新疆高校機(jī)械專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)研究

萬(wàn)曉靜， 孫文磊

(新疆大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,烏魯木齊 830047)

0 引 言

新時(shí)代背景下，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，實(shí)現(xiàn)高校人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的無(wú)縫對(duì)接，是我國(guó)建設(shè)創(chuàng)新型高校、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的迫切需要[1]。機(jī)械類課程內(nèi)容覆蓋面廣、相互關(guān)聯(lián)性強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度大，尤其是實(shí)踐性和應(yīng)用型較強(qiáng)。然而，需要依靠成本高、消耗高的實(shí)體設(shè)備，有時(shí)甚至涉及高?；驑O端環(huán)境的機(jī)械專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，極大地制約了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的使用也越加廣泛[2]，這使得傳統(tǒng)的機(jī)械專業(yè)課程教學(xué)模式也出現(xiàn)了新的變化。

近年來(lái),國(guó)家加緊推進(jìn)實(shí)施“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，新疆是該戰(zhàn)略的優(yōu)先推動(dòng)區(qū)域和橋頭堡[3]，這為新疆高等教育的發(fā)展提供了重要機(jī)遇。新疆地區(qū)作為新絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的核心區(qū)，對(duì)機(jī)械類專業(yè)人才的需求也日益增大。本文根據(jù)社會(huì)對(duì)機(jī)械專業(yè)人才的需求，結(jié)合新疆民漢一體化教學(xué)改革形勢(shì)下人才培養(yǎng)特點(diǎn)[4]，闡述了基于虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的機(jī)械專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)，這對(duì)學(xué)生的個(gè)人就業(yè)甚至未來(lái)發(fā)展有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 新疆高校機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀

機(jī)械專業(yè)是各工科院校普遍存在的傳統(tǒng)專業(yè)，實(shí)踐性較強(qiáng)是機(jī)械類專業(yè)課程最顯著的特征。在教學(xué)過(guò)程中不僅涉及到一些基礎(chǔ)理論性知識(shí)，還需要進(jìn)行實(shí)踐性教學(xué)，將理論與實(shí)踐整合起來(lái)，整體提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。傳統(tǒng)教學(xué)模式重理論講解，輕實(shí)際操作，理論脫離實(shí)際，產(chǎn)學(xué)脫節(jié)，學(xué)生難于理解，很多機(jī)械專業(yè)學(xué)生遇到困難后容易產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性低，培養(yǎng)質(zhì)量難以滿足用人企業(yè)的要求。

當(dāng)前，新疆高校機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)面臨的主要問(wèn)題：

(1) 新疆高校生源基礎(chǔ)薄弱,差異較大。由于新疆各個(gè)高校的大學(xué)生民族成分復(fù)雜，特別是少數(shù)民族大學(xué)生大多生活在邊遠(yuǎn)地區(qū),信息不暢,交流不便,接受新事物不及時(shí),他們是一個(gè)比較特殊的群體，由于基礎(chǔ)薄弱，在缺乏相關(guān)教學(xué)硬件的條件下，學(xué)生的認(rèn)知能力存在一定的難度[11]。為了縮小民漢之間的教育差距,催生了新型編班形式,即“民漢合班”[10]的一體化教學(xué)形式。漢族大學(xué)生和少數(shù)民族大學(xué)生在課堂表現(xiàn)、自主學(xué)習(xí)能力、授課方式適應(yīng)能力方面均存在差異[12]。因此，及時(shí)了解和掌握母語(yǔ)非漢語(yǔ)的少數(shù)民族大學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，積極探索問(wèn)題的有效解決途徑，對(duì)提升新疆高校教學(xué)質(zhì)量、縮小民漢間的教育差距具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

(2) 課程改革，學(xué)時(shí)壓縮。隨著高校教學(xué)改革的逐漸深入，新疆高校培養(yǎng)方案所要求的總學(xué)時(shí)數(shù)也不得不大幅度削減，在學(xué)時(shí)如此壓縮情形下，需要迫切解決的問(wèn)題是，如何構(gòu)建新的培養(yǎng)大綱才能培養(yǎng)出較強(qiáng)的創(chuàng)新應(yīng)用能力而且具備創(chuàng)新實(shí)踐精神的機(jī)械類專業(yè)人才？

(3) 實(shí)踐教學(xué)條件受限，教學(xué)效果難以達(dá)成。①在新疆高校機(jī)械專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不足的問(wèn)題已成為制約機(jī)械專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的重要因素。學(xué)生實(shí)踐的時(shí)間和次數(shù)都非常有限，這將無(wú)法保證學(xué)生將理論課中學(xué)到的知識(shí)及時(shí)有效地運(yùn)用到實(shí)踐中去，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的提高影響比較大，學(xué)生掌握的理論知識(shí)無(wú)法在實(shí)踐中得到驗(yàn)證。②機(jī)械相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備因其價(jià)格高、損耗大、操作要求高等因素，使得常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)容易受實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)空間的限制。尤其對(duì)于少數(shù)民族學(xué)生，受語(yǔ)言和前期學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的影響，在正常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，需要大量的時(shí)間來(lái)重復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程才能較好地掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。③部分相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作有一定的危險(xiǎn)性，為了避免造成人員受傷或設(shè)備損壞，這對(duì)實(shí)驗(yàn)操作人員有更高的要求，學(xué)生只是進(jìn)行觀摩及記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 無(wú)法使學(xué)生通過(guò)親手操作來(lái)提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)局限性大，綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)效果較差，使得學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和創(chuàng)新思維受到影響。④大型復(fù)雜機(jī)械裝備內(nèi)部運(yùn)行規(guī)律，無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或深入理解，而傳統(tǒng)真實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生迫切需要一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新的平臺(tái)。

2 構(gòu)建新型教學(xué)資源與學(xué)習(xí)條件

著力培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力是機(jī)械專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的基本要求，學(xué)生只有進(jìn)行真正的實(shí)踐操作，他們的實(shí)踐水平才能逐步提高。但是如果在真正的機(jī)械設(shè)備上進(jìn)行實(shí)踐操作，這會(huì)大大增加學(xué)校的經(jīng)費(fèi)開(kāi)支，而虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)恰好解決了這方面的問(wèn)題，具有投入少、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，為學(xué)生的實(shí)踐提供了優(yōu)質(zhì)平臺(tái)。

2.1 以虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)為核心的實(shí)踐教學(xué)體系

隨著高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革不斷深入，新疆大學(xué)作為區(qū)域的科教中心，在民漢一體化教學(xué)改革形勢(shì)下，借助學(xué)科建設(shè)、師資力量、科學(xué)研究和人才培養(yǎng)等方面的綜合優(yōu)勢(shì)，通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)高校在實(shí)踐教學(xué)改革方面的成功經(jīng)驗(yàn)，成立了機(jī)械工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，以培養(yǎng)新時(shí)代機(jī)械專業(yè)具有創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型工程應(yīng)用人才為目標(biāo)，構(gòu)建了以機(jī)械專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為核心的實(shí)踐教學(xué)體系，以中心所具有的豐富的教學(xué)軟硬件資源和實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)成為開(kāi)展創(chuàng)新能力培養(yǎng)的理想平臺(tái)。

采用虛擬現(xiàn)實(shí)及多媒體技術(shù)在計(jì)算機(jī)上建立虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供可操作的虛擬實(shí)驗(yàn)儀器，使學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)上通過(guò)接近真實(shí)的人機(jī)交互界面完成實(shí)驗(yàn)，在計(jì)算機(jī)上營(yíng)造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的相關(guān)軟硬件操作環(huán)境。如：大型風(fēng)能發(fā)電機(jī)、機(jī)械式采棉機(jī)、節(jié)能抽油機(jī)等大型復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造，已構(gòu)建了具有高度真實(shí)感、直觀性和精確性的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)。

2.2 深化產(chǎn)教融合，共享教學(xué)資源

依托科研項(xiàng)目，利用校企雙方資源和優(yōu)勢(shì)，共同開(kāi)展實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)。通過(guò)多種合作方式，與新疆磐基實(shí)業(yè)、新疆第三機(jī)床廠、新疆金風(fēng)科技股份有限公司、新疆科力先進(jìn)制造技術(shù)有限公司、新疆新特順電氣制造有限公司、新疆天山汽車(chē)制造有限公司多家企業(yè)展開(kāi)了不同程度的合作，聯(lián)合開(kāi)發(fā)出模具三維設(shè)計(jì)圖庫(kù)系統(tǒng)、生產(chǎn)車(chē)間虛擬布局設(shè)計(jì)與優(yōu)化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)、抽油機(jī)圖庫(kù)信息管理系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電機(jī)組虛擬裝配仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)、虛擬風(fēng)電場(chǎng)可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)、采棉機(jī)關(guān)鍵部件虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)、高低壓電器開(kāi)關(guān)柜三維設(shè)計(jì)與虛擬裝配實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)三維數(shù)字化、加工工藝和模具制造的柔性化。例如，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)講授人機(jī)工程學(xué)，使學(xué)生身臨其境的觀察人機(jī)操作規(guī)范；利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三維可視化效果，進(jìn)行產(chǎn)品展示教學(xué)；機(jī)械專業(yè)學(xué)生還能夠進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)與系統(tǒng)仿真，進(jìn)行虛擬仿真和虛擬測(cè)試評(píng)估，通過(guò)虛實(shí)相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)方式，不僅能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情以及學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造性。

3 大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)模式

3.1 立足本土，建立民漢混合學(xué)習(xí)小組

由于新疆高校在高考錄取中的照顧政策[13]，漢族新生和少數(shù)民族新生生源質(zhì)量存在較大差距，這使得民漢學(xué)生間的水平差異和類型差異顯著。新疆高校民漢合班這種新型編班形式，為各民族學(xué)生朝夕相處、共同成長(zhǎng)提供了積極的環(huán)境，同時(shí)，也帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。因?yàn)槊駶h學(xué)生文化和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)水平存在差距，任課教師為了保證正常的教學(xué)進(jìn)度，部分少數(shù)民族學(xué)生會(huì)落后于整體教學(xué)進(jìn)度，久而久之，就會(huì)有厭學(xué)情緒，甚至出現(xiàn)逃學(xué)、逃課、持續(xù)掛科的現(xiàn)象[14]。此種背景下，如何更高效地促進(jìn)漢族大學(xué)生和少數(shù)民族大學(xué)生學(xué)習(xí)融合提出了新的要求和挑戰(zhàn)。

因此，建立民漢混合學(xué)習(xí)小組，不僅符合新疆本土特色，讓不同民族的學(xué)生間加強(qiáng)了解、溝通和理解，最終實(shí)現(xiàn)不同民族和諧共處即民族團(tuán)結(jié)的價(jià)值。而且，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，漢族學(xué)生幫助少數(shù)民族學(xué)生，少數(shù)民族學(xué)生幫助漢族學(xué)生，互幫互助，共同進(jìn)步，以達(dá)到最好的學(xué)習(xí)效果。

3.2 利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力

計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，預(yù)示著越來(lái)越多的年輕人，其學(xué)習(xí)生活方式因信息化時(shí)代的到來(lái)而潛移默化地被改變，而傳統(tǒng)課堂與數(shù)字化信息手段相結(jié)合，甚至于信息手段占據(jù)越來(lái)越多比例的教學(xué)方式必將是未來(lái)教育發(fā)展的趨勢(shì)。數(shù)字化技術(shù)手段引入傳統(tǒng)課堂，不僅能夠有效發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，更為重要的是能夠大大提高學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和學(xué)習(xí)的興趣[15]。例如，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)中相關(guān)的教學(xué)資源，不用去風(fēng)場(chǎng)、油田、農(nóng)田現(xiàn)場(chǎng)，讓參與的學(xué)生足不出戶就可以了解風(fēng)能發(fā)電機(jī)、機(jī)械采棉機(jī)、節(jié)能抽油機(jī)等裝備的工作狀況、運(yùn)動(dòng)方式，而且對(duì)如何設(shè)計(jì)制造大型機(jī)械的全過(guò)程有了全面的了解，既解決了真實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)無(wú)法開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的難題，減少了真實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的高成本，資源的浪費(fèi)等情況，又可以提高學(xué)生的理解力和注意力，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，以及學(xué)生對(duì)知識(shí)的把握。

3.3 學(xué)研結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

對(duì)于實(shí)踐性較強(qiáng)的機(jī)械專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，課外實(shí)踐和科技創(chuàng)新模塊驅(qū)動(dòng)了大學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及虛擬實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟硬件教學(xué)資源，為學(xué)生提供一個(gè)自由組隊(duì)、自主設(shè)計(jì)的完全獨(dú)立自主的實(shí)踐環(huán)境。學(xué)生還可以依據(jù)個(gè)人感興趣的方向，自主立項(xiàng)創(chuàng)新項(xiàng)目，學(xué)院并為其配備相關(guān)指導(dǎo)教師，從課內(nèi)到課外為學(xué)生提供完全開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)境。

以某民漢混合小組自主完成的達(dá)坂城虛擬風(fēng)電場(chǎng)為例,依托合作企業(yè)，由其提供風(fēng)能發(fā)電機(jī)的型號(hào)、各零部件的尺寸參數(shù)、風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)布局等，該小組自主分工，完成了從風(fēng)能發(fā)電機(jī)幾百個(gè)零件的三維模型的創(chuàng)建，到各部件的虛擬裝配直至整機(jī)的裝配(這部分在虛擬裝配平臺(tái)中完成)，再到各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的完成。另外，后期的虛擬場(chǎng)景建模及渲染部分由工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生完成。整個(gè)虛擬風(fēng)電場(chǎng)從建模到完成，全部由學(xué)生自主完成，只要感興趣并能堅(jiān)持的漢族學(xué)生、少數(shù)民族學(xué)生都可以成為小組的成員，學(xué)院提供教師指導(dǎo)及實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)、虛擬裝配平臺(tái)等硬件資源。通過(guò)專家審核，整體不錯(cuò)的項(xiàng)目可以作為教學(xué)案例，進(jìn)一步激發(fā)了大家的學(xué)習(xí)熱情。通過(guò)不同民族、不同專業(yè)的學(xué)生共同參與并完成項(xiàng)目，不僅為學(xué)生提供了一個(gè)開(kāi)放的可自己動(dòng)手設(shè)計(jì)、仿真、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生在創(chuàng)造性思維基礎(chǔ)上使用先進(jìn)設(shè)計(jì)手段和方法，大大增加了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而且，對(duì)縮小民漢差距實(shí)現(xiàn)新疆民漢一體化教學(xué)改革具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著“一帶一路”建設(shè)的推進(jìn)，對(duì)新疆高校來(lái)講既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)。在高校的實(shí)踐教學(xué)中，充分發(fā)揮創(chuàng)新智力資源，利用虛擬仿真教學(xué)軟硬件資源，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新活力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情、鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維、提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，已成為一種趨勢(shì)。本文立足本土，結(jié)合新疆“民漢合班”人才培養(yǎng)特點(diǎn)，通過(guò)民漢混合、學(xué)研結(jié)合等方式，增加學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)，使虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)在機(jī)械專業(yè)實(shí)踐教學(xué)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)上發(fā)揮出更大的作用。這對(duì)縮小民漢差距實(shí)現(xiàn)民漢學(xué)習(xí)共融目標(biāo)的新疆民漢一體化教學(xué)改革具有重要的意義。