基于本科生導(dǎo)師制的機(jī)械人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索與實(shí)踐

□彭 斌 張永貴 謝小正

實(shí)踐和創(chuàng)新能力是應(yīng)用型本科院校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，“實(shí)踐和創(chuàng)新是機(jī)械專業(yè)的根本”已成為當(dāng)今國(guó)際以及國(guó)內(nèi)高等工程教育界的普遍共知和共識(shí)。高等工程教育界關(guān)于如何培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力進(jìn)行了研究和探討，如提出“回歸實(shí)踐、回歸問題、回歸主體”的理念實(shí)施探究式教學(xué)；將職業(yè)資格證書引入應(yīng)用型本科教育等，取得了較好的效果；目前“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”已成為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，做好大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工作就成為進(jìn)一步深化高等教育綜合改革、提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要突破口。當(dāng)前世界范圍內(nèi)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速進(jìn)行，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)、高等教育步入新階段。新經(jīng)濟(jì)、新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要依靠工程教育提供人才支撐，人才是應(yīng)對(duì)未來新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)挑戰(zhàn)的核心力量。而新工科建設(shè)本質(zhì)上就是要為中國(guó)工業(yè)培養(yǎng)創(chuàng)新人才，使得中國(guó)工業(yè)具有世界最強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。面對(duì)第四次工業(yè)革命的到來以及新工科對(duì)工程教育培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、職業(yè)素養(yǎng)、終身學(xué)習(xí)和社會(huì)適應(yīng)能力等綜合素質(zhì)提出的新要求，圍繞新形勢(shì)下產(chǎn)學(xué)研合作教育新內(nèi)涵、新內(nèi)容、新形式和新方法，蘭州理工大學(xué)機(jī)械類專業(yè)如何依托行業(yè)背景，探索與實(shí)踐適宜西部地方高校機(jī)械專業(yè)的辦學(xué)理念與產(chǎn)教融合、校企協(xié)同育人模式，打造出專業(yè)優(yōu)勢(shì)與特色，為高校工科專業(yè)的人才培養(yǎng)提供借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)行業(yè)急需的卓越工程技術(shù)人才，充分發(fā)揮地方高校對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的支撐作用，具有深遠(yuǎn)的理論意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[1～6]。

二、基于本科生導(dǎo)師制的機(jī)械人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)施與探索

(一)構(gòu)建“五位一體”的學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系。近年來，蘭州理工大學(xué)科創(chuàng)基地的建設(shè)順應(yīng)新工科發(fā)展的新形勢(shì)，主動(dòng)作為，構(gòu)建依托3D科創(chuàng)中心、機(jī)器人科創(chuàng)中心、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)科創(chuàng)中心、3J科創(chuàng)中心和學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合訓(xùn)練基地，學(xué)院基于科創(chuàng)基地構(gòu)建了“五位一體”的學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系，以專業(yè)教育為基礎(chǔ)，推進(jìn)創(chuàng)新教育與專業(yè)課堂的專創(chuàng)融合協(xié)同培養(yǎng)；以素質(zhì)教育為抓手，強(qiáng)化學(xué)生全面素質(zhì)培養(yǎng)，通過實(shí)施本科生導(dǎo)師制來大力推進(jìn)創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)“三創(chuàng)”教育；以實(shí)踐教育為依托，通過與企業(yè)共建實(shí)踐基地，深入開展校企合作；以國(guó)際教育為拓展，充分挖掘國(guó)際生的專長(zhǎng)和特點(diǎn)，同時(shí)加大國(guó)內(nèi)學(xué)生國(guó)際交流的力度，不斷開拓學(xué)生思路和視野，營(yíng)造開放、自主的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成長(zhǎng)氛圍；以文化教育為熏陶，構(gòu)建學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)文化，有重點(diǎn)、分層次舉辦創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)講座論壇，全方位、多方面開展主題活動(dòng)，發(fā)掘樹立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)先進(jìn)典型。大力完善學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育保障體系，依托學(xué)校和學(xué)院的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐基地，為有想法沒辦法的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)提供場(chǎng)地、設(shè)備和資金的保障，為各類學(xué)科競(jìng)賽的組織選拔、學(xué)生的培訓(xùn)提供強(qiáng)有力支持，提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技能，錘煉學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)品質(zhì)；依托學(xué)院的科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)，通過開設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班，在導(dǎo)師指導(dǎo)下開展“產(chǎn)教研用協(xié)同”理念下的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)，培養(yǎng)拔尖的創(chuàng)新人才；依托國(guó)家、省、校和院級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目的過程管理，為學(xué)生參加科創(chuàng)競(jìng)賽、申請(qǐng)專利、發(fā)表高水平的論文、參與高水平的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議、提煉創(chuàng)新成果提供保障與支持。不斷完善和發(fā)展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系，已經(jīng)成為推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，助推學(xué)院培養(yǎng)一流人才的重要引擎。

(二)形成五個(gè)教學(xué)層次和一條競(jìng)賽主線。本科生導(dǎo)師制實(shí)行一導(dǎo)到底，從大一到大四，全面規(guī)劃學(xué)生的4年科創(chuàng)和實(shí)踐訓(xùn)練，將畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目進(jìn)行遞進(jìn)式分解，通過課賽結(jié)合的方式來訓(xùn)練學(xué)生的各類技能，不同階段實(shí)現(xiàn)不同層次的能力培養(yǎng)，做到年年有競(jìng)賽，賽賽有收獲，真正實(shí)現(xiàn)科創(chuàng)和實(shí)踐訓(xùn)練4年不斷線，100%的學(xué)生參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、50%學(xué)生主持一項(xiàng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)賽事活動(dòng)，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合和科技成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用。學(xué)生通過5+1(五個(gè)教學(xué)層次和一條競(jìng)賽主線)來進(jìn)行工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，五個(gè)教學(xué)層次：工程基礎(chǔ)認(rèn)知層次、機(jī)械基礎(chǔ)綜合實(shí)踐層次、專業(yè)綜合技術(shù)層次、創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練層次和科學(xué)研究層次；通過不斷線的一條競(jìng)賽主線來貫穿和牽引4年的大學(xué)生活。

1.機(jī)械工程基礎(chǔ)認(rèn)知層次。針對(duì)不同專業(yè)、不同類別學(xué)生，開設(shè)不同的訓(xùn)練模塊。在現(xiàn)有金工訓(xùn)練模式的基礎(chǔ)上，依據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)及側(cè)重點(diǎn)，設(shè)置不同模塊的機(jī)械加工基礎(chǔ)訓(xùn)練和與先進(jìn)制造技術(shù)相關(guān)的認(rèn)知實(shí)習(xí)，主要包含對(duì)普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)原理的認(rèn)識(shí)、熟練使用和操作各類機(jī)床；通過觀看視頻、教師講解以及各種實(shí)物的參觀和操作，初步了解先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的內(nèi)涵及發(fā)展?fàn)顩r。

2.機(jī)械基礎(chǔ)綜合實(shí)踐層次。在完成機(jī)械工程基礎(chǔ)系列實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加大學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。針對(duì)一般的實(shí)際工程問題，使學(xué)生由數(shù)學(xué)建模、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)到機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試，依次完成三個(gè)階段的綜合實(shí)踐，通過數(shù)學(xué)建模、方案論證、工程設(shè)計(jì)和優(yōu)化、機(jī)構(gòu)創(chuàng)新、機(jī)電綜合和實(shí)驗(yàn)調(diào)試等環(huán)節(jié)，著重提高學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力。

3.專業(yè)綜合技術(shù)層次。加強(qiáng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、機(jī)電控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等專業(yè)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。對(duì)機(jī)械類專業(yè)本科生開設(shè)2周從設(shè)計(jì)到制造的CAD/CAM的綜合訓(xùn)練；開展2周的數(shù)控機(jī)床與加工中心的拆裝、控制與數(shù)控技術(shù)的綜合訓(xùn)練；3周的專業(yè)課程設(shè)計(jì)主要要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析、評(píng)比和優(yōu)化從而設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)合理的零部件；2周的專業(yè)方向訓(xùn)練主要側(cè)重于學(xué)生的有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)。整個(gè)專業(yè)綜合技術(shù)層次是集信息與制造于一體；集知識(shí)與技能于一體；集設(shè)計(jì)與工藝于一體。

4.創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練層次。強(qiáng)化學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。對(duì)機(jī)械專業(yè)本科三、四年級(jí)的學(xué)生開展機(jī)電一體化柔性生產(chǎn)綜合訓(xùn)練、機(jī)器人綜合訓(xùn)練與創(chuàng)新、機(jī)電一體化嵌入式運(yùn)動(dòng)控制創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等。并為參加科技創(chuàng)新競(jìng)賽的學(xué)生提供理論實(shí)踐相結(jié)合的培訓(xùn)課程，并將創(chuàng)新實(shí)踐貫穿于學(xué)生整個(gè)四年的本科教育教學(xué)全過程，根據(jù)不同專業(yè)、不同學(xué)生類型、在不同的學(xué)習(xí)階段的創(chuàng)新需求，因材施教。

5.科學(xué)研究層次。開展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、反求工程、機(jī)器人視覺與遠(yuǎn)程控制等相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程；并借助于中心的資源條件和教師科研項(xiàng)目，對(duì)本科生以及紅柳基地班、紅柳卓越班等進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)和研究生課題研究，吸納一批對(duì)研究感興趣的同學(xué)參與到各種層次科研開發(fā)項(xiàng)目中。

6.科創(chuàng)競(jìng)賽。不斷線的一條競(jìng)賽主線主要是通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班、課賽結(jié)合以及興趣導(dǎo)向等手段和方法來實(shí)現(xiàn)，大一熟練掌握三維造型軟件，學(xué)習(xí)各類優(yōu)秀機(jī)械視頻、資料；大二進(jìn)行從創(chuàng)新設(shè)計(jì)到綜合性機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)的訓(xùn)練，參加各類全國(guó)機(jī)械類大賽；大三進(jìn)行小型綜合類訓(xùn)練，參加各類綜合性大賽；大四進(jìn)行總結(jié)和整合訓(xùn)練，參與卓越工程師畢業(yè)設(shè)計(jì)大賽，選擇好今后的路。近幾年，學(xué)院學(xué)生在“互聯(lián)網(wǎng)+”全國(guó)大學(xué)生科創(chuàng)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)3D大賽和卓越工程師教育聯(lián)盟“恒星杯”畢業(yè)設(shè)計(jì)大賽中屢屢獲獎(jiǎng)，展示了學(xué)院創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新成就[7～10]。

二、取得的成效

目前機(jī)電工程學(xué)院已完成了新一輪人才培養(yǎng)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)中心的總體建設(shè)規(guī)劃，針對(duì)現(xiàn)有和規(guī)劃的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的修訂，對(duì)于人才的培養(yǎng)提出了重在強(qiáng)調(diào)“學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、自我思考進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析”的過程，重點(diǎn)在于通過實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生能力的培養(yǎng)，可以考慮實(shí)驗(yàn)時(shí)間因素，容許學(xué)生的實(shí)驗(yàn)失敗(沒有做出預(yù)想的結(jié)果)，但必須如實(shí)完整地撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)失敗的內(nèi)容進(jìn)行詳盡分析，并針對(duì)性地提出改進(jìn)措施。以培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)工程實(shí)際問題，獨(dú)立或協(xié)作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的能力、自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)搭接的操作能力以及獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的思考能力。目前的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、實(shí)習(xí)基地、實(shí)驗(yàn)中心、科創(chuàng)基地的總體建設(shè)規(guī)劃和專業(yè)認(rèn)證的持續(xù)改進(jìn)工作為學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力的提升提供了良好的硬件支持和理論導(dǎo)向。