基于創(chuàng)新實踐訓練的機械類專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式探索

徐慶鐘，王海濤，馮凱

（大連海事大學 船舶與海洋工程學院，遼寧 大連）

一 引言

在新一輪世界范圍的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下，新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式對新時代人才培養(yǎng)提出新的要求，我國高等學校人才培養(yǎng)工作已進入提高質(zhì)量的升級期、變軌超車的機遇期、改革創(chuàng)新的攻堅期[1]。建設一流本科是高等教育強國的根基，在“新工科+工程教育”和“一流本科教育”建設背景下，實踐能力和創(chuàng)新精神成為培養(yǎng)工程科技人才的核心內(nèi)容[2-4]，是國家與社會對當代大學生的要求，也是扎實推進制造強國戰(zhàn)略的重要保證[5-6]。因此，創(chuàng)新實踐性課程體系建設越來越得到我國高等學校的重視。

遼寧科技大學的方志剛等[7]構(gòu)建了新工科專業(yè)實踐教育教學體系、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系、科學研究支撐新工科專業(yè)建設及人才培養(yǎng)體系，在實踐教學與多學科交叉融合、專業(yè)人才培養(yǎng)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、科研支撐新工科新生專業(yè)課程建設等方面進行了探索。山東科技大學的王炳軍等[8]基于基礎工程課程特點，結(jié)合當前新工科建設背景對工程科技人才的創(chuàng)新實踐素質(zhì)要求，提出了以增強學生創(chuàng)新實踐能力為主線優(yōu)化拓展教學內(nèi)容，創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)貫穿于整個教學過程，同時充分利用互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)教學時間碎片化，教學資源豐富化，實踐教學環(huán)節(jié)多元化的改革思路。上海交通大學[9]面向新工科對創(chuàng)新實踐人才的培養(yǎng)要求，在保留并加強原有工程實踐教學的基礎上，改建“學生創(chuàng)新中心”，形成了以勞樹德、以勞啟智、以勞育美、以勞創(chuàng)新的勤“勞”創(chuàng)“新”育人理念，打造了“科技領軍人才的練武堂，工業(yè)界和大學的握手區(qū)”，構(gòu)建了“開放共享、學科交叉、產(chǎn)教融合、學創(chuàng)互促”的實踐育人體系。哈爾濱工業(yè)大學[10]在原有工程訓練基礎上重新構(gòu)建了適應新工科的機械制造基礎課程與教學體系，實現(xiàn)了知識、能力、實踐、創(chuàng)新一體化培養(yǎng)，最終通過各類大學生學科競賽項目、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃牽引、串接整個工程訓練過程，通過“能力疊加”實現(xiàn)知識向能力的轉(zhuǎn)化，使學生的素質(zhì)和能力得到了進一步展現(xiàn)。

在此背景下，針對大連海事大學機械設計制造及其自動化專業(yè)教學過程中存在的學生動手和創(chuàng)新能力不足等問題，本文提出了基于創(chuàng)新實踐訓練的機械類專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式，以此綜合鍛煉學生的思考、動手、協(xié)作、溝通、表達等能力，使學生敢想、會說、能做，具備實踐能力和創(chuàng)新精神。

二 基于創(chuàng)新實踐訓練的機械類專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式構(gòu)建

面向“新工科+工程教育”和“一流本科教育”對創(chuàng)新實踐人才的培養(yǎng)要求，在頂層設計上，構(gòu)建以理論知識為基礎、創(chuàng)新實踐訓練為途徑、專業(yè)競賽為補充、畢業(yè)設計為衡量的“學、創(chuàng)、賽、畢”四位一體本科人才培養(yǎng)模式。以創(chuàng)新實踐訓練為基礎，實現(xiàn)理論教學與實踐能力和創(chuàng)新能力相結(jié)合的人才培養(yǎng)體系。

（一） 優(yōu)化課程體系

傳統(tǒng)的機械基礎課程存在理論學時多、實驗實踐學時少、學生動手能力弱等問題，教學內(nèi)容及課程體系設置無法適應新時代下人才培養(yǎng)的要求，因此需要優(yōu)化重構(gòu)課程體系。在《畫法幾何與機械制圖》中增加繪圖及設計類軟件教學內(nèi)容，便于學生在低年級時可靈活應用CAD/CAM 技術(shù)進行零件設計及實物模型制作，為參與創(chuàng)新實踐訓練提前打下相應的理論基礎。對于《機械原理課程設計》《機械設計課程設計》和《液壓與氣動課程設計》設計類課程，突破傳統(tǒng)圖紙化的考核模式，鼓勵學生自主選題，以制作出實物的方式，完成課程設計的考核。對于《機械工程控制基礎實驗》《機械基礎實驗》和《特種加工工程實踐》實踐實驗類課程，增大自主設計類、實踐類考核內(nèi)容，鍛煉學生的動手實踐能力和創(chuàng)新思維能力。從2019 級本科生開始，本專業(yè)在培養(yǎng)計劃中增設《機械創(chuàng)新實踐》大三必修課程，實現(xiàn)創(chuàng)新實踐訓練對本科生的全覆蓋，有助于學生達成工程教育專業(yè)認證對復雜工程問題的畢業(yè)要求。通過整合教學內(nèi)容及調(diào)整課程體系，強化學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生的工程意識和思維能力。

（二） 開展創(chuàng)新實踐訓練活動

創(chuàng)新實踐訓練活動是理論教學與實踐教學的抓手，是鍛煉學生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要途徑。定期利用學生課余時間開展創(chuàng)新實踐訓練活動，每期活動時間跨度為6 周。第一周面向全年級學生召開動員會，發(fā)布創(chuàng)新實踐活動主題，組織學生積極報名，并自主組隊，不允許單獨報名，統(tǒng)一安排指導教師，小組成員構(gòu)思項目，明確做什么；第二周進行總體結(jié)構(gòu)方案創(chuàng)新設計，明確怎么做；第三周詳細設計零部件，繪制圖紙，在一定材料成本內(nèi)選材，明確需要什么；第四、五周組織學生動手制作實物；第六周征集本次活動的徽標設計，各隊調(diào)試作品功能，設計各自作品海報，并統(tǒng)一在校內(nèi)公開場地展示作品，撰寫活動總結(jié)報告。

創(chuàng)新實踐訓練的活動主題可以來源于生活、教學或競賽主題。2021 年的活動主題為“關(guān)愛健康”，鼓勵學生設計制作防控新冠病毒肺炎保護個人/群體的機械產(chǎn)品、助老/助殘/康復/健身機械產(chǎn)品，以及環(huán)境保護/節(jié)能減排的機械產(chǎn)品。在知識層面培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力的同時，針對相關(guān)主題活動，組織學生去養(yǎng)老院和社區(qū)實地調(diào)研，引導學生從老人實際生活需求出發(fā)開展作品設計，也有助于培養(yǎng)學生腳踏實地的社會責任感和擔當意識。

同時打造基于創(chuàng)新實踐訓練的“學生自主管理”平臺，創(chuàng)新實踐訓練活動的各個環(huán)節(jié)，皆有學生自主管理，以此提高學生的團隊管理能力、協(xié)調(diào)溝通能力及表達寫作能力等。具體包括：訓練場地的日常開放、環(huán)境衛(wèi)生、耗材購置等事宜，創(chuàng)新實踐訓練課題的社區(qū)走訪、企業(yè)調(diào)研等事宜，創(chuàng)新實踐訓練作品的展出場地預約、海報打印制作、展出布置等事宜，創(chuàng)新實踐訓練的總結(jié)報告撰寫、徽章制作、總結(jié)大會組織等事宜。

（三） 強化創(chuàng)新實踐訓練師資隊伍建設

為保證創(chuàng)新實踐訓練的正常運轉(zhuǎn)和人才培養(yǎng)質(zhì)量，吸收專任教師加入導師團隊，擔任學生導師，主要負責學生訓練項目的進展督促和技術(shù)指導等任務。不斷提高師生比，保證每名導師指導創(chuàng)新實踐訓練團隊不超過3 個，導師定期與學生進行交流指導，強化指導效果。同時，鼓勵引入企業(yè)工程師參與創(chuàng)新實踐訓練教學，擔任學生導師；在此基礎上，通過校企合作，互通理論與實踐有無，共同探索以解決實際工程問題為目的的創(chuàng)新實踐訓練活動主題，形成以學生為中心的產(chǎn)學結(jié)合育人模式和師資隊伍。

（四） 建設創(chuàng)新實踐訓練平臺

整合機械工程系實驗室現(xiàn)有設備資源，為學生創(chuàng)新實踐訓練活動提供硬件服務保障。根據(jù)實踐訓練需要，新購置適用于加工木材和塑料的數(shù)顯鑼床、電動曲線鋸和激光雕刻機，加工鋁、銅、鐵等金屬的微型帶鋸、小型精密車床和鉆銑床，以及通過熔絲沉積成型可以快速制備復雜塑料零件的3D 打印機。設置創(chuàng)新實踐訓練活動專用場地，提供全天候資源開放服務，保證學生能充分靈活利用課余時間，及時動手實踐驗證所有創(chuàng)新設計，將創(chuàng)新靈感由圖紙變?yōu)閷嵨?。安排專職實驗老師負責訓練平臺的日常管理、學生培訓、設備調(diào)試與維護，以及突發(fā)事件的處理等工作。通過各類加工設備的操作使用，可激發(fā)學生的專業(yè)興趣和動手潛能。3D 打印機快速成型復雜零件的優(yōu)點，可以幫助學生實現(xiàn)產(chǎn)品設計在工作裝置方面的原理創(chuàng)新，提升學生的創(chuàng)新能力。創(chuàng)新實踐訓練平臺為學生由理論知識到實踐應用提供了強有力的資源保證。

（五） 補充專業(yè)競賽

競賽是培養(yǎng)學生文獻綜述能力、論文寫作能力、創(chuàng)新思維能力、分析設計能力、團隊合作能力和管理能力的重要載體，是工程教育質(zhì)量提升的有效途徑[11]。目前，面向機械類學生的競賽主要有全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽、中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、挑戰(zhàn)杯大學生課外學術(shù)科技作品競賽、全國大學生工程訓練綜合能力大賽等。每期創(chuàng)新實踐訓練活動，選取相關(guān)競賽的主題作為訓練活動的部分選題，鼓勵學生提前進入備賽狀態(tài)，提高學生參與競賽的積極性。根據(jù)學生的作品水平，優(yōu)選種子團隊進行重點培育，以期在正式競賽中獲取名次。通過競賽不僅可以鍛煉學生的團隊意識、競爭意識和知識融合能力，還能培養(yǎng)學生的專業(yè)素養(yǎng)和工程性思維，增強實踐能力和創(chuàng)新能力。

（六） 鼓勵畢業(yè)設計實物制作

畢業(yè)設計是高等學校教學過程的重要環(huán)節(jié)，需要學生綜合運用所學知識，結(jié)合實際獨立完成課題。在學生前期已接受創(chuàng)新實踐訓練的前提下，鼓勵老師和學生突破傳統(tǒng)圖紙化、論文化的畢業(yè)設計考核模式，在圖紙論文的基礎上，以實物制作為目標完成畢業(yè)設計題目。同時，爭取引入企業(yè)導師，以企業(yè)需求為導向，指導學生解決實際的工程問題，完成畢業(yè)設計。最后，針對實物制作的畢業(yè)設計作品，布置展出活動，提高宣傳力度，鼓勵下屆的畢業(yè)生積極參與畢業(yè)設計實物制作模式。通過畢業(yè)設計實物制作的全過程，衡量學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，并檢驗創(chuàng)新實踐訓練活動的有效性。

三 實施與成效

經(jīng)過近三年的探索，基于創(chuàng)新實踐訓練的人才培養(yǎng)模式在實際的教學、實踐、競賽、畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)具有顯著的人才培養(yǎng)效果，調(diào)動了學生對本專業(yè)的濃厚興趣，提高了自主學習的主觀能動性，增強了學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新實踐訓練活動，自2019 年起先后成功舉辦了“機動人心”“助老機械”和“關(guān)愛健康”三次主題活動，共計完成60 余件作品，先后有300 余名學生參與其中。該活動模式受到了學校師生的高度認可，并被大連海洋大學與大連工業(yè)大學等高校所借鑒學習。基于創(chuàng)新實踐訓練活動，通過優(yōu)化課程體系，設計類課程突破了傳統(tǒng)圖紙化的考核模式，實物制作的考核模式得到了學生的積極響應。從創(chuàng)新實踐訓練活動中推選的“上下床輔助椅”作品設計獲得了2020 年全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽遼寧省一等獎。經(jīng)過創(chuàng)新實踐訓練活動，報名參加機械類競賽的學生人數(shù)明顯增多，學生的積極性得到了充分調(diào)動。第一批參加創(chuàng)新實踐訓練活動的學生在2021 年畢業(yè)設計中，共有10 人參與或獨自完成了畢業(yè)設計的實物制作，充分顯示了基于創(chuàng)新實踐訓練的人才培養(yǎng)模式有助于培養(yǎng)學生解決復雜工程問題所需要的動手實踐能力和思維創(chuàng)新能力。

四 結(jié)論與展望

面向“新工科+工程教育”和“一流本科教育”對創(chuàng)新實踐人才的培養(yǎng)要求，通過探索基于創(chuàng)新實踐訓練的機械類專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式，構(gòu)建了以理論知識為基礎、創(chuàng)新實踐訓練為途徑、專業(yè)競賽為補充、畢業(yè)設計為衡量的“學、創(chuàng)、賽、畢”四位一體的本科人才培養(yǎng)體系。實踐表明，將理論知識、創(chuàng)新實踐、專業(yè)競賽、畢業(yè)設計融合在一起的機械專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式有利于培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神，具有借鑒和參考意義。

在前期的創(chuàng)新實踐訓練活動基礎上，機械類專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式在以下幾個方面需要進一步地探索和完善：

（1）探索學生自主管理運行創(chuàng)新實踐訓練平臺的機制，完善培訓管理和安全保障體系，實現(xiàn)創(chuàng)新實踐訓練平臺在學生自主管理運行機制下的全面開放模式。

（2）深化創(chuàng)新實踐訓練活動的產(chǎn)教融合力度，增強創(chuàng)新實踐訓練活動主題與解決企業(yè)實際問題的結(jié)合度，提高企業(yè)導師在創(chuàng)新實踐訓練活動中指導學生的參與度，從而提高學生解決復雜工程問題的實踐能力和創(chuàng)新能力。