試析機械工程專業(yè)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)
——以金陵科技學院數(shù)字化設計與制造創(chuàng)客班為例

趙海霞，王珺，郭語，李曉暉

（金陵科技學院機電工程學院，江蘇南京 211169）

21世紀以來，社會經(jīng)濟快速發(fā)展，全球科技日新月異，智能制造發(fā)展迅猛，信息技術(shù)已廣泛深入到各行各業(yè)，信息技術(shù)正孕育著新一輪的工業(yè)革命。美國制定了“先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃”，德國也適時推出了“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，而我國也對此提出了宏偉目標：到2025年，我國要增強創(chuàng)新能力，提高勞動生產(chǎn)率，使制造業(yè)的智能化、服務化、綠色化水平達到國際先進程度，中國制造要從制造大國邁入制造強國行列。為此，教育部高等教育司印發(fā)的《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》明確指出：以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，對工程科技人才提出了更高要求，迫切需要加快工程教育改革創(chuàng)新[1]。在此目標和要求下，各高校也紛紛提出了改革舉措。機械工程專業(yè)構(gòu)建一套適合創(chuàng)新能力訓練的人才培養(yǎng)體系勢在必行。

一、機械工程專業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀

目前，我國大部分高校仍然保持著工業(yè)時代的教育理念和專業(yè)特色，缺乏創(chuàng)新，很難適應市場經(jīng)濟的發(fā)展需求，具體表現(xiàn)為[2-5]：

（一）課程設置落伍，不滿足時代要求

各高校的課程設置依據(jù)為教育部下發(fā)的專業(yè)目錄，這具有很大的局限性，無法滿足時代發(fā)展給機械工程專業(yè)提出的新要求；專業(yè)課程往往自成體系，專業(yè)課程間互相割裂，難以做到相互協(xié)同，不利于學生綜合能力的培養(yǎng)；課程體系缺乏創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力培養(yǎng)和素質(zhì)教育的內(nèi)容，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

（二）教學形式單一，實踐環(huán)節(jié)薄弱

目前，國內(nèi)高校的教學形式主要是以課堂集中授課和集中實踐兩部分組成。其實，這種單一的教師講、學生聽的教學形式很難取得良好的效果。一方面，中小學時代十多年的灌輸型教學形式已使學生失去了新鮮感，進而學生會產(chǎn)生厭倦感，失去學習積極性和主動性。另一方面，集中式教學很難讓學生有思考的時間。

（三）學科交流不夠，缺少跨專業(yè)培養(yǎng)

專業(yè)教學除最后的畢業(yè)設計外缺乏綜合性環(huán)節(jié)，沒有全局觀。由于各學科集中所有資源發(fā)展本專業(yè)，因而各學科之間缺乏交流與融合，這使各學科在無形之中產(chǎn)生了隔閡，給復合型人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)造成了巨大的障礙。

（四）校企合作流于形式，未能落到實處

目前，校企合作還處在初級階段，往往是高校和企業(yè)簽訂一份協(xié)議，企業(yè)為高校提供一個校外實習基地。企業(yè)并未真正參與到高校的教學和人才培養(yǎng)中。同時，高校也沒有根據(jù)企業(yè)的發(fā)展需求而改變課程設置和教學內(nèi)容，導致人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展協(xié)同性不夠、畢業(yè)生與市場需求匹配度偏低的問題并未得到真正解決。

（五）考核形式單一，難以調(diào)動學生的積極性

國內(nèi)高校的考核基本上以期中、期末考試或考查的方式進行，考核內(nèi)容往往是教師集中授課時講的知識點和范圍，學生只要按教師講的內(nèi)容進行復習就能取得好成績。這種考核方式很難調(diào)動學生學習的積極性和自覺性，也不利于學生動手能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二、通過創(chuàng)客班培養(yǎng)機械工程專業(yè)學生創(chuàng)新能力的實踐舉措

為了更好地培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的工程應用型人才，我校機械工程專業(yè)于2016年開始在每屆大一新生中開辦數(shù)字化設計與制造創(chuàng)客班（以下簡稱創(chuàng)客班），創(chuàng)客班至今已延續(xù)4屆。

（一）項目化教學，變被動接受知識為主動創(chuàng)新

創(chuàng)新的根源在很大程度上來源于興趣。以往的教學主要是以課堂授課的形式來進行的，當學生掌握了專業(yè)課程中的基本概念、基本理論后，教師再進行實踐教學往往會使學生處于被動學習的狀態(tài)。創(chuàng)客班以提高學生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力為主要目的。創(chuàng)客班的基本組織形式是不同的項目組，學生根據(jù)自己的興趣、愛好，本著自愿組合的原則自行組成項目組，每組有4-5人。每個項目組安排合適的教師對學生進行指導，師生一起在教學中實踐，在實踐中教學。在創(chuàng)客班中，教師由以往教學的領(lǐng)導者變成創(chuàng)新活動的引導者和學習的輔導者，學生成為學習與創(chuàng)新的主體。創(chuàng)客班的各項目組既可以按學生興趣自擬研究課題，也可以對教師給的科研課題進行拓展創(chuàng)新。教師可以通過鼓勵學生參加各級學科競賽、自主創(chuàng)業(yè)，提高學生學習的積極性，這能極好地培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新能力。

（二）課內(nèi)課外協(xié)調(diào)統(tǒng)一，變學知識為學方法

機械工程是以相關(guān)的自然科學和技術(shù)科學作為理論基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實踐過程中的經(jīng)驗技術(shù)，研究和解決在設計開發(fā)、生產(chǎn)制造、安裝和修理各種機械中的全部理論和實際問題的應用學科[6]。創(chuàng)客班可以作為低年級學生理論學習之余的課外興趣班，教師可以根據(jù)學生的學習內(nèi)容提出學生專業(yè)知識拓展的方向與研究計劃，項目研究側(cè)重于數(shù)學模型和力學模型的建立與分析。創(chuàng)客班在高年級階段則是課程設計、動手實踐和畢業(yè)設計的自然團隊，項目研究側(cè)重于工程樣機的制作、光機液電氣方案的綜合等內(nèi)容。教師可以靈活地增加3D打印、人工智能、智能機械和現(xiàn)代工藝等相關(guān)方面的知識，突破原有的以機械為主的傳統(tǒng)教學內(nèi)容，融入智能控制等新知識、新技術(shù)，實現(xiàn)項目研究進展與學生課內(nèi)學習內(nèi)容的同步。教師的指導要以專業(yè)資料的檢索、信息的歸納與分析、工程項目的協(xié)同管理等內(nèi)容為主。教師對學生的啟發(fā)可以幫助學生掌握科學研究與工程開發(fā)的基本方法，提高學生的創(chuàng)新意識和綜合素質(zhì)。

（三）加強學科融合，培養(yǎng)復合型創(chuàng)新人才

機械工程學科與其他學科的交叉融合可以為創(chuàng)新提供更為廣闊的天地。創(chuàng)客班以研究項目為教學載體，好的立項尤為重要。我們聘請校內(nèi)外專家組成項目開題答辯小組，每屆創(chuàng)客班均要認真審核申報的項目課題，加大對多學科交叉項目的立項支持。如，立項的“適用于FDM型3D打印機的自動換絲噴頭”“玻璃幕墻清洗機器人”等項目都是涉及機械、控制、材料、工業(yè)設計等多學科的交叉復合型課題。項目組的學生團隊以機械專業(yè)的學生為主體，電氣、材料等專業(yè)的學生柔性參與。指導教師團隊也是多學科的教師分階段介入指導，保證學生可以在項目的整個研發(fā)周期內(nèi)在多學科平臺開展工作。

（四）以賽代學，打造創(chuàng)新平臺，營造競爭氛圍

機械工程專業(yè)要求學生要具備較強的實踐能力和工程應用能力，要求學生要具備創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，因此，為學生打造切實可行的創(chuàng)新平臺尤為重要[7]。各類國家級、省市級學生科創(chuàng)活動及競賽就是一個很好的平臺。學生參加學科競賽既可以檢驗創(chuàng)客項目的質(zhì)量，又能磨煉學生的意志品質(zhì)。我?！皵?shù)字化設計與制造創(chuàng)客班”依據(jù)項目化教學的優(yōu)勢，不僅積極鼓勵學生參加“大創(chuàng)”“大挑”“互聯(lián)網(wǎng)+”等各類競賽，而且還結(jié)合自身專業(yè)特色先后組織多次機械創(chuàng)新設計大賽、工程訓練綜合能力競賽，并推舉優(yōu)勝者參加省市級、國家級大賽。這種層層選拔的方式營造了競爭氛圍，能激勵學生不斷進行自主創(chuàng)新。競賽在提高學生的專業(yè)知識水平和實踐動手能力的同時，也能提高學生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

（五）完善校企合作模式，促進產(chǎn)教融合

黨的十九大報告明確提出要“深化產(chǎn)教融合、校企合作”。然而，由于學校和企業(yè)之間存在文化差異，學校和企業(yè)對“產(chǎn)教融合、校企合作”的理解和認識也會不同，這使校企合作還有很大的發(fā)展空間。創(chuàng)客班獨特的教學組織形式更有利于探索一種新的校企合作模式，企業(yè)的優(yōu)質(zhì)資源能在學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上發(fā)揮最大的效果，學生的創(chuàng)新活動也具有了一定的產(chǎn)業(yè)背景，從而實現(xiàn)有效創(chuàng)新，避免為了創(chuàng)新而“創(chuàng)新”?！皵?shù)字化設計與制造創(chuàng)客班”采取了以下舉措：其一，建立“雙師團隊”。聘請企業(yè)導師參與項目指導工作，企業(yè)導師全程參與到創(chuàng)客項目的立項、管理、設計開發(fā)、樣機制作、實驗測試、成果轉(zhuǎn)化等過程中。企業(yè)導師的指導能使學生加強理論學習與實踐能力的融合，培養(yǎng)學生的工匠精神。企業(yè)導師的指導在提升學生專業(yè)技能的同時，也能賦予創(chuàng)客項目產(chǎn)業(yè)化背景。其二，設立以企業(yè)命名的創(chuàng)客班獎學金。具有創(chuàng)新意識的學生是企業(yè)急需的人才，創(chuàng)客班與企業(yè)的深度產(chǎn)教融合能培養(yǎng)符合企業(yè)需求的人才，也能使學生更了解企業(yè)文化，實現(xiàn)學生與企業(yè)的“雙贏”。許多創(chuàng)客項目來源于企業(yè)的實際需求，學生能在企業(yè)開展創(chuàng)客項目，為企業(yè)的發(fā)展作出貢獻。華偉納精密工具有限公司、南京耘瞳科技有限公司等企業(yè)設立了學科競賽獎學金，表彰表現(xiàn)優(yōu)異的優(yōu)秀學生，這進一步激發(fā)了學生的創(chuàng)新熱情。

（六）增加創(chuàng)新性測評，靈活地調(diào)整考核機制

創(chuàng)客班需對考核機制進行相應的修訂和完善。創(chuàng)客班要結(jié)合培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求增加創(chuàng)新測評等環(huán)節(jié)，制定學生學分及成績認定與測評相結(jié)合的考核新機制。創(chuàng)客項目全周期的總學分設置為8個學分，可折抵課內(nèi)選修課學分，項目立項、方案設計、樣機制作、技術(shù)報告四個階段各占2個學分，各個階段按項目進度由指導團隊靈活考評。創(chuàng)客班可以增加創(chuàng)新性實踐活動、創(chuàng)新性課題研究等測評活動。機械創(chuàng)新設計大賽等學科競賽和校企合作的實習安排與考核、申請發(fā)明專利和論文發(fā)表等都可以按相應比例換算成獎勵性學分，可折抵綜合素質(zhì)課外學分。靈活完善的考核機制能避免機械工程專業(yè)課內(nèi)教學與課外教學的沖突，解決了創(chuàng)客班學生的后顧之憂。

三、機械工程專業(yè)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的成效

在教學形式、考核機制不斷創(chuàng)新的背景下，創(chuàng)客班對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)取得了顯著成效：

1.創(chuàng)客班的全程項目化教學極大地激發(fā)了學生的創(chuàng)新激情與學習積極性，拓寬了學生的知識面，使學生的能力培養(yǎng)更符合企業(yè)發(fā)展的需要。各級機械創(chuàng)新設計大賽的舉辦和校企合作的不斷深化是學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效方式。校企合作培養(yǎng)了學生勤于思考、善于動手的能力，有益于提升學生解決問題的能力；學生在實踐過程中不斷解決問題能培養(yǎng)學生的科學研究能力和創(chuàng)新思維能力；創(chuàng)客班能很好地培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作意識，能使學生適應新時代發(fā)展的需要[7]。

2.創(chuàng)客班的成立實現(xiàn)了課堂理論教學與課外實踐活動的交叉協(xié)同進行。學生能在創(chuàng)客項目實踐中不斷發(fā)現(xiàn)自己存在的不足。學生通過創(chuàng)客項目能提出有針對性的問題，幫助教師了解學生的學習需求，增強師生互動。與此同時，創(chuàng)客班能給學生提供很好的實踐機會，提高學生的動手能力和創(chuàng)新能力，增強學生的團隊協(xié)作意識和責任意識。

3.2017級“數(shù)字化設計與制造創(chuàng)客班”已完成了1個周期的培養(yǎng)，參加全國機械創(chuàng)新設計大賽等國家級學科競賽并獲獎的有12人，參加省級學科競賽獲獎的有15人；2017級“數(shù)字化設計與制造創(chuàng)客班”獲江蘇省“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目”立項8項，申請發(fā)明專利12項，實用新型專利18項，軟件著作權(quán)1項；學生發(fā)表學術(shù)論文7篇。創(chuàng)客班的實踐取得了良好的培養(yǎng)效果。

四、結(jié)束語

發(fā)展是永恒的話題。機械工程專業(yè)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)還處在不斷探索之中。為了更好地適應快速發(fā)展的社會科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，滿足各企業(yè)的聘用需求，機械工程專業(yè)還需對課內(nèi)外、校內(nèi)外、產(chǎn)學研相融合的培養(yǎng)模式不斷進行完善，培養(yǎng)出更多具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。