基于卓越工程師的創(chuàng)新能力培養(yǎng)

【摘要】論文基于當(dāng)前國(guó)家對(duì)理工類高等教育發(fā)展的新趨勢(shì)提出的卓越工程師的培養(yǎng)新要求展開(kāi)研究，借用慧魚教學(xué)儀器，結(jié)合全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，將理工科基礎(chǔ)課程有機(jī)融合在一起解決具體問(wèn)題的項(xiàng)目式教學(xué)，構(gòu)建“卓越工程師”創(chuàng)新能力培養(yǎng)的模式，通過(guò)實(shí)踐，取得較理想的成果。

【關(guān)鍵詞】卓越工程師；創(chuàng)新能力；工程實(shí)踐；慧魚產(chǎn)品

一、引言

德國(guó)國(guó)際汽車制造商設(shè)立了一個(gè)以促進(jìn)全球工程教育和培養(yǎng)年輕工程師為宗旨的全球工程教育卓越計(jì)劃，并成立了由我國(guó)在內(nèi)的6個(gè)不同國(guó)家和地區(qū)的包括MIT在內(nèi)的8所大學(xué)組成“八校項(xiàng)目聯(lián)盟”提出卓越工程師培養(yǎng)。2006年11月，在法蘭克福舉行了相關(guān)研究成果發(fā)布儀式，就全球工程教育的評(píng)價(jià)、工程教育的需求和挑戰(zhàn)，未來(lái)工程師培養(yǎng)的關(guān)鍵因素進(jìn)行展望。

為順應(yīng)國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)；適應(yīng)國(guó)家工業(yè)、企業(yè)需求；增強(qiáng)我國(guó)核心競(jìng)爭(zhēng)力、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、走新型工業(yè)化道路；培養(yǎng)各類型工程師，黨的十七大將“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”作為《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革與發(fā)展規(guī)劃綱要》組織實(shí)施的一項(xiàng)重大項(xiàng)目，旨在全面提高我國(guó)工程人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高素質(zhì)工程技術(shù)人才，促進(jìn)我國(guó)從工程教育大國(guó)走向工程教育強(qiáng)國(guó)。2010年6月教育部批準(zhǔn)了清華大學(xué)在內(nèi)的61所“卓越工程師”首批試點(diǎn)院校，全面展開(kāi)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃。

二、卓越工程師創(chuàng)新實(shí)踐能力的內(nèi)涵

創(chuàng)新工程教育觀念是創(chuàng)新工程教育體系的核心和靈魂，是高校構(gòu)建創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式的先導(dǎo)。只有以先進(jìn)的、科學(xué)的工程教育觀念指導(dǎo)教育實(shí)踐，才能實(shí)現(xiàn)工程教育的預(yù)期目標(biāo)，培養(yǎng)出大批具有創(chuàng)新能力的卓越工程技術(shù)人才。那什么是創(chuàng)新呢？只有弄清楚創(chuàng)新的內(nèi)涵，才能有針對(duì)性的采取措施構(gòu)建創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式。

創(chuàng)新不是拔尖類專業(yè)人才的專利，而是廣大科技人才應(yīng)該具備的素質(zhì)，人人都可以在不同的層次和不同的角度從事創(chuàng)新活動(dòng)，人人皆可成才。創(chuàng)新具有廣譜性，既有原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新，更有眾人皆可為的各種改革與創(chuàng)新。它可以有科學(xué)的深度探尋和發(fā)現(xiàn)，可以有奇思妙想的發(fā)明，可以有對(duì)這些發(fā)現(xiàn)與發(fā)明的實(shí)現(xiàn)的科學(xué)技術(shù)開(kāi)發(fā)，也可以有從創(chuàng)新性應(yīng)用的角度實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的性能提升與批量制造，以及在生產(chǎn)管理中產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)效益，還有新信息的傳遞與技術(shù)服務(wù)創(chuàng)新，有產(chǎn)品營(yíng)銷鏈條的組織與創(chuàng)新拓展，并取得實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在新的時(shí)代要求下，人人都可以具有創(chuàng)新的意識(shí)與理念，能夠開(kāi)展創(chuàng)新，參與創(chuàng)新的活動(dòng)，尤其是大學(xué)校園里面的青年學(xué)子更是稍作引導(dǎo)就容易擦碰出創(chuàng)新的火花。

建于1997年，2002年首屆招生的歐林工學(xué)院，2010年全美大學(xué)工科類排名就能排到第八，電機(jī)工程類排名第三。究其原因，主要是該校提出了由卓越的工程學(xué)知識(shí)、企業(yè)管理學(xué)知識(shí)和人文社會(huì)學(xué)科組成的三角模型“歐林三角”這一獨(dú)特的課程理念。堅(jiān)實(shí)的科學(xué)和工程基礎(chǔ)知識(shí)作為第一個(gè)關(guān)鍵元素，目的是教給學(xué)生有關(guān)工程和科學(xué)的基本原理。第二個(gè)元素企業(yè)管理學(xué)知識(shí)是商業(yè)（企業(yè)）類有關(guān)課程的設(shè)置主要著力于促進(jìn)對(duì)企業(yè)精神、工程的商業(yè)環(huán)境的理解，在此基礎(chǔ)上分析和評(píng)估各種商業(yè)機(jī)會(huì)。知識(shí)和人文社會(huì)學(xué)科讓學(xué)生能深入了解未來(lái)工作將依賴的社會(huì)、人類環(huán)境以及他們將面臨的專業(yè)問(wèn)題和道德問(wèn)題，避免割裂地學(xué)習(xí)工科知識(shí)，將工程和現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系起來(lái)，便于實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造價(jià)值、滿足人類社會(huì)需要的目標(biāo)。利用“歐林三角”將跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)和“基于項(xiàng)目”的教學(xué)貫通全學(xué)程，尤為關(guān)注學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)能力的培養(yǎng)，使得歐林試驗(yàn)在美國(guó)工程教育界獨(dú)樹(shù)一幟。與許多“先理論后實(shí)踐”的工程院校不同，歐林講究的不僅僅是教授概念，更是將知識(shí)和實(shí)際生活中的挑戰(zhàn)以及研究的課題聯(lián)系起來(lái)，非常重視實(shí)用教育，因此自主創(chuàng)業(yè)正是許多歐林工程學(xué)院學(xué)生的目標(biāo)。歐林工學(xué)院這種 “基于項(xiàng)目”的“歐林三角”理念是其快速成功的根本，可以看做是卓越工程師創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)模式的典范。

三、卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式構(gòu)建

針對(duì)教育部啟動(dòng)的“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，為了提高同學(xué)們的創(chuàng)新工程實(shí)踐，以最能代表理工科學(xué)生動(dòng)手能力的國(guó)家三大賽事之一的全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽為契機(jī)，論文以武漢理工大學(xué)首批進(jìn)入國(guó)家卓越工程師試點(diǎn)的物流工程專業(yè)為研究對(duì)象進(jìn)行試點(diǎn)，借用德國(guó)慧魚創(chuàng)意模型，探討卓越工程師創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的構(gòu)建。

慧魚創(chuàng)意組合模型是德國(guó)五十年的工程技術(shù)類教具，創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的理想載體。慧魚主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)元件（齒輪、齒條、鉸鏈及連桿等）、電子電氣元件（電機(jī)、接口板、變壓器及各種傳感器等）、氣動(dòng)元件（氣缸、氣泵及氣閥等）、執(zhí)行器、控制器等幾類部件，融合了機(jī)械、電子、氣動(dòng)、自動(dòng)控制、編程技術(shù)、汽車技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)及能源概念等。與傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式相比，利用創(chuàng)意模型可以將枯燥乏味的理工科基礎(chǔ)理論，真實(shí)生動(dòng)的展示其內(nèi)在的科學(xué)和工程技術(shù)原理，在學(xué)校課堂上實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的還原和機(jī)械操作的模擬，從而增加了趣味性、知識(shí)性和技術(shù)性。慧魚創(chuàng)意組合包可以根據(jù)不同的知識(shí)點(diǎn)和主題選擇不同的組合包適應(yīng)課堂教學(xué)的同時(shí)，吸引學(xué)生的動(dòng)手興趣，發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能，很好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。慧魚模型可作為創(chuàng)新教育和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的載體，學(xué)生可運(yùn)用設(shè)計(jì)構(gòu)思和實(shí)驗(yàn)分析，還原工程技術(shù)過(guò)程的內(nèi)在原理，更可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)和大型機(jī)械設(shè)備操作的模擬，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研創(chuàng)新和生產(chǎn)流水線的可行性論證提供直觀依據(jù)，為樂(lè)于鉆研，富于想象的學(xué)生提供展示自我的舞臺(tái)。

在平時(shí)的教學(xué)中，注重學(xué)生的動(dòng)手能力的培養(yǎng)，以教學(xué)方法改革為切入點(diǎn)，探討現(xiàn)代教育思想，借助德國(guó)慧魚品牌產(chǎn)品，以項(xiàng)目和方案為導(dǎo)向?qū)⒖菰锏睦碚摻虒W(xué)與企業(yè)需求掛鉤，將理工基礎(chǔ)課程工程圖學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、互換性與測(cè)量技術(shù)、金屬工藝學(xué)等課程聯(lián)系在一起，分小組設(shè)計(jì)制作小產(chǎn)品，從本質(zhì)上提高教學(xué)的效果。

通過(guò)平時(shí)小組的討論、練習(xí)和測(cè)試儲(chǔ)備人才，針對(duì)第五屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽主題“幸福生活-今天和明天”，最終選擇部分創(chuàng)意比較好、把握競(jìng)賽主題準(zhǔn)確、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生組成了“智能機(jī)電一體化健身娛樂(lè)機(jī)”，“學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)”，“智能化多功能地板清潔維護(hù)中心”，“高爾夫自動(dòng)撿球機(jī)”四個(gè)研究小組報(bào)名參賽。

其中“智能機(jī)電一體化健身娛樂(lè)機(jī)”最終作品照片如圖1，其針對(duì)市面上電子游戲機(jī)、網(wǎng)游易使人沉迷，而純鍛煉機(jī)械枯燥的不足，集“水果忍者”和“桌面足球”兩款游戲精髓，開(kāi)發(fā)的一款集娛樂(lè)與健身于一體的可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)抗、多人對(duì)戰(zhàn)的娛樂(lè)機(jī)械。創(chuàng)作過(guò)程中將立式履帶差速輸球機(jī)構(gòu)、棘輪式凸輪滑塊機(jī)構(gòu)、出角可控發(fā)球機(jī)構(gòu)、聲光電的識(shí)別與算法等課堂內(nèi)外的知識(shí)有機(jī)融合成一個(gè)整體，雖然是娛樂(lè)機(jī)械但能將游戲者的腦、手、腳和眼等器官有機(jī)協(xié)調(diào)，融健身與娛樂(lè)為一體，寓健身于娛樂(lè)之中。如圖2 “學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)”是對(duì)大學(xué)生學(xué)習(xí)生活中常見(jiàn)的正反兩方面的行為進(jìn)行模仿，其中網(wǎng)游、逛街、戀愛(ài)、逃課、懶覺(jué)、煙酒等為“入侵者”，自習(xí)、上課、晨讀、輔導(dǎo)班、鍛煉、義工擔(dān)當(dāng)“保衛(wèi)者”角色，以機(jī)械機(jī)構(gòu)為載體，宣揚(yáng)積極的生活方式，豐富學(xué)生的課余生活。該娛樂(lè)機(jī)采用的單向起升機(jī)構(gòu)、分揀機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)，同時(shí)融入博弈原理，通過(guò)聲光的配合模擬攻擊過(guò)程，開(kāi)發(fā)大腦的智慧和小腦的反應(yīng)，提高分析情況的能力，當(dāng)角色生命值低于臨界點(diǎn)時(shí)，機(jī)械機(jī)構(gòu)工作將其從對(duì)戰(zhàn)平臺(tái)擊落。其它兩款也是類似設(shè)計(jì)與實(shí)施，均能利用學(xué)校課堂知識(shí)的學(xué)習(xí)，結(jié)合競(jìng)賽主題，開(kāi)發(fā)出理想機(jī)器。

圖1智能機(jī)電一體化健身娛樂(lè)機(jī) 圖2學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)通過(guò)層層選拔，最終“智能機(jī)電一體化健身娛樂(lè)機(jī)”作品獲得全國(guó)一等獎(jiǎng)，“學(xué)業(yè)保衛(wèi)戰(zhàn)娛樂(lè)機(jī)”獲得全國(guó)預(yù)賽一等獎(jiǎng)，另外兩件作品在預(yù)賽中分別獲二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)，整體效果較為理想。通過(guò)類似的方法探討工程實(shí)踐與課程教學(xué)之間的關(guān)系，尋找課內(nèi)外教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合的有效途徑，加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握，提高學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

四、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)國(guó)家對(duì)“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的需要，將項(xiàng)目式教學(xué)方法引入到面向卓越工程師培養(yǎng)的基礎(chǔ)課程教學(xué)改革中，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，使學(xué)生更好的適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對(duì)動(dòng)手實(shí)踐能力的要求。

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基金項(xiàng)目：武漢理工大學(xué)教研項(xiàng)目。