信息技术视野下机械类专业大学生工程创新能力提升及实践

周果君+周勇+李荣华+李小松+陈华

摘 要：湖南理工学院机械工程学院始终注重本专业学生工程实践能力和创新精神的培养。利用实验、实习、实训、课程设计、毕业设计等实践教学环节，通过开放实验室，结合“大学生研究性学习和创新性实验计划项目”、“机械创新节”、“工程训练综合能力竞赛”、“机械创新设计竞赛”、“数控仿真加工竞赛”和“数字化设计及仿真”等活动，构建了旨在培养学生工程实践能力和创新精神的实践训练体系，使学生掌握扎实的基础知识和较强的工程应用能力，并具备深厚的自我发展潜力和“能说、会做、敢闯”的素质。

关键词：创新训练；实践体系；信息化

基金项目：湖南省教育科学“十二五”规划2011年项目（湘教科规领[2011]003号）湖南省机电工程及控制大学生创新训练中心、湖南省机械类校企合作人才培养基地、湖南省机电工程虚拟仿真实验教学中心建设项目。

中图分类号：G434 文献标识码：A

实践教学是加深理论认识、巩固理论知识和夯实理论基础的有效手段，是拓展知识视野、培养创新意识的必要环节，是理论联系实际、培养学生掌握科技技术和提高工程实践能力的重要平台。系统的实践教学和专业的应用能力培训，能有效帮助大学生挖掘潜在的兴趣，引导和激发他们的求知欲、培养他们的探索精神和探索能力，让他们在理论学习和工程实践中成长为社会需要的人才[1]。湖南理工学院机械电子工程（集成化传动控制、机电运动控制方向）、材料成型及控制工程（模具、焊接方向）和机械设计制造及其自动化（机械设计、机械制造方向）等专业一直注重培养本科生的工程实践能力、创新意识和创新精神，提出了“基础实践—综合提高—课外拓展—工程创新”分步骤、分层次的大学生创新训练体系。依托湖南省机电工程及控制大学生创新训练中心，通过在时间、空间等方面全方位开放实验室、提供与课程内容衔接紧密的自主实践活动等方式，探索和构建基于信息技术的开放性实践育人模式，实现教-学-研—用互动共赢，切实为地方经济发展培养机械类高素质应用型人才。

本文以信息技术环境和活动理论为基础，分析了它们的开放特性和分布特性。通过揭示信息技术环境下的实践活动实质，研究地方理工院校如何针对培养具有创新精神工程技术人才构建实践训练体系。

1 信息技术视域下的实践活动分析

數字化是信息技术环境最突出的特征。因此可以说基于信息技术的实践活动是一种数字化的学习实践。“数字化实践”是一种新型的、以先进的信息技术为重要支撑的学习形态[2]。要想开展以数字化技术为支撑的实践活动，人们必须创建多种多样的信息化平台。活动理论不仅为我们提供了分析传统实践活动中所存在问题的理论基础，还为我们提供了信息技术背景下学习创新、工程创新和教学改革的思路。

1.1 活动的交互性

新学习观认为：学习是信息技术支撑下主客体社会性的交互活动[2]。这观点包括两个方面的含义：首先，活动理论认为学习是学习者主体的一种主动的自觉的活动；其次，这种活动可以以当前先进的信息技术作为支撑。有学者把活动当作一个维度，把技术当作另外一个维度，从而建立了一个二维坐标，并以此把学习活动分为四种类别：低技术含量且学生消极被动的学习活动，传统的填鸭式教学方式就是如此；中等技术含量，但学习者却比较主动自觉的学习活动，传统课堂环境下的发现式教学学习方式便是这种活动的代表；高技术含量但学习者消极被动的学习活动，一些技术神化思潮下的教育信息化所带来的书本搬家、黑板搬家、课堂搬家就属于这一类；技术含量高且学习者积极主动的学习活动，这种信息技术背景下的学习活动集成了前述几种学习活动的优点，摒弃了它们的不足[3]。

活动理论认为人类的所有经验都或多或少的受到其所用工具和符号系统的制约[4]。信息技术背景下的活动理论认为学习是一种以目标为导向的积极主动活动，这种活动非常重视学习者之间的分工和合作，并且强调以工具、技术来加强和促进学习对象和学习者之间的主体、客体交互以及社会交互。对于信息技术背景下的学习实践来说，理清以下内容非常重要：学习者应如何借助信息技术手段与学习内容进行有效的交互；学习者主体之间如何开展有效的社会性交互；学习者主体之间如何创建和谐的共同体及共同体的社会性发展。

1.2 活动的类型

活动理论认为：信息技术环境下的学习活动是以学生为中心的活动，必须充分发挥学习者的主观能动性或者说主体性。信息技术背景下的学习活动具有开放性、分布式特点，这些特征不仅克服了传统教学所固有的制度方面约束，还消除了教师在这种带有集权式特征教学形式的权威，使学习者主体所享有的权利实至名归。以活动理论作为指导，以信息技术为支持的学习环境于是便能突破传统思维的框架，从而形成以学习者积极主动活动为重要核心的新型实践教学范式。

以活动理论作为框架，我们可以将信息技术背景下学习者主体的活动分为三种类型：① 以外在的客体为对象的主体活动。这种活动主要是学习科学知识，了解生产的活动。这是学习者主体与作为客体的学习内容之间的交互；② 以外在的其他主体、团队共同体和社会作为对象而开展的主体性活动。这是学习者主体之间的一种社会性交互；③ 以内在的客体自我为对象开展的主体活动。相对于前两种活动，这是一种层次更为深刻的活动，说明学习者主体已经经历了一个否定之否定的发展、提升过程。经过这一自我意识和自我超越的过程，学习者便能获得最深层次的情感体验[2]。

1.3 活动的动机激发与知识内化

信息技术背景下的以外在的客体为对象的主体活动类型要求学习者必须有明确的目标，以此为导向从而实现作为客体的知识在学习者主体上实现内化[5]。信息技术背景下的学习活动明确要求学习者主体必须以具体明确的目标为导向。这意味着在面对具体学习内容时，学习者主体时时刻刻应保持强大而纯正的学习动机以及浓厚高涨的学习兴趣。信息技术背景下学习者主体学习动机的激发，虽然包含了传统教学环境下学习者主体动机的激发过程和保持持续性，但更为重要的是要怎样让众多学习者主体所组成的目标共同体始终保持高昂浓厚的学习动机。只有这样，才能够让学习者主体在社会性实践活动中敢于面对不同挑战，并一直保持和充满好奇心；也才能让学习者主体所组成的目标共同体中的个体在这些实践活动中既能维持良性的竞争态势，又能促进个体相互之间的亲密无间的协同合作。

对于信息技术背景下学习活动的其它两种类型，他们不单单涉及到知识内化，还要涉及到有关社会性交往的其它问题。活动理论指出个体心理机能的发展过程，主体和与之起中介作用的人造制品和社会情境的互动作用有着非常重要的影响。同时很多学者也一致认为人类所有经验在不同程度上都受到我们所使用的工具和相应符号系统的制约[3]。以信息技术作为技术支撑的信息化学习环境附有多种数量庞大的技术工具，从而帮助学习者主体来完成知识内化。这些技术工具（如认知工具）可以帮助学习者搭建知识体系，并获得可以迁移的、相对更有意义的知识。学习者主体还可以充分利用这些工具来分析当前社会和现实世界，并建构出新的知识或体系，从而展示学习成果和水平；甚至可以进行批判性反思，并进一步实现个体自身知识的内化。同时，信息技术支撑的学习环境还配有大量的供协同学习的即时通信工具和移动终端，这些工具和装置既是学习者个体或所组成的共同体赖以存在以及今后发展的基础，也是学习者主体之间开展协同合作以及进行社会性交往的载体。学习者可以在实践活动中利用这些工具相互之间进行交流探讨，并以此来传递显性和隐形的学习内容和经验，从而达到促进自身知识转化和社会性交往顺利开展的目的[6]。

2. 信息技术视域下大学生创新训练体系构建

信息技术环境下基于工程教育的大学生创新训练体系的建立将会有效地促进学生工程素质的提高[7]并激发学生的创新精神。依据按照活动理论框架，工程实践教学强调学生能力培养，体现在在工程实践教学中就是要打破陈规，在学生掌握基本实验技术的基础上，更加注重学生在动手实践的同时多动脑思考。通过采用现代信息化的教学手段，增强实践训练的趣味性，使学生认识到具备工程实践能力对于今后自身发展的重要性。同时使学生形成自我创新的意识。

2.1 创新工程训练过程分析

大学生创新训练过程应注重学生基础理论的积累、沉淀和创新思维的培养。通过改革训练内容和训练方法，利用信息化技术手段，将实践训练化繁为简、化难为易，使学生在训练中加深对基础理论的理解，同时提高实际动手能力，促使学生逐步形成主动思考的意识。工程训练过程应注重实践教学内容和质量评价的建设。涉及到训练大纲和训练内容的完善，训练资源的设计和制作，甚至包含学生从自主设计到动手制作出作品的过程。

人才培养是高校的重要功能之一，而社会对高校人才培养质量的评价是最为客观的。其中学生就业能力便是重要指标之一。因此，刨新型工程训练过程还应着重关注学生在就业能力方面提升的实效。就业能力的强弱，不但反映出社会对学生认可的程度，还反映出学生在自身综合素质的高低。为达到这一目的，湖南理工學院机械工程学院在本科四年的创新实践训练中，围绕“基础实践—综合提高—课外拓展—工程创新”的层次开展教学实践，通过信息技术手段让学生在虚拟和真实的工程氛围中去体验，通过体验提高自身的工程素质，激发自身的创新意识。

由此可见，信息技术环境下的创新训练过程应体现出四方面的特点：① 数字化课程训练资源应有连续性，在本科四年的培养过程中，学生均有条件和机会参与训练；② 训练内容应结合技术发展不断更新，在保留必要的传统训练内容前提下，应突出以计算机应用为基础的虚实结合的新技术、新工艺训练；③ 创新训练学方式应灵活多样，以激发学生参与的兴趣和积极性；④ 评价体系应多元，既包含实践理论知识的评价，更应包含工程实践能力的评价。

2.2 基于工程的创新训练体系构建

工程创新训练也就是通过运用工程实践的手段和方式，将主体所掌握的专业知识和专业技能充分的消化吸收，最后被掌握者转化为社会经济发展和个体发展所需要的能力[8]。对于大学生特别是工科专业大学生而言，实施工程创新训练的主要目的就是牢牢巩固和适当拓展专业理论知识，使工程实践能力得以锻炼和提高，同时使创新意识、创新精神得到激发和培养，从而提高自身综合素质和工程创新能力。地方本科高校实施旨在培养学生工程创新能力的工程训练体系的改革，是实现学校人才培养目标的重要前提和培养工程创新型人才的必要手段。在当前技术环境下，也就是必须和信息技术深度融合。湖南理工学院机械工程学院经过多年的探索，构建了基于信息技术环境的创新训练体系，如图1所示。

创新训练体系的实施显著增强了学生的创新实践能力，所培养学生实践能力得到社会的高度认可。近五年来，学生发表在学术刊物和学术会议论文集30多篇，获批专利5项，学生主持国家级大学生研究性学习和创新性实验计划项目5项，主持省级大学生研究性学习和创新性实验计划项目27项，主持校级大学生研究性学习和创新性实验计划项目100多项，获得市级以上各类奖项多项，包括获国家级竞赛获奖12项。近五届机械类专业学生就业率一直保持在96%以上，其中，前往北京、上海、广州、深圳等一线城市就业约55%，并逐年成上升趋势；所培养学生因实践能力较强，大大提升了考研竞争力，以机械设计制造及其自动化专业为例，考研录取率从2011届的14.3%，提高到2013届的24.7%，录取学校包括浙江大学、中南大学、湖南大学、南京航空航天大学等985、211高校。

3. 结论

地方高校多以培养高级应用型人才为目标。基于信息技术的工程创新训练的教学实践改革应以培养学生现代工程意识和工程能力为要旨，将知识传授、能力培养、素质提高结合起来，依托虚拟仿真实验教学中心、大学生创新训练中心等实践教学平台，达到学生自我管理、自发实践、自主提升。经过几年的努力，湖南理工学院机械工程学院在创新训练方面形成了以真实体验为主体，虚拟仿真为重要补充的创新训练体系，有效地提高了学生的工程应用能力和创新精神。

参考文献

[1] 别荣海，俞海洋.地方“211工程”高校建构新型实践教学体系的研究与实践[J].实验技术与管理，2013（3）： 1-3.

[2] 严莉. 信息技术环境下的学习活动研究[D]. 华中师范大学博士学位论文，2011.

[3] 郑太年. 从活动理论看学校学习[J]. 开放教育研究， 2005， 2： 64-68.

[4] 柴少明， 赵建华， 李克东. 基于活动理论的CSCL意义建构研究[J]. 电化教育研究， 2009（7）： 96-10.

[5] Seth Chaiklin， Jean Lave. Understanding practice： perspectives on activity and context[M]. Cambridge， MA： Cambridge University Press， 1996.

[6] 严莉. 信息技术环境下的学习活动研究[D]. 华中师范大学博士学位论文，2011.

[7] 林健.面向卓越工程师培养的课程体系和教学内容改革[J].高等工程教育研究， 2011（5）： 1-9.

[8] 马鹏举，王亮，胡殿明，等. 综合创新训练课程体系构建与实践[J]. 实验技术与管理，2009（6）： 18-22.

作者简介：周果君（1975.9-），男，汉族，副教授，博士后，主要从事材料与结构和机械类专业实践教学方面的研究。