基于本科生导师制的机械人才创新能力培养的探索与实践

□彭 斌 张永贵 谢小正

实践和创新能力是应用型本科院校机械类专业学生能力培养的重要环节，“实践和创新是机械专业的根本”已成为当今国际以及国内高等工程教育界的普遍共知和共识。高等工程教育界关于如何培养学生的工程实践能力进行了研究和探讨，如提出“回归实践、回归问题、回归主体”的理念实施探究式教学；将职业资格证书引入应用型本科教育等，取得了较好的效果；目前“大众创业、万众创新”已成为国家发展战略，做好大学生创新创业工作就成为进一步深化高等教育综合改革、提升创新创业人才培养质量的重要突破口。当前世界范围内新一轮科技革命和产业变革加速进行，我国经济发展进入新常态、高等教育步入新阶段。新经济、新技术、新产业的发展要依靠工程教育提供人才支撑，人才是应对未来新技术和新产业国际竞争挑战的核心力量。而新工科建设本质上就是要为中国工业培养创新人才，使得中国工业具有世界最强的竞争力。面对第四次工业革命的到来以及新工科对工程教育培养学生的工程实践能力、创新创业精神、团队协作、职业素养、终身学习和社会适应能力等综合素质提出的新要求，围绕新形势下产学研合作教育新内涵、新内容、新形式和新方法，兰州理工大学机械类专业如何依托行业背景，探索与实践适宜西部地方高校机械专业的办学理念与产教融合、校企协同育人模式，打造出专业优势与特色，为高校工科专业的人才培养提供借鉴的实践经验，培养行业急需的卓越工程技术人才，充分发挥地方高校对区域经济发展和产业转型升级的支撑作用，具有深远的理论意义与实际应用价值[1～6]。

二、基于本科生导师制的机械人才创新能力培养的实施与探索

(一)构建“五位一体”的学生创新创业教育体系。近年来，兰州理工大学科创基地的建设顺应新工科发展的新形势，主动作为，构建依托3D科创中心、机器人科创中心、机械创新设计科创中心、3J科创中心和学院实验中心的创新创业综合训练基地，学院基于科创基地构建了“五位一体”的学生创新创业教育体系，以专业教育为基础，推进创新教育与专业课堂的专创融合协同培养；以素质教育为抓手，强化学生全面素质培养，通过实施本科生导师制来大力推进创意、创新、创业“三创”教育；以实践教育为依托，通过与企业共建实践基地，深入开展校企合作；以国际教育为拓展，充分挖掘国际生的专长和特点，同时加大国内学生国际交流的力度，不断开拓学生思路和视野，营造开放、自主的创新创业成长氛围；以文化教育为熏陶，构建学院创新创业文化，有重点、分层次举办创新创业讲座论坛，全方位、多方面开展主题活动，发掘树立创新创业先进典型。大力完善学生创新创业教育保障体系，依托学校和学院的大学生创新创业实践基地，为有想法没办法的创新创业团队提供场地、设备和资金的保障，为各类学科竞赛的组织选拔、学生的培训提供强有力支持，提高学生创新创业技能，锤炼学生创新创业品质；依托学院的科创团队，通过开设创新实验班，在导师指导下开展“产教研用协同”理念下的创新创业活动，培养拔尖的创新人才；依托国家、省、校和院级创新创业训练项目的过程管理，为学生参加科创竞赛、申请专利、发表高水平的论文、参与高水平的国际学术会议、提炼创新成果提供保障与支持。不断完善和发展创新创业教育体系，已经成为推动学生创新创业教育，助推学院培养一流人才的重要引擎。

(二)形成五个教学层次和一条竞赛主线。本科生导师制实行一导到底，从大一到大四，全面规划学生的4年科创和实践训练，将毕业设计的题目进行递进式分解，通过课赛结合的方式来训练学生的各类技能，不同阶段实现不同层次的能力培养，做到年年有竞赛，赛赛有收获，真正实现科创和实践训练4年不断线，100%的学生参加创新创业训练、50%学生主持一项创新创业赛事活动，推动产学研用紧密结合和科技成果转化应用。学生通过5+1(五个教学层次和一条竞赛主线)来进行工程实践能力和创新能力的培养，五个教学层次：工程基础认知层次、机械基础综合实践层次、专业综合技术层次、创新实践训练层次和科学研究层次；通过不断线的一条竞赛主线来贯穿和牵引4年的大学生活。

1.机械工程基础认知层次。针对不同专业、不同类别学生，开设不同的训练模块。在现有金工训练模式的基础上，依据培养目标及侧重点，设置不同模块的机械加工基础训练和与先进制造技术相关的认知实习，主要包含对普通机床和数控机床结构原理的认识、熟练使用和操作各类机床；通过观看视频、教师讲解以及各种实物的参观和操作，初步了解先进设计、制造技术的内涵及发展状况。

2.机械基础综合实践层次。在完成机械工程基础系列实验的基础上，加大学生综合设计能力的培养。针对一般的实际工程问题，使学生由数学建模、计算机辅助设计与优化设计到机电控制系统设计与调试，依次完成三个阶段的综合实践，通过数学建模、方案论证、工程设计和优化、机构创新、机电综合和实验调试等环节，着重提高学生综合应用知识来解决实际问题的能力。

3.专业综合技术层次。加强学生机械设计、制造、机电控制技术、数控技术等专业应用能力的培养。对机械类专业本科生开设2周从设计到制造的CAD/CAM的综合训练；开展2周的数控机床与加工中心的拆装、控制与数控技术的综合训练；3周的专业课程设计主要要求学生综合运用所学知识对设计方案进行分析、评比和优化从而设计出简单且经济合理的零部件；2周的专业方向训练主要侧重于学生的有限元分析和优化设计能力培养。整个专业综合技术层次是集信息与制造于一体；集知识与技能于一体；集设计与工艺于一体。

4.创新实践训练层次。强化学生综合创新能力的培养。对机械专业本科三、四年级的学生开展机电一体化柔性生产综合训练、机器人综合训练与创新、机电一体化嵌入式运动控制创新实验等。并为参加科技创新竞赛的学生提供理论实践相结合的培训课程，并将创新实践贯穿于学生整个四年的本科教育教学全过程，根据不同专业、不同学生类型、在不同的学习阶段的创新需求，因材施教。

5.科学研究层次。开展虚拟现实技术、反求工程、机器人视觉与远程控制等相关实验课程；并借助于中心的资源条件和教师科研项目，对本科生以及红柳基地班、红柳卓越班等进行毕业设计(论文)和研究生课题研究，吸纳一批对研究感兴趣的同学参与到各种层次科研开发项目中。

6.科创竞赛。不断线的一条竞赛主线主要是通过创新实验班、课赛结合以及兴趣导向等手段和方法来实现，大一熟练掌握三维造型软件，学习各类优秀机械视频、资料；大二进行从创新设计到综合性机械产品研发的训练，参加各类全国机械类大赛；大三进行小型综合类训练，参加各类综合性大赛；大四进行总结和整合训练，参与卓越工程师毕业设计大赛，选择好今后的路。近几年，学院学生在“互联网+”全国大学生科创竞赛、全国大学生机械创新设计大赛、全国3D大赛和卓越工程师教育联盟“恒星杯”毕业设计大赛中屡屡获奖，展示了学院创新人才培养的新成就[7～10]。

二、取得的成效

目前机电工程学院已完成了新一轮人才培养计划和实验中心的总体建设规划，针对现有和规划的实验设备进行了新实验项目的修订，对于人才的培养提出了重在强调“学生自己设计实验方案、自己动手进行实验、自我思考进行实验结果分析”的过程，重点在于通过实验，加强学生能力的培养，可以考虑实验时间因素，容许学生的实验失败(没有做出预想的结果)，但必须如实完整地撰写实验报告，对失败的内容进行详尽分析，并针对性地提出改进措施。以培养学生针对工程实际问题，独立或协作进行实验方案设计的能力、自己动手进行实验搭接的操作能力以及独立进行实验结果分析的思考能力。目前的实验平台、实习基地、实验中心、科创基地的总体建设规划和专业认证的持续改进工作为学生创新和实践能力的提升提供了良好的硬件支持和理论导向。