項目的順利進行樹立了自信心。項目的結(jié)題及相關(guān)材料的整理上報，學生的科研能力、獨立工作、自主思考的能力得到了系統(tǒng)鍛煉[6-7]。

4 利用國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目提高創(chuàng)新能力

學生探求真知的意識及實踐能力、創(chuàng)新思維及創(chuàng)新能力的提高，并不是一蹴而就的。為進一步調(diào)動學生參與創(chuàng)新性實踐活動的主動性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，逐漸掌握思考問題、解決問題的方法、提高其創(chuàng)新實踐的能力。學院借助實驗教學中心的資源優(yōu)勢、教學科研人員等專家的人才優(yōu)勢，積極鼓勵扶持學生申報國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃。學生個人或團體在導師指導下自主選題申報、學院推薦、專家組評審、學校大學生創(chuàng)新性實驗計劃管理委員會審核，批準立項并報送教育部備案。以項目為載體，在充分調(diào)研及查閱文獻的基礎上，積極探索實驗的創(chuàng)新性,自主研究，自主設計實驗方案、自主選擇設備和材料、自主實施實驗、分析處理數(shù)據(jù)及撰寫總結(jié)報告等工作。指導教師作為指導者、咨詢者和參謀者，不過分參與具體細節(jié)，只是在關(guān)鍵環(huán)節(jié)提出建設性建議[8-9]。如由學院推薦的“太陽能板自動跟蹤太陽裝置的設計”團隊成員由3位大二自動化專業(yè)的同學組成。選題源自居民家中的太陽能熱水器不能很好吸收太陽熱能的現(xiàn)狀。從課題的提出、查閱相關(guān)資料、方案設計、可行性論證到系統(tǒng)軟硬件設計、整機安裝調(diào)試等具體工作環(huán)節(jié)，都有學生自主完成。團隊成員克服專業(yè)基礎知識薄弱、實踐技能不足等短板，邊學邊干邊問，自主完成了系統(tǒng)總體設計，硬件選擇、軟件編程，并首先在模擬太陽能板上聯(lián)機試驗，得到設計效果后再移植到太陽能板試驗。國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目實施，充分調(diào)動了參與學生的學習主動性、積極性和創(chuàng)造性，激發(fā)了學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，實踐過程中鍛煉了綜合分析問題、解決問題的方法，創(chuàng)新能力和實踐技能得到明顯提高，科研實踐活動得到實際鍛煉[10]。

5 充分利用省、國家級科技競賽平臺提升創(chuàng)新能力

培養(yǎng)大學生的科學興趣、鍛煉綜合素質(zhì)及展現(xiàn)創(chuàng)新能力；推動大學生的課外科技活動向更廣和更深的層次發(fā)展,是國家教育發(fā)展“十三五”規(guī)劃綱要和國家十三五規(guī)劃綱要提出的明確要求，更是高校及教育部門面臨的首要課題。國家和各級教育部門及學術(shù)團體組織的一系列學術(shù)科技競賽活動,對培養(yǎng)學生的自主學習能力、工程實踐能力、綜合分析及解決問題能力、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力、探求真知的科研態(tài)度等綜合素質(zhì)具有積極的推動作用。通過創(chuàng)新、設計、制作等具體工作實踐，為學生張揚個性、發(fā)揮潛能、凸顯創(chuàng)新能力搭建了舞臺，為優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造了條件[11-12]。根據(jù)專業(yè)特點。學生參加的主要賽事有山東省大學生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設計競賽、全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽、全國“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽等。

根據(jù)賽事組委會發(fā)布的競賽主題與內(nèi)容，參賽選手在進行市場調(diào)研、方案構(gòu)思、分析論證、可行性分析的基礎上，提出初步設計方案，指導教師組織相關(guān)老師對初步設計方案進行綜合分析論證,確定方案的可行性，提出優(yōu)化設計方案的建議。參賽選手根據(jù)指導老師建議修改設計方案并提交學院參加院級選拔賽。學院組織專家對提交的預賽作品設計方案進一步分析論證，確定推薦參加學校選拔賽的優(yōu)秀作品，根據(jù)設計作品的制作難易程度撥付一定材料費。經(jīng)過前期反復分析論證、修改，入選作品在相關(guān)老師指導下，進行機械零部件結(jié)構(gòu)設計、零件圖、組裝圖繪制，零部件加工，整機安裝調(diào)試；控制系統(tǒng)電路設計、電器元件選購，安裝測試；形成第一代樣機產(chǎn)品，并測得試驗數(shù)據(jù)。將樣機產(chǎn)品、設計等相關(guān)材料提交學校選拔競賽組委會。由教務處為主，學生工作處、校團委等部門組成的組委會，聘請相關(guān)領域?qū)＜覍μ峤坏淖髌罚ㄟ^樣機演示、PPT匯報，評出一、二、三等獎，對一等獎作品重點資助并推薦代表學校參加省級競賽。參加省級競賽的代表隊根據(jù)專家建議、樣機試驗過程中的缺陷與不足，進一步優(yōu)化方案、改進設計、修訂參數(shù)，加工制作出第二代樣機，并試驗得出試驗數(shù)據(jù)。將該數(shù)據(jù)與第一代樣機試驗數(shù)據(jù)比較，為產(chǎn)品的改進提供依據(jù)。樣機產(chǎn)品或演示視頻、作品負責人PPT匯報及相關(guān)佐證材料提交省級競賽組委會。競賽組委會根據(jù)樣機產(chǎn)品或演示視頻、PPT匯報及相關(guān)佐證材料評選獎項，并推薦出參加全國競賽的作品名單。獲得全國競賽的作品，根據(jù)第二代樣機的試驗效果及一、二代樣機試驗參數(shù)數(shù)據(jù)，進行局部調(diào)整或改裝、外觀美化，制作完成參加國家級競賽的第三代樣機。

參賽選手從調(diào)研、方案設計、方案論證、可行性分析、樣機制作到院級選拔賽、校級選拔賽、省級競賽直至全國競賽等諸多環(huán)節(jié)的歷練，課堂理論知識得到了具體運用，綜合運用專業(yè)知識的能力、在工程實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力及實踐技能得到明顯提升，創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、溝通協(xié)調(diào)能力及團隊合作意識及從事科研工作的能力得到進一步鍛煉。通過外出比賽與其他參賽隊員的交流，開闊了學生視野；通過觀察其他參賽作品，從中得到啟發(fā)，為觸發(fā)發(fā)明創(chuàng)造的靈感提供了契機。

6 結(jié)束語

培養(yǎng)創(chuàng)新人才是社會發(fā)展的需求，更是當前高等教育責無旁貸的責任。如何讓學生在學習基本理論和專業(yè)知識的基礎上，在實踐環(huán)節(jié)中提高創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)業(yè)水平，是需要深入探索的重要課題。課外興趣小組、校內(nèi)、省級及國家級的各類科技競賽提供了一個深化教學改革、培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力的有效途徑，經(jīng)過多年的探索和實踐，學生的自主學習能力、實踐動手能力、綜合分析問題及解決問題的能力、探求真知的創(chuàng)新能力得到進一步提升。為實踐教學環(huán)節(jié)改革，豐富實踐環(huán)節(jié)內(nèi)容提供了成功范例。