融合创新能力评价的自动化制造系统课程教学法

张炜 陈丙三 彭晋民 张宁

摘  要  针对自动化制造系统课程教学在创新能力评价方面的不足，从主观、客观方面通过检验表评价方式对学生综合创新能力进行量化分析，并将创新综合实例库与课程内容特点结合，构建多元化知识创新体系。以典型课程为例，进一步丰富相关机械领域课程中创新能力的综合评价分析手段及创新思维培育方法。

关键词  创新能力评价；自动化制造系统；多元化知识创新体系；检验表法

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）09-0097-03

0  引言

在新工科建设大背景下，机械领域人才培养逐渐向多元复合型人才培育转型[1]。而在多元复合型人才培育中，创新思维能力的提升尤为重要，通过创新思维能力的培养，可进一步提升思维的广度及深度，同时能够以实际问题为导向，进行深入思考，进而解决具体问题，提升解决问题的效率与准确度。而在早期机械领域课程教学过程中，通常在创新思维训练及创新能力培养方面存在一定缺失，从而阻碍学生创新水平和能力的提升[2-3]，使得学生难以适应目前社会对多元复合型人才的要求。因此，在具体课程教学中提升学生的创新能力便显得尤为重要，其将对优秀拔尖的多元复合型人才培育提供有力帮助。

而在学生创新思维能力培养中，对创新能力的准确评价是保证创新教育推进的重要环节，因此，相关学者针对创新能力评价开展了一系列研究。例如：魏新龙等[4]通过创新思维和创新技能两方面对机械专业学生的创新能力进行评价，即通过撰写学术报告、PPT汇报等方式对学生的创新能力进行评价，并在此基础上进一步建立合理的创新成果认定制度；魏巍等[5]对机械专业的创新能力评价及培养进行研究，发现创新评价模式中过多强调学术成果，而忽略了其中创新性的问题，并提出对学生成果创新性进行正确考量和引导的改进方法；汤勃等[6]基于机械类课程考试和评价方式在创新能力培养方面的不足，通过考核内容和考核形式的变更来体现对创新能力的评价，如通过产品设计制造、产品创新设计报告等方式对学生创新能力进行相关考核评价；张晓光等[7]针对机械领域的专业创新创业课的课程引导目标、实践环节等部分进行分析，并通过学生作品实物制作、典型产品CAD/CAE设计等环节的完成度对学生的课程学习情况及创新能力、水平进行评价分析；ZOU Lei[8]通过对机械专业学生的机械原理、自动化设计等各类型课程的综合学习成绩进行分析，从而从侧面对学生的创新能力进行评价，但其所采用的量化分析方式并非直接针对创新能力和水平等部分展开。

分析以上学者针对创新能力评价的研究、探索，发现多集中在对创新能力及效果的定性分析评价上，因而在实际评价过程中存在准确性稍差、效果不明显等问题。通过对创新能力定量分析评价，可进一步提升对于创新能力评价的准确性等，并可针对创新能力的缺失和薄弱环节予以专项训练提高，从而构建创新能力的综合评价机制。将综合评价机制引入实际课程教学环节，可在一定程度上对学生的创新能力水平进行评价分析，为进一步的创新思维教育提供指导。

因此，本研究以机械领域专业性课程自动化制造系统为例，首先结合自动化制造系统课程特点，对自动化制造系统课程教学中在创新能力评价方面的不足之处进行分析；然后提出创新能力的检验表式综合评价法，从而从主观、客观方面对学生的综合创新能力进行量化分析；同时将创新实例库引入课程知识体系中，从而在实现创新能力量化评价的基础上，进一步强化课程教学中的创新思维提升效果，从而形成融合创新能力综合评价的课程教学法，以期为其他机械类课程的综合创新能力培养提供指导。

1  自动化制造系统课程的特点及在创新方面的不足

1.1  自动化制造系统课程的主要特点

自动化制造系统课程知识点具有多层次性，同时课程知识點较为复杂。自动化制造系统的组成知识点中包含自动化加工设备子系统、工件储运子系统、刀具准备及储运子系统等诸多分类知识点，同时，各个知识点之间具有相应联系性和层次性，且大多数知识点较为抽象，因而难以系统地将相关创新理念与思想融入各个知识点的教学中。同时，目前知识点架构中亦缺乏对于创新能力反馈环节的有效体现。

1.2  自动化制造系统课程在创新思想体现、培养中存在的不足

1.2.1  课程教学中缺少对学生创新思维培养的环节

在自动化制造系统课程教学中，由于与实际工程、产品联系较为紧密，大多采用常规的加工系统、加工设备案例等，难以提高学生的创新思维能力，也导致学生缺乏自主探索的过程，无法激发学生的创新思维。

1.2.2  课程教学中学生的创新能力难以准确量化评价分析，并难以有针对性地解决学生某个创新思维环节存在的问题

自动化制造系统教学环节通常可采用启发互动方式获取学生对于知识的掌握情况。如通过启发式提问了解学生对机器人这一自动化设备应用具体场合的认识，扩展学生的创新意识，但对于学生的回答难以从创新能力方面予以量化评价分析，多数仅能从定性层面进行分析评价。

2  检验表式创新能力综合评价方法

基于上述自动化制造系统课程在创新能力体现和培养中的不足，尤其针对其对创新能力综合评价方面的缺陷，将检验表式评价法应用于学生创新能力、思维的评价分析汇总。检验表法为美国创造学家奥斯本所提出的创造评价技术手段，它亦可拓展成为用于调查、收集、整理数据的手段和方式[9]，进而明晰对应数据中的具体目标情况，而其亦可应用于学生创新能力的综合评价中，并可利用其在一定程度上实现学生创新能力的综合量化分析。

首先，针对学生创新能力能够予以量化的客观部分，比较其与相关标准的差异，得出其与标准间差值；其次，针对学生创新能力难以量化的主观部分，通过分级评价方式予以量化；最后，将学生创新能力评价的主观、客观部分进行综合权重系数加成，形成评价学生综合创新能力的量化评价表。

可利用该评价表对每位学生的创新能力进行分析评价，从而挖掘学生创新能力的整体薄弱环节。对于学生创新能力综合评价表，可具体将其分为主观部分与客观部分两部分。

1）主观主项部分。在主观部分将包含对应评价子项内容分解为发现问题能力、创新态度、创新思维发散、创新效果四个方面，而各个子项分别对应权重系数为a、b、c、d，其各项权重系数之和为1。同时将各个评价子项分为很好、较好、一般、较差和很差等五个等级，根据学生具体创新表现对其进行等级划分，各个评价等级对应得分分别为5分、4分、3分、2分及1分。最后通过评分综合权重加成，获取学生创新能力主观主项部分得分。如针对某学生的发现问题能力部分，通过教师主观对其表现进行评级为较好，则对应学生发现问题子项得分为4分；依次对该生创新主观评价中的各个子项部分进行评价，并将对应得分乘以对应权重系数，获得最终得分。

2）客观主项部分。在客观部分将包含对应评价子项内容分解为回答创新性问题次数、创新思维提出时间、自主创新观点提出次数、创新内容提出准确率四个方面，而各个子项分别对应权重系数为e、f、g、h，其各项权重系数之和同样为1。各个客观评价子项内容均可以通过标准次数、时间等进行准确量化，同时设定相应的评价标准值，与标准值相差越大，则得分越低。如针对回答创新性问题次数，规定一段时间内回答创新性问题次数满分（5分）基准为5次，则若某学生回答创新性问题次数为4次，其对应项得分为4分。又如规定平均每次学生创新思维提出的时间满分（5分）基准为3分钟，则若学生提出创新思维的平均时间为4分钟，其对应项得分为4分，创新思维提出平均时间越长，其得分依次递减。最后，同样通过评分综合权重加成，获取学生创新能力客观主项部分得分。

最后将学生创新能力主观主项部分得分与客观主项部分得分相加，即获取对应学生创新能力综合量化得分，得分越高，表明该生创新能力相对越优异。同时可从得分薄弱项发现该生创新能力某个环节的不足之处，可在后续教学中予以针对性强化训练与提高。

3  多元化知识创新体系构建

在通过创新能力综合评价法对学生综合创新能力及水平进行量化的基础上，结合自动化制造系统课程特点，进一步将创新案例库引入课程知识点中，从而构建多元化知识创新体系架构，以期在课程教学中融入多元化知識创新体系，从而更好地对学生的创新思维进行启发，进一步提升学生的创新能力。同时，在进行相关多元化知识创新体系教学的基础上，再次通过创新能力综合评价法对学生创新能力水平进行评价，从而通过多元化创新知识教学—创新能力水平综合评价反复进行的方式，不断有针对性地对学生的创新能力进行提升。

具体可通过以下不同的创新实例引入，构建多元化知识创新知识体系。

1）针对自动化制造系统发展历程知识点，可通过基于课本学习不同制造系统发展阶段的典型系统产品，启发式地探讨其他类型的机械系统产品，并可通过头脑风暴方式进一步拓展相关机械系统的实际应用，从而将创新思维融入该知识点中。

2）针对自动化制造系统中人机一体化设计知识点，可通过列举人机一体化设计的主要典型实例，如智能制造系统，其将人工智能与机械制造过程进行相应结合，并强调人机协同决策、思考、作业的特点，从而引导学生进行创新性思考：在其他传统制造系统中如何进行人机一体化设计？

3）针对自动化制造系统组成这一知识点，其下包含自动化加工设备系统、工件储运系统等多个子系统的知识点，而各个知识点之间相互交叉。可通过提出如“数控机床—自动输送小车—自动化立体仓库”的知识链实例的方式，启发学生思考其他类型的典型自动化系统下子系统的知识链组成，进而激发学生的创新思维，并拓展其思考问题能力的广度。

4）针对自动化制造系统经济性评价分析知识点，可通过提出某生产企业自动化制造系统建设、工作过程中静态投资回收期、动态回收期、内部收益率等经济性指标分析，引导学生创新性地思考、调研本地其他企业中的自动化制造系统的经济性，并引导学生通过TRIZ创新理论中的矛盾功能矩阵的应用，打破常见经济性分析评价指标的限制，提出其他类型的合理的制造系统经济性分析指标。

通过类似于以上几点的创新型教学实例的引入，从而将课程中较为复杂的知识点具体化，并将创新思维培育融入各个知识点中，从而构建多元化知识创新体系，充分发挥其在课程教学中对学生创新能力提升的作用。

4  结束语

本文以机械专业课程自动化制造系统为例，在分析课程特点以及其在创新能力综合评价与创新能力培育方面不足的基础上，将检验表式创新能力综合评价法引入课程的创新能力综合评价中，对学生的创新能力进行综合量化评价，并在此基础上将综合创新实例库与课程知识体系进行结合，构建多元化创新知识体系架构，从而进一步将创新能力综合评价方式融入自动化制造系统课程教学中，为进一步强化相关机械类课程的创新能力培养提供有益的方法指引。

5  参考文献

[1] 宋义林，刘琳.机械专业复合型人才培养模式的研究与实践[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2009（6）：48-50.

[2] 顾文斌，廖华丽，王延杰.面向工程素质培养的机械原理实验教学改革与创新[J].教育观察，2018（17）：93-94，97.

[3] 崔立，谢斌，蒋佳，等.基于创新能力培养的机械工程基础课程改革实践：以上海第二工业大学为例[J].教育教学论坛，2020（7）：141-142.

[4] 魏新龙，戴敏，俞亮，等.卓越工程师认证背景下机械类大学生创新能力培养多维度路径探究[J].中国教育技术装备，2019（8）：86-88.

[5] 魏巍，王丽君，杨振中.机械类研究生创新能力提升研究[J].河南教育（高校版），2019（7）：92-94.

[6] 汤勃，曾良才，蒋国璋，等.基于创新能力培养的机械类课程考试与评价体系改革[J].大学教育，2018（2）：64-67.

[7] 张晓光，王宏祥.机械专业创新能力培养课程的教学模式改革[J].辽宁工业大学学报（社会科学版）， 2020（2）：124-126.

[8] ZOU Lei. Cultivation of innovation ability ofmechanical automation design for intelligent manufacturing[J].Journal of Physics： Conference Series，2020（3）：32-86.

[9] 熊华，罗奇峰，任春.工程项目风险识别中的检查表法[J].灾害学， 2005（1）：110-112.