试析机械工程专业创新能力的培养<br/>——以金陵科技学院数字化设计与制造创客班为例

试析机械工程专业创新能力的培养
——以金陵科技学院数字化设计与制造创客班为例

2023-04-05赵海霞王珺郭语李晓晖

科学咨询 2023年3期

赵海霞，王珺，郭语，李晓晖

（金陵科技学院机电工程学院，江苏南京 211169）

21世纪以来，社会经济快速发展，全球科技日新月异，智能制造发展迅猛，信息技术已广泛深入到各行各业，信息技术正孕育着新一轮的工业革命。美国制定了“先进制造业国家战略计划”，德国也适时推出了“工业4.0”战略，而我国也对此提出了宏伟目标：到2025年，我国要增强创新能力，提高劳动生产率，使制造业的智能化、服务化、绿色化水平达到国际先进程度，中国制造要从制造大国迈入制造强国行列。为此，教育部高等教育司印发的《关于开展新工科研究与实践的通知》明确指出：以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展，对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创新[1]。在此目标和要求下，各高校也纷纷提出了改革举措。机械工程专业构建一套适合创新能力训练的人才培养体系势在必行。

一、机械工程专业人才培养的现状

目前，我国大部分高校仍然保持着工业时代的教育理念和专业特色，缺乏创新，很难适应市场经济的发展需求，具体表现为[2-5]：

（一）课程设置落伍，不满足时代要求

各高校的课程设置依据为教育部下发的专业目录，这具有很大的局限性，无法满足时代发展给机械工程专业提出的新要求；专业课程往往自成体系，专业课程间互相割裂，难以做到相互协同，不利于学生综合能力的培养；课程体系缺乏创新意识、创新能力培养和素质教育的内容，不利于培养学生的创新能力。

（二）教学形式单一，实践环节薄弱

目前，国内高校的教学形式主要是以课堂集中授课和集中实践两部分组成。其实，这种单一的教师讲、学生听的教学形式很难取得良好的效果。一方面，中小学时代十多年的灌输型教学形式已使学生失去了新鲜感，进而学生会产生厌倦感，失去学习积极性和主动性。另一方面，集中式教学很难让学生有思考的时间。

（三）学科交流不够，缺少跨专业培养

专业教学除最后的毕业设计外缺乏综合性环节，没有全局观。由于各学科集中所有资源发展本专业，因而各学科之间缺乏交流与融合，这使各学科在无形之中产生了隔阂，给复合型人才创新能力的培养造成了巨大的障碍。

（四）校企合作流于形式，未能落到实处

目前，校企合作还处在初级阶段，往往是高校和企业签订一份协议，企业为高校提供一个校外实习基地。企业并未真正参与到高校的教学和人才培养中。同时，高校也没有根据企业的发展需求而改变课程设置和教学内容，导致人才培养与产业的发展协同性不够、毕业生与市场需求匹配度偏低的问题并未得到真正解决。

（五）考核形式单一，难以调动学生的积极性

国内高校的考核基本上以期中、期末考试或考查的方式进行，考核内容往往是教师集中授课时讲的知识点和范围，学生只要按教师讲的内容进行复习就能取得好成绩。这种考核方式很难调动学生学习的积极性和自觉性，也不利于学生动手能力、创新意识和创新能力的培养。

二、通过创客班培养机械工程专业学生创新能力的实践举措

为了更好地培养具有创新意识的工程应用型人才，我校机械工程专业于2016年开始在每届大一新生中开办数字化设计与制造创客班（以下简称创客班），创客班至今已延续4届。

（一）项目化教学，变被动接受知识为主动创新

创新的根源在很大程度上来源于兴趣。以往的教学主要是以课堂授课的形式来进行的，当学生掌握了专业课程中的基本概念、基本理论后，教师再进行实践教学往往会使学生处于被动学习的状态。创客班以提高学生的动手实践能力和创新能力为主要目的。创客班的基本组织形式是不同的项目组，学生根据自己的兴趣、爱好，本着自愿组合的原则自行组成项目组，每组有4-5人。每个项目组安排合适的教师对学生进行指导，师生一起在教学中实践，在实践中教学。在创客班中，教师由以往教学的领导者变成创新活动的引导者和学习的辅导者，学生成为学习与创新的主体。创客班的各项目组既可以按学生兴趣自拟研究课题，也可以对教师给的科研课题进行拓展创新。教师可以通过鼓励学生参加各级学科竞赛、自主创业，提高学生学习的积极性，这能极好地培养学生的自主创新能力。

（二）课内课外协调统一，变学知识为学方法

机械工程是以相关的自然科学和技术科学作为理论基础，结合生产实践过程中的经验技术，研究和解决在设计开发、生产制造、安装和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科[6]。创客班可以作为低年级学生理论学习之余的课外兴趣班，教师可以根据学生的学习内容提出学生专业知识拓展的方向与研究计划，项目研究侧重于数学模型和力学模型的建立与分析。创客班在高年级阶段则是课程设计、动手实践和毕业设计的自然团队，项目研究侧重于工程样机的制作、光机液电气方案的综合等内容。教师可以灵活地增加3D打印、人工智能、智能机械和现代工艺等相关方面的知识，突破原有的以机械为主的传统教学内容，融入智能控制等新知识、新技术，实现项目研究进展与学生课内学习内容的同步。教师的指导要以专业资料的检索、信息的归纳与分析、工程项目的协同管理等内容为主。教师对学生的启发可以帮助学生掌握科学研究与工程开发的基本方法，提高学生的创新意识和综合素质。

（三）加强学科融合，培养复合型创新人才

机械工程学科与其他学科的交叉融合可以为创新提供更为广阔的天地。创客班以研究项目为教学载体，好的立项尤为重要。我们聘请校内外专家组成项目开题答辩小组，每届创客班均要认真审核申报的项目课题，加大对多学科交叉项目的立项支持。如，立项的“适用于FDM型3D打印机的自动换丝喷头”“玻璃幕墙清洗机器人”等项目都是涉及机械、控制、材料、工业设计等多学科的交叉复合型课题。项目组的学生团队以机械专业的学生为主体，电气、材料等专业的学生柔性参与。指导教师团队也是多学科的教师分阶段介入指导，保证学生可以在项目的整个研发周期内在多学科平台开展工作。

（四）以赛代学，打造创新平台，营造竞争氛围

机械工程专业要求学生要具备较强的实践能力和工程应用能力，要求学生要具备创新意识和创新思维，因此，为学生打造切实可行的创新平台尤为重要[7]。各类国家级、省市级学生科创活动及竞赛就是一个很好的平台。学生参加学科竞赛既可以检验创客项目的质量，又能磨炼学生的意志品质。我校“数字化设计与制造创客班”依据项目化教学的优势，不仅积极鼓励学生参加“大创”“大挑”“互联网+”等各类竞赛，而且还结合自身专业特色先后组织多次机械创新设计大赛、工程训练综合能力竞赛，并推举优胜者参加省市级、国家级大赛。这种层层选拔的方式营造了竞争氛围，能激励学生不断进行自主创新。竞赛在提高学生的专业知识水平和实践动手能力的同时，也能提高学生的创新能力和综合素质。

（五）完善校企合作模式，促进产教融合

党的十九大报告明确提出要“深化产教融合、校企合作”。然而，由于学校和企业之间存在文化差异，学校和企业对“产教融合、校企合作”的理解和认识也会不同，这使校企合作还有很大的发展空间。创客班独特的教学组织形式更有利于探索一种新的校企合作模式，企业的优质资源能在学生创新能力的培养上发挥最大的效果，学生的创新活动也具有了一定的产业背景，从而实现有效创新，避免为了创新而“创新”。“数字化设计与制造创客班”采取了以下举措：其一，建立“双师团队”。聘请企业导师参与项目指导工作，企业导师全程参与到创客项目的立项、管理、设计开发、样机制作、实验测试、成果转化等过程中。企业导师的指导能使学生加强理论学习与实践能力的融合，培养学生的工匠精神。企业导师的指导在提升学生专业技能的同时，也能赋予创客项目产业化背景。其二，设立以企业命名的创客班奖学金。具有创新意识的学生是企业急需的人才，创客班与企业的深度产教融合能培养符合企业需求的人才，也能使学生更了解企业文化，实现学生与企业的“双赢”。许多创客项目来源于企业的实际需求，学生能在企业开展创客项目，为企业的发展作出贡献。华伟纳精密工具有限公司、南京耘瞳科技有限公司等企业设立了学科竞赛奖学金，表彰表现优异的优秀学生，这进一步激发了学生的创新热情。

（六）增加创新性测评，灵活地调整考核机制

创客班需对考核机制进行相应的修订和完善。创客班要结合培养目标和毕业要求增加创新测评等环节，制定学生学分及成绩认定与测评相结合的考核新机制。创客项目全周期的总学分设置为8个学分，可折抵课内选修课学分，项目立项、方案设计、样机制作、技术报告四个阶段各占2个学分，各个阶段按项目进度由指导团队灵活考评。创客班可以增加创新性实践活动、创新性课题研究等测评活动。机械创新设计大赛等学科竞赛和校企合作的实习安排与考核、申请发明专利和论文发表等都可以按相应比例换算成奖励性学分，可折抵综合素质课外学分。灵活完善的考核机制能避免机械工程专业课内教学与课外教学的冲突，解决了创客班学生的后顾之忧。

三、机械工程专业创新能力培养的成效

在教学形式、考核机制不断创新的背景下，创客班对学生创新能力的培养取得了显著成效：

1.创客班的全程项目化教学极大地激发了学生的创新激情与学习积极性，拓宽了学生的知识面，使学生的能力培养更符合企业发展的需要。各级机械创新设计大赛的举办和校企合作的不断深化是学生创新能力培养的有效方式。校企合作培养了学生勤于思考、善于动手的能力，有益于提升学生解决问题的能力；学生在实践过程中不断解决问题能培养学生的科学研究能力和创新思维能力；创客班能很好地培养学生的团队协作意识，能使学生适应新时代发展的需要[7]。

2.创客班的成立实现了课堂理论教学与课外实践活动的交叉协同进行。学生能在创客项目实践中不断发现自己存在的不足。学生通过创客项目能提出有针对性的问题，帮助教师了解学生的学习需求，增强师生互动。与此同时，创客班能给学生提供很好的实践机会，提高学生的动手能力和创新能力，增强学生的团队协作意识和责任意识。

3.2017级“数字化设计与制造创客班”已完成了1个周期的培养，参加全国机械创新设计大赛等国家级学科竞赛并获奖的有12人，参加省级学科竞赛获奖的有15人；2017级“数字化设计与制造创客班”获江苏省“大学生创新创业训练计划项目”立项8项，申请发明专利12项，实用新型专利18项，软件著作权1项；学生发表学术论文7篇。创客班的实践取得了良好的培养效果。