基于機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究與實(shí)踐

陳 霞，冷護(hù)基，劉慶運(yùn)，邱震明

(安徽工業(yè)大學(xué) 創(chuàng)新教育學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

在大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新的背景下，國(guó)家加快實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，迫切需要深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力。孫志鳳對(duì)北京、上海、江蘇和廣東四地10個(gè)城市26家不同類型的企業(yè)進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，用人單位對(duì)學(xué)生的自學(xué)和領(lǐng)悟能力及解決問(wèn)題的能力非常不滿意[1]。所謂的領(lǐng)悟力在一定程度上是指學(xué)習(xí)重組知識(shí)的創(chuàng)新能力。學(xué)科競(jìng)賽是指學(xué)生利用所學(xué)科學(xué)文化知識(shí)，針對(duì)所提出的學(xué)術(shù)問(wèn)題，在一定時(shí)間和空間內(nèi)，通過(guò)一定方法(或模式)進(jìn)行分析、構(gòu)思、嘗試，爭(zhēng)取優(yōu)勝的活動(dòng)。它是啟迪學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)動(dòng)手能力、提高學(xué)生提出問(wèn)題和解決問(wèn)題能力以及培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的大舞臺(tái)。全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽是全國(guó)機(jī)械類專業(yè)重要的綜合類專業(yè)賽事活動(dòng)之一。大賽自2003年開始每?jī)赡昱e辦一次，至今已成功舉辦了八屆。大賽主要目的在于培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力、加工制作能力與團(tuán)隊(duì)合作能力。

安徽工業(yè)大學(xué)每屆比賽均組隊(duì)參加，學(xué)校的重視度、學(xué)院的組織規(guī)模、學(xué)生的參與度逐屆遞增。

一、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用

(一)鞏固學(xué)生的專業(yè)知識(shí)

通過(guò)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的訓(xùn)練，學(xué)生將所學(xué)的機(jī)械專業(yè)知識(shí)如理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械加工工藝、金屬及非金屬材料、電工電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、公差與配合、機(jī)械制圖等與大賽主題所需要的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，從系統(tǒng)的角度促進(jìn)各門課程之間知識(shí)的融合。通過(guò)參加比賽，學(xué)生經(jīng)過(guò)反復(fù)的討論和計(jì)算，鞏固了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解與記憶。在作品的加工制作過(guò)程中，還要了解如車床、鉆床、銑床等各種機(jī)床的性能、特點(diǎn)，各種材料的成本、加工性能等。參賽選手必須盡快掌握上課時(shí)沒(méi)有弄清楚的各種繪圖知識(shí)和繪圖技巧，著手繪制零件圖和裝配圖，并要自學(xué)機(jī)械制圖以及三維建模軟件方面的知識(shí)。通過(guò)這種真刀真槍的實(shí)際鍛煉, 使學(xué)生能夠熟練地應(yīng)用機(jī)電方面的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。

大賽要求書寫作品的說(shuō)明書，說(shuō)明書要求符合論文的寫作規(guī)范, 清楚、簡(jiǎn)潔地說(shuō)明作品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核計(jì)算等。在答辯時(shí)要求學(xué)生簡(jiǎn)潔明了地回答出評(píng)委老師提出的問(wèn)題。通過(guò)寫作和答辯加強(qiáng)了學(xué)生的記憶，拓展了知識(shí)面。

(二)強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)造性思維訓(xùn)練和創(chuàng)新方法運(yùn)用

創(chuàng)造性思維就是能產(chǎn)生新穎性思維結(jié)果的思維[2]。邏輯思維、形象思維是創(chuàng)造性思維的基本形式。發(fā)散思維和集中思維相結(jié)合、求同思維和求異思維相結(jié)合、正向思維和逆向思維相結(jié)合是創(chuàng)造性思維的有效途徑[4]。錢學(xué)森指出，“每一個(gè)思維活動(dòng)過(guò)程都不會(huì)是單純一種思維在起作用，往往是兩種甚至是三種先后交錯(cuò)在起作用。比如人的創(chuàng)造思維過(guò)程就決不是單純的抽象(邏輯)思維，總要有點(diǎn)形象(直感思維)，甚至要有靈感(頓悟)思維”。所以，在教學(xué)過(guò)程中教師要有意識(shí)地結(jié)合教學(xué)內(nèi)容加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新思維訓(xùn)練。

為了能夠更好地解決競(jìng)賽中的研究性和創(chuàng)新性問(wèn)題，在總結(jié)多年創(chuàng)造學(xué)教育的基礎(chǔ)上，將創(chuàng)造學(xué)與創(chuàng)新能力開發(fā)課程教學(xué)與學(xué)科競(jìng)賽結(jié)合，讓學(xué)生運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法、列舉法、聯(lián)想法和萃智(TRIZ)等創(chuàng)新方法進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，從而達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)造性思維和運(yùn)用創(chuàng)新方法的目的。教師鼓勵(lì)學(xué)生查閱大量的背景材料，仔細(xì)研讀，用心體會(huì)，樂(lè)于在團(tuán)隊(duì)中分享。組織學(xué)生從大賽發(fā)布的設(shè)計(jì)主題入手,從零件的加工工藝和成本考慮設(shè)計(jì)思路。在制作的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)不合理的地方，團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)討論，提出修改意見(jiàn),經(jīng)加工調(diào)試實(shí)驗(yàn)后確定設(shè)計(jì)方案。在方案實(shí)施過(guò)程中還會(huì)遇到事先想不到的問(wèn)題，在這個(gè)反復(fù)的過(guò)程中，認(rèn)識(shí)到了創(chuàng)造性思維的發(fā)散-集中-再發(fā)散是解決問(wèn)題的有效途徑,同時(shí)也使學(xué)生深刻地體會(huì)到創(chuàng)新是一個(gè)迭代過(guò)程的內(nèi)涵。

(三)鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力

教育部《中國(guó)工程教育質(zhì)量報(bào)告》對(duì)260多家用人單位進(jìn)行了調(diào)查,數(shù)據(jù)顯示，由于工程教育人才培養(yǎng)仍然側(cè)重知識(shí)的傳授，對(duì)學(xué)生能力特別是工程核心能力的培養(yǎng)重視不夠，導(dǎo)致畢業(yè)生在工程科技前沿現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的了解水平、工程設(shè)計(jì)的綜合意識(shí)和能力、社會(huì)責(zé)任感等方面需要加強(qiáng)[3]。工程實(shí)踐能力是指將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到設(shè)計(jì)生產(chǎn)、管理營(yíng)銷等工程應(yīng)用環(huán)節(jié)，并綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、法律、文化等諸多因素，為社會(huì)提供產(chǎn)品的能力。機(jī)械類大學(xué)生的工程實(shí)踐能力，就是具備將機(jī)械設(shè)計(jì)原理轉(zhuǎn)化成可以直接運(yùn)用于實(shí)踐的技術(shù)方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的零件圖紙、制造工藝等形式并將其變成物質(zhì)形態(tài)，并對(duì)負(fù)責(zé)生產(chǎn)第一線的操作技能人員具有技術(shù)指導(dǎo)的能力。

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的作品設(shè)計(jì)與制作活動(dòng)都是以學(xué)生為主。參賽作品基本是由學(xué)生自己編制工藝卡，然后動(dòng)手制作完成，復(fù)雜的零件通過(guò)外協(xié)加工或者請(qǐng)工程實(shí)踐與創(chuàng)新教育中心的技師完成。通過(guò)操作車、鉆、銑床等加工設(shè)備鍛煉了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力, 也提高了學(xué)生的專業(yè)技能。

(四)培育學(xué)生的創(chuàng)造性人格

為了更有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，要在實(shí)踐過(guò)程中有意識(shí)地培養(yǎng)個(gè)人與創(chuàng)造相關(guān)的創(chuàng)造性人格。創(chuàng)造性人格是創(chuàng)造者的內(nèi)在動(dòng)力。機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽一般為5人左右一組, 在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)根據(jù)大賽的主題初步進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)，然后再去查閱相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還要在制作中不斷完善。要運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法討論，相互啟發(fā)，甚至辯論,所以在這個(gè)過(guò)程中，不是一個(gè)人能完成的工作, 而是團(tuán)隊(duì)合作的力量。有時(shí)候由于學(xué)習(xí)任務(wù)繁重，比賽時(shí)間緊，學(xué)生能夠自覺(jué)地加班加點(diǎn)，知難而進(jìn)，這樣培養(yǎng)了他們頑強(qiáng)進(jìn)取的意志和戰(zhàn)之必勝的信念。指導(dǎo)教師和參賽學(xué)生始終在一起，遇到難題共同研討，不厭其煩地指導(dǎo)學(xué)生，教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)和敬業(yè)精神也會(huì)潛移默化地影響著學(xué)生。

二、基于學(xué)科競(jìng)賽的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的保障機(jī)制建設(shè)

(一)師資力量保障

為機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽組建一支老中青三結(jié)合、跨學(xué)院的穩(wěn)定的競(jìng)賽指導(dǎo)教師組，指導(dǎo)教師組由機(jī)械類專業(yè)、電氣類專業(yè)課程教師和工程實(shí)踐與創(chuàng)新教育中心實(shí)訓(xùn)課技師組成。指導(dǎo)教師組中有的教師具備專業(yè)理論知識(shí)，有的教師具備加工操作能力，能為學(xué)生的創(chuàng)新活動(dòng)提供理論指導(dǎo)、機(jī)床操作輔導(dǎo)等技術(shù)支持。教師本身不僅有創(chuàng)新意識(shí)以及實(shí)踐能力，而且有高度的責(zé)任感和奉獻(xiàn)精神,將指導(dǎo)工作貫穿于學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)的始終。

通過(guò)加強(qiáng)對(duì)教師的激勵(lì)來(lái)不斷提升競(jìng)賽指導(dǎo)教師積極性，對(duì)教師的激勵(lì)遵循物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)與精神獎(jiǎng)勵(lì)并重的原則。學(xué)校通過(guò)制定《安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)科競(jìng)賽管理暫行辦法》以及一系列政策，極大地提高了獎(jiǎng)勵(lì)幅度，從制度層面保證機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的獎(jiǎng)勵(lì)落實(shí)到位。學(xué)校每年評(píng)選學(xué)科競(jìng)賽先進(jìn)集體、學(xué)科競(jìng)賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師等，并且學(xué)科競(jìng)賽獲獎(jiǎng)成績(jī)作為指導(dǎo)教師評(píng)獎(jiǎng)評(píng)優(yōu)、職稱晉升的參考條件，極大地調(diào)動(dòng)了指導(dǎo)教師的積極性。

(二)組織機(jī)構(gòu)與實(shí)踐平臺(tái)

學(xué)校組建工程實(shí)踐與創(chuàng)新教育中心(創(chuàng)新教育學(xué)院)，中心現(xiàn)有各類實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所建筑面積約12 000平方米、各類工程實(shí)踐和創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備800余臺(tái)(套)，總價(jià)值2 000余萬(wàn)元。中心是實(shí)施各級(jí)各類大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)的組織與管理的職能部門，負(fù)責(zé)組織學(xué)生參與學(xué)科競(jìng)賽工作的協(xié)調(diào)管理。

學(xué)校成立“校創(chuàng)新教育與實(shí)踐活動(dòng)領(lǐng)導(dǎo)小組”和“校學(xué)科競(jìng)賽指導(dǎo)委員會(huì)”。各學(xué)院成立“創(chuàng)新教育活動(dòng)指導(dǎo)小組”，負(fù)責(zé)本院學(xué)生創(chuàng)新教育活動(dòng)的日常組織管理工作，與校創(chuàng)新學(xué)院共同組織院級(jí)、校級(jí)、省級(jí)、國(guó)家級(jí)和國(guó)際級(jí)學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)。

基于工程實(shí)踐與創(chuàng)新教育中心和院級(jí)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)科競(jìng)賽多層次多類別、創(chuàng)新實(shí)踐基地的開放化、教師指導(dǎo)的全程化、管理的精細(xì)化、考核的規(guī)范化以及效果的可視化，構(gòu)建了學(xué)科競(jìng)賽的有效運(yùn)行模式。

(三)政策保障

學(xué)校制定《關(guān)于成立安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)科競(jìng)賽指導(dǎo)委員會(huì)的通知》、《安徽工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新教育活動(dòng)管理辦法》、《安徽工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新教育專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)管理辦法》、《安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)科競(jìng)賽管理辦法》、《安徽工業(yè)大學(xué)“創(chuàng)新能力試點(diǎn)班”實(shí)施方案》、《安徽工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)成果(項(xiàng)目)獎(jiǎng)勵(lì)辦法(修訂)》的通知》、《安徽工業(yè)大學(xué)績(jī)效工資實(shí)施辦法(修訂)》、《安徽工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力學(xué)分轉(zhuǎn)換課程學(xué)分管理辦法(試行)》、《安徽工業(yè)大學(xué)“第二課堂成績(jī)單”制度工作實(shí)施辦法(試行)》、《安徽工業(yè)大學(xué)推薦優(yōu)秀應(yīng)屆本科畢業(yè)生免試攻讀碩士學(xué)位研究生遴選工作試行辦法》等文件，建立一套包括參賽組織、培訓(xùn)輔導(dǎo)、工作量的計(jì)算、評(píng)獎(jiǎng)及獎(jiǎng)勵(lì)、學(xué)分認(rèn)定等各個(gè)環(huán)節(jié)的管理制度。學(xué)校設(shè)立專項(xiàng)資金，并制定相應(yīng)的管理辦法，將每年學(xué)科競(jìng)賽參賽經(jīng)費(fèi)列入年度預(yù)算，保證學(xué)科競(jìng)賽加工制作、比賽差旅等費(fèi)用的資金支持。

三、實(shí)踐與成效

學(xué)生參與競(jìng)賽人次逐年增加。校院兩級(jí)組織積極鼓勵(lì)學(xué)生參加機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，鼓舞了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)了學(xué)風(fēng)、教風(fēng)的優(yōu)化，學(xué)生普遍受益。2018年共有300多名學(xué)生參加了競(jìng)賽，獲得了全國(guó)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，學(xué)校獲得全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽優(yōu)秀組織獎(jiǎng)。還鼓勵(lì)學(xué)生參加其他機(jī)械類創(chuàng)新大賽，如全國(guó)大學(xué)生工程綜合訓(xùn)練能力競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生周培源杯力學(xué)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽、中國(guó)機(jī)器人大賽、全國(guó)“TRIZ”杯大學(xué)生創(chuàng)新方法大賽、iCAN國(guó)際創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、 “浩辰杯”華東區(qū)大學(xué)生CAD技能大賽(機(jī)械類)、“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，學(xué)生參加各級(jí)各類學(xué)科競(jìng)賽的參與率達(dá)78%。

獲獎(jiǎng)數(shù)量逐年增多。機(jī)械類學(xué)生創(chuàng)造性思維、工程實(shí)踐能力及創(chuàng)造性人格明顯增強(qiáng)。近三年來(lái)，機(jī)械類學(xué)生結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽產(chǎn)生的創(chuàng)意和設(shè)想2萬(wàn)余條，學(xué)生申請(qǐng)專利達(dá)60項(xiàng)，授權(quán)專利35項(xiàng)。機(jī)械類學(xué)生在各項(xiàng)賽事中，無(wú)論是獲獎(jiǎng)的等級(jí)、獲獎(jiǎng)學(xué)生人數(shù)、獲獎(jiǎng)項(xiàng)目覆蓋面均有良好的發(fā)展勢(shì)頭。2018年，獲得國(guó)際遺傳工程機(jī)器設(shè)計(jì)大賽(iGEM)銀獎(jiǎng)1項(xiàng)，國(guó)家級(jí)三等獎(jiǎng)以上82項(xiàng)，省(區(qū))級(jí)三等獎(jiǎng)以上135項(xiàng)。

畢業(yè)生在崗位上顯示出強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)造能力，受到用人單位的高度評(píng)價(jià)與歡迎。近3年的畢業(yè)生跟蹤調(diào)查顯示：在學(xué)校參加過(guò)學(xué)科競(jìng)賽或申請(qǐng)過(guò)專利的畢業(yè)生，有90%的到企業(yè)工作后能夠盡快地融入到企業(yè)技術(shù)工作中去，而且擁有專利。90%以上的用人單位認(rèn)為我校機(jī)械類畢業(yè)生不僅具有團(tuán)結(jié)精神、動(dòng)手能力和吃苦精神，還有創(chuàng)新精神。實(shí)踐結(jié)果表明，以訓(xùn)練創(chuàng)造性思維、培養(yǎng)創(chuàng)造性人格、掌握創(chuàng)新方法為著力點(diǎn)，以機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽為抓手，拓展到其它類相關(guān)賽事，以創(chuàng)造性實(shí)踐為路徑，對(duì)可持續(xù)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力具有重要意義。