拓宽实践环节提升学生创新能力的途径与探索

李光提，尹克荣,李玉道,束 钰,张广玲

(山东农业大学 机械与电子工程学院,山东 泰安 271018)

创新离不开具有创新能力的人才参与，高校是培养创新型人才的孵化器，培养具有创新能力的人才是高校的首要任务。为此，各高校通过修订人才培养方案，调整教学计划，改革完善实验教学体系，拓宽实践教学空间，增加实践教学环节学时等措施，培养学生的实践技能及创新意识、创新思维。但受教学计划、实践环节学时、实践场所及设备等诸多因素制约，学生的实践技能、分析及解决问题的能力、创新能力得不到应有锻炼。结合工科专业特点，通过鼓励学生参与课外兴趣小组、校内、省级及国家级的各类科技竞赛活动，弥补实践教学环节的不足，在提升学生自主学习能力、综合分析及解决问题能力、实践动手及创新能力，激发学生的创新思维及创新意识，培养探求真知的热情等方面进行了有益的实践与探索[1-2]，收到了显著成效。

1 发挥课外兴趣小组作用提高实践动手能力

课堂教学和实践教学环节的内容受人才培养方案及教学大纲的限制，只能在一定程度上予以拓展，学生的个人主观能动性不能得到发挥，实践动手能力得不到充分保障，理论联系实际解决问题的能力及在实践环节中发现问题、探求真知的意识得不到锻炼。为此，本文依托机械实验教学中心的资源优势，在相关课程实验、实习等教学环节基础上，根据学生实验实习过程中的兴趣、爱好或需要拓展的内容，成立机械及设计类、车辆交通类、数控加工类3个课外兴趣小组。由实验技术人员和任课老师组成指导小组，负责课外兴趣小组的业务指导、答疑，在保证正常实验教学任务的前提下，课外兴趣小组可以在相关老师的指导下，重复已做过的实验实习内容、重新设计实验方案，在不破坏原实验设备的基础上改造或升级实验设备。

如在液压传动课程的溢流阀启闭特性实验中，采用常规用溢流阀加载的实验设计方案，让学生按照实验指导书内容、要求、步骤重复实验过程，并分析出现异常结果的原因，并对学生提出能否采用其他液压阀作为加载阀对系统进行加载呢？如果可以，请设计出液压系统原理图及实验步骤。经过现场老师的启发，学生采用节流阀设计出了实验方案，并在老师指导下，顺利完成了实验，得到了满意的实验效果，学生的个人主观能动性得到拓展，实验动手能力得到了进一步锻炼。在此基础上，老师又提出，能否在现有实验台的基础上，通过加装另一种型式的液压阀实现计算机的测试与控制呢？由此，学生开发出了采用电液比例阀作为加载阀的溢流阀特性计算机测试与控制系统。通过该项实验项目的逐渐推进，学生的实践动手能力、理论联系实际解决问题的能力及在实践环节中发现问题、探求真知的意识及创新能力得到了初步锻炼[3]。

2 通过学院机电产品创新设计大赛激发创新兴趣

课外兴趣小组仅局限于课程实践环节内容范围内，是验证及丰富课堂理论的有效途径。实验实习项目都有规范的指导书，实验目的与要求、实验内容、实验仪器设备、实验方法与步骤及实验报告的内容等都有详细要求，即使设计性、综合性实验也是在实验指导书限定条件下，按照现有的实验条件、实验仪器设备进行部分的改造与更新，学生的发散思维、创新意识仅局限于实验室现有条件下的实验项目，学生的主观能动性不能得到充分释放。

为在教学大纲规定的实验内容的基础上，进一步锻炼提高学生的实践动手能力、培养其探求真知的意识及能力，为学生提供发现创意，发掘创新的畅想平台,由学院团委主办，实验中心、学生会承办，设立了大学生机电产品创新设计大赛，要求设计制作的产品与生活生产应用相结合，与所学专业知识相结合，与未来的发展趋势相靠拢。参赛队伍不受专业、年级限制，自由组合团队参赛。学院团委会同机械与电子中心老师对参赛团队设计方案、研究意义与价值进行初步筛选，确定参赛团队名单。参赛团队在前期资料充分准备或手工制作或在实验室由老师指导完成参赛作品的基础上，由学院团委聘请相关老师组成评审小组对各小组的参赛作品进行答辩、产品功能演示，并对制作工艺、产品创新点给予点评，确定进入最终决赛的作品。对进入决赛的作品，将接受5～7人专家组评审。根据PPT汇报、现场演示、设计思路、设计理念、推广应用前景及是否原创等综合因素，评选出一、二、三等奖。该项活动的开展，突破了局限于实验指导书要求的实验内容、实验步骤与方法，课堂理论知识与具体实践得到有机结合，专业基础及专业知识得到具体运用，学生的个性思维得到尽兴发挥。通过作品的构思、设计、组装、调试等环节，学生的探求意识、实践动手能力、分析与解决问题的能力明显提高，创新思维与创新能力得到锻炼[4]。

3 借助学校大学生研究训练(SRT)计划项目培养创新思维能力

虽说学院大学生机电产品创新设计大赛的成功举办，打破了专业、年级、课程之间的界限，弥补了课堂实验教学的不足，加深了对课堂所学理论知识的理解，综合所学理论知识解决实际问题的能力及实践技能得到了具体锻炼。但由此表现出的专业知识不扎实、综合所学专业知识的能力及实践经验不足、设计的参赛作品受已有的同类产品束缚，创新意识及能力明显不足。

为弥补学生科研与创新训练项目的不足，探索以问题导向的研究性实践模式，倡导以学生为主体的学习主动性、探索性、创造性的教学方法；为学生提供进行科学研究、社会调查与咨询等方面的机会与条件，从而培养学生主动从事科研的欲望、兴趣和严谨的科学态度，提高训练实践能力、独立工作能力及团队合作等方面的能力[5]，学校设立了大学生研究训练(SRT)计划项目。在学院充分发动及相关老师的指导下，组织大二、大三的同学选题自由组队申报，经学院初审，确定拟推荐为校级SRT计划项目。学校教务处组织专家对各学院申报推荐项目进行立项评审，确定立项项目，并对批准立项的项目予以一定的经费资助。

通过计划项目申请书中相关内容的填写，锻炼了学生“以我为主”进行调查研究、查阅文献、分析论证、制定设计或实验方案等方面的能力。项目中期考核，及时总结成功与失败经验，调整设计思路、优化设计方案，在实践中拓宽创新思维能力，为项目的顺利进行树立了自信心。项目的结题及相关材料的整理上报，学生的科研能力、独立工作、自主思考的能力得到了系统锻炼[6-7]。

4 利用国家大学生创新性实验计划项目提高创新能力

学生探求真知的意识及实践能力、创新思维及创新能力的提高，并不是一蹴而就的。为进一步调动学生参与创新性实践活动的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，逐渐掌握思考问题、解决问题的方法、提高其创新实践的能力。学院借助实验教学中心的资源优势、教学科研人员等专家的人才优势，积极鼓励扶持学生申报国家大学生创新性实验计划。学生个人或团体在导师指导下自主选题申报、学院推荐、专家组评审、学校大学生创新性实验计划管理委员会审核，批准立项并报送教育部备案。以项目为载体，在充分调研及查阅文献的基础上，积极探索实验的创新性,自主研究，自主设计实验方案、自主选择设备和材料、自主实施实验、分析处理数据及撰写总结报告等工作。指导教师作为指导者、咨询者和参谋者，不过分参与具体细节，只是在关键环节提出建设性建议[8-9]。如由学院推荐的“太阳能板自动跟踪太阳装置的设计”团队成员由3位大二自动化专业的同学组成。选题源自居民家中的太阳能热水器不能很好吸收太阳热能的现状。从课题的提出、查阅相关资料、方案设计、可行性论证到系统软硬件设计、整机安装调试等具体工作环节，都有学生自主完成。团队成员克服专业基础知识薄弱、实践技能不足等短板，边学边干边问，自主完成了系统总体设计，硬件选择、软件编程，并首先在模拟太阳能板上联机试验，得到设计效果后再移植到太阳能板试验。国家大学生创新性实验计划项目实施，充分调动了参与学生的学习主动性、积极性和创造性，激发了学生的创新思维和创新意识，实践过程中锻炼了综合分析问题、解决问题的方法，创新能力和实践技能得到明显提高，科研实践活动得到实际锻炼[10]。

5 充分利用省、国家级科技竞赛平台提升创新能力

培养大学生的科学兴趣、锻炼综合素质及展现创新能力；推动大学生的课外科技活动向更广和更深的层次发展,是国家教育发展“十三五”规划纲要和国家十三五规划纲要提出的明确要求，更是高校及教育部门面临的首要课题。国家和各级教育部门及学术团体组织的一系列学术科技竞赛活动,对培养学生的自主学习能力、工程实践能力、综合分析及解决问题能力、创新意识与创新能力、探求真知的科研态度等综合素质具有积极的推动作用。通过创新、设计、制作等具体工作实践，为学生张扬个性、发挥潜能、凸显创新能力搭建了舞台，为优秀人才脱颖而出创造了条件[11-12]。根据专业特点。学生参加的主要赛事有山东省大学生机电产品创新设计竞赛、全国大学生机械创新设计大赛、全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛等。

根据赛事组委会发布的竞赛主题与内容，参赛选手在进行市场调研、方案构思、分析论证、可行性分析的基础上，提出初步设计方案，指导教师组织相关老师对初步设计方案进行综合分析论证,确定方案的可行性，提出优化设计方案的建议。参赛选手根据指导老师建议修改设计方案并提交学院参加院级选拔赛。学院组织专家对提交的预赛作品设计方案进一步分析论证，确定推荐参加学校选拔赛的优秀作品，根据设计作品的制作难易程度拨付一定材料费。经过前期反复分析论证、修改，入选作品在相关老师指导下，进行机械零部件结构设计、零件图、组装图绘制，零部件加工，整机安装调试；控制系统电路设计、电器元件选购，安装测试；形成第一代样机产品，并测得试验数据。将样机产品、设计等相关材料提交学校选拔竞赛组委会。由教务处为主，学生工作处、校团委等部门组成的组委会，聘请相关领域专家对提交的作品，通过样机演示、PPT汇报，评出一、二、三等奖，对一等奖作品重点资助并推荐代表学校参加省级竞赛。参加省级竞赛的代表队根据专家建议、样机试验过程中的缺陷与不足，进一步优化方案、改进设计、修订参数，加工制作出第二代样机，并试验得出试验数据。将该数据与第一代样机试验数据比较，为产品的改进提供依据。样机产品或演示视频、作品负责人PPT汇报及相关佐证材料提交省级竞赛组委会。竞赛组委会根据样机产品或演示视频、PPT汇报及相关佐证材料评选奖项，并推荐出参加全国竞赛的作品名单。获得全国竞赛的作品，根据第二代样机的试验效果及一、二代样机试验参数数据，进行局部调整或改装、外观美化，制作完成参加国家级竞赛的第三代样机。

参赛选手从调研、方案设计、方案论证、可行性分析、样机制作到院级选拔赛、校级选拔赛、省级竞赛直至全国竞赛等诸多环节的历练，课堂理论知识得到了具体运用，综合运用专业知识的能力、在工程实践中发现问题、解决问题的能力及实践技能得到明显提升，创新思维、创新意识及创新创业能力、沟通协调能力及团队合作意识及从事科研工作的能力得到进一步锻炼。通过外出比赛与其他参赛队员的交流，开阔了学生视野；通过观察其他参赛作品，从中得到启发，为触发发明创造的灵感提供了契机。

6 结束语

培养创新人才是社会发展的需求，更是当前高等教育责无旁贷的责任。如何让学生在学习基本理论和专业知识的基础上，在实践环节中提高创新意识和创新能力，提高综合素质和创业水平，是需要深入探索的重要课题。课外兴趣小组、校内、省级及国家级的各类科技竞赛提供了一个深化教学改革、培养学生创新实践能力的有效途径，经过多年的探索和实践，学生的自主学习能力、实践动手能力、综合分析问题及解决问题的能力、探求真知的创新能力得到进一步提升。为实践教学环节改革，丰富实践环节内容提供了成功范例。