基于機械創新設計大賽的大學生創新能力培養研究與實踐

陳 霞，冷護基，劉慶運，邱震明

(安徽工業大學 創新教育學院，安徽 馬鞍山 243002)

在大眾創業、萬眾創新的背景下，國家加快實施創新驅動發展戰略，迫切需要深化高校創新創業教育改革，培養大學生的創新能力。孫志鳳對北京、上海、江蘇和廣東四地10個城市26家不同類型的企業進行調查發現，用人單位對學生的自學和領悟能力及解決問題的能力非常不滿意[1]。所謂的領悟力在一定程度上是指學習重組知識的創新能力。學科競賽是指學生利用所學科學文化知識，針對所提出的學術問題，在一定時間和空間內，通過一定方法(或模式)進行分析、構思、嘗試，爭取優勝的活動。它是啟迪學生的創新意識、培養動手能力、提高學生提出問題和解決問題能力以及培養團隊協作能力的大舞臺。全國大學生機械創新設計大賽是全國機械類專業重要的綜合類專業賽事活動之一。大賽自2003年開始每兩年舉辦一次，至今已成功舉辦了八屆。大賽主要目的在于培養學生的機械設計能力、加工制作能力與團隊合作能力。

安徽工業大學每屆比賽均組隊參加，學校的重視度、學院的組織規模、學生的參與度逐屆遞增。

一、機械創新設計大賽在大學生創新能力培養中的作用

(一)鞏固學生的專業知識

通過機械創新設計大賽的訓練，學生將所學的機械專業知識如理論力學、材料力學、機械設計、機械原理、機械加工工藝、金屬及非金屬材料、電工電子技術、單片機技術、公差與配合、機械制圖等與大賽主題所需要的結構創新設計結合起來，從系統的角度促進各門課程之間知識的融合。通過參加比賽，學生經過反復的討論和計算，鞏固了對所學知識的理解與記憶。在作品的加工制作過程中，還要了解如車床、鉆床、銑床等各種機床的性能、特點，各種材料的成本、加工性能等。參賽選手必須盡快掌握上課時沒有弄清楚的各種繪圖知識和繪圖技巧，著手繪制零件圖和裝配圖，并要自學機械制圖以及三維建模軟件方面的知識。通過這種真刀真槍的實際鍛煉, 使學生能夠熟練地應用機電方面的專業基礎知識。

大賽要求書寫作品的說明書，說明書要求符合論文的寫作規范, 清楚、簡潔地說明作品的結構設計、強度校核計算等。在答辯時要求學生簡潔明了地回答出評委老師提出的問題。通過寫作和答辯加強了學生的記憶，拓展了知識面。

(二)強化學生的創造性思維訓練和創新方法運用

創造性思維就是能產生新穎性思維結果的思維[2]。邏輯思維、形象思維是創造性思維的基本形式。發散思維和集中思維相結合、求同思維和求異思維相結合、正向思維和逆向思維相結合是創造性思維的有效途徑[4]。錢學森指出，“每一個思維活動過程都不會是單純一種思維在起作用，往往是兩種甚至是三種先后交錯在起作用。比如人的創造思維過程就決不是單純的抽象(邏輯)思維，總要有點形象(直感思維)，甚至要有靈感(頓悟)思維”。所以，在教學過程中教師要有意識地結合教學內容加強大學生創新思維訓練。

為了能夠更好地解決競賽中的研究性和創新性問題，在總結多年創造學教育的基礎上，將創造學與創新能力開發課程教學與學科競賽結合，讓學生運用頭腦風暴法、列舉法、聯想法和萃智(TRIZ)等創新方法進行方案設計，從而達到訓練學生創造性思維和運用創新方法的目的。教師鼓勵學生查閱大量的背景材料，仔細研讀，用心體會，樂于在團隊中分享。組織學生從大賽發布的設計主題入手,從零件的加工工藝和成本考慮設計思路。在制作的過程中，發現不合理的地方，團隊成員通過討論，提出修改意見,經加工調試實驗后確定設計方案。在方案實施過程中還會遇到事先想不到的問題，在這個反復的過程中，認識到了創造性思維的發散-集中-再發散是解決問題的有效途徑,同時也使學生深刻地體會到創新是一個迭代過程的內涵。

(三)鍛煉學生的工程實踐能力

教育部《中國工程教育質量報告》對260多家用人單位進行了調查,數據顯示，由于工程教育人才培養仍然側重知識的傳授，對學生能力特別是工程核心能力的培養重視不夠，導致畢業生在工程科技前沿現狀和發展趨勢的了解水平、工程設計的綜合意識和能力、社會責任感等方面需要加強[3]。工程實踐能力是指將所學的知識運用到設計生產、管理營銷等工程應用環節，并綜合考慮環境、經濟、法律、文化等諸多因素，為社會提供產品的能力。機械類大學生的工程實踐能力，就是具備將機械設計原理轉化成可以直接運用于實踐的技術方案、結構設計的零件圖紙、制造工藝等形式并將其變成物質形態，并對負責生產第一線的操作技能人員具有技術指導的能力。

機械創新設計大賽的作品設計與制作活動都是以學生為主。參賽作品基本是由學生自己編制工藝卡，然后動手制作完成，復雜的零件通過外協加工或者請工程實踐與創新教育中心的技師完成。通過操作車、鉆、銑床等加工設備鍛煉了學生的實際動手能力, 也提高了學生的專業技能。

(四)培育學生的創造性人格

為了更有效地培養學生的創新能力，要在實踐過程中有意識地培養個人與創造相關的創造性人格。創造性人格是創造者的內在動力。機械創新設計大賽一般為5人左右一組, 在規定的時間內根據大賽的主題初步進行方案的設計，然后再去查閱相關的專業知識，完成結構設計，還要在制作中不斷完善。要運用頭腦風暴法討論，相互啟發，甚至辯論,所以在這個過程中，不是一個人能完成的工作, 而是團隊合作的力量。有時候由于學習任務繁重，比賽時間緊，學生能夠自覺地加班加點，知難而進，這樣培養了他們頑強進取的意志和戰之必勝的信念。指導教師和參賽學生始終在一起，遇到難題共同研討，不厭其煩地指導學生，教師的業務素質和敬業精神也會潛移默化地影響著學生。

二、基于學科競賽的大學生創新能力培養的保障機制建設

(一)師資力量保障

為機械創新設計大賽組建一支老中青三結合、跨學院的穩定的競賽指導教師組，指導教師組由機械類專業、電氣類專業課程教師和工程實踐與創新教育中心實訓課技師組成。指導教師組中有的教師具備專業理論知識，有的教師具備加工操作能力，能為學生的創新活動提供理論指導、機床操作輔導等技術支持。教師本身不僅有創新意識以及實踐能力，而且有高度的責任感和奉獻精神,將指導工作貫穿于學生創新活動的始終。

通過加強對教師的激勵來不斷提升競賽指導教師積極性，對教師的激勵遵循物質獎勵與精神獎勵并重的原則。學校通過制定《安徽工業大學學科競賽管理暫行辦法》以及一系列政策，極大地提高了獎勵幅度，從制度層面保證機械創新設計大賽的獎勵落實到位。學校每年評選學科競賽先進集體、學科競賽優秀指導教師等，并且學科競賽獲獎成績作為指導教師評獎評優、職稱晉升的參考條件，極大地調動了指導教師的積極性。

(二)組織機構與實踐平臺

學校組建工程實踐與創新教育中心(創新教育學院)，中心現有各類實習實驗場所建筑面積約12 000平方米、各類工程實踐和創新實踐教學實驗設備800余臺(套)，總價值2 000余萬元。中心是實施各級各類大學生學科競賽活動的組織與管理的職能部門，負責組織學生參與學科競賽工作的協調管理。

學校成立“校創新教育與實踐活動領導小組”和“校學科競賽指導委員會”。各學院成立“創新教育活動指導小組”，負責本院學生創新教育活動的日常組織管理工作，與校創新學院共同組織院級、校級、省級、國家級和國際級學科競賽活動。

基于工程實踐與創新教育中心和院級創新實踐平臺，實現了學科競賽多層次多類別、創新實踐基地的開放化、教師指導的全程化、管理的精細化、考核的規范化以及效果的可視化，構建了學科競賽的有效運行模式。

(三)政策保障

學校制定《關于成立安徽工業大學學科競賽指導委員會的通知》、《安徽工業大學大學生創新教育活動管理辦法》、《安徽工業大學大學生創新教育專項經費管理辦法》、《安徽工業大學學科競賽管理辦法》、《安徽工業大學“創新能力試點班”實施方案》、《安徽工業大學教育教學成果(項目)獎勵辦法(修訂)》的通知》、《安徽工業大學績效工資實施辦法(修訂)》、《安徽工業大學大學生創新創業能力學分轉換課程學分管理辦法(試行)》、《安徽工業大學“第二課堂成績單”制度工作實施辦法(試行)》、《安徽工業大學推薦優秀應屆本科畢業生免試攻讀碩士學位研究生遴選工作試行辦法》等文件，建立一套包括參賽組織、培訓輔導、工作量的計算、評獎及獎勵、學分認定等各個環節的管理制度。學校設立專項資金，并制定相應的管理辦法，將每年學科競賽參賽經費列入年度預算，保證學科競賽加工制作、比賽差旅等費用的資金支持。

三、實踐與成效

學生參與競賽人次逐年增加。校院兩級組織積極鼓勵學生參加機械創新設計大賽，鼓舞了學生的學習熱情，促進了學風、教風的優化，學生普遍受益。2018年共有300多名學生參加了競賽，獲得了全國一等獎1項，二等獎3項，學校獲得全國大學生機械創新設計大賽優秀組織獎。還鼓勵學生參加其他機械類創新大賽，如全國大學生工程綜合訓練能力競賽、全國大學生周培源杯力學競賽、全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽、中國機器人大賽、全國“TRIZ”杯大學生創新方法大賽、iCAN國際創新創業大賽、 “浩辰杯”華東區大學生CAD技能大賽(機械類)、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、“互聯網+”大學生創新創業大賽等，學生參加各級各類學科競賽的參與率達78%。

獲獎數量逐年增多。機械類學生創造性思維、工程實踐能力及創造性人格明顯增強。近三年來，機械類學生結合學科競賽產生的創意和設想2萬余條，學生申請專利達60項，授權專利35項。機械類學生在各項賽事中，無論是獲獎的等級、獲獎學生人數、獲獎項目覆蓋面均有良好的發展勢頭。2018年，獲得國際遺傳工程機器設計大賽(iGEM)銀獎1項，國家級三等獎以上82項，省(區)級三等獎以上135項。

畢業生在崗位上顯示出強烈的創新意識與創造能力，受到用人單位的高度評價與歡迎。近3年的畢業生跟蹤調查顯示：在學校參加過學科競賽或申請過專利的畢業生，有90%的到企業工作后能夠盡快地融入到企業技術工作中去，而且擁有專利。90%以上的用人單位認為我校機械類畢業生不僅具有團結精神、動手能力和吃苦精神，還有創新精神。實踐結果表明，以訓練創造性思維、培養創造性人格、掌握創新方法為著力點，以機械創新設計大賽為抓手，拓展到其它類相關賽事，以創造性實踐為路徑，對可持續培養學生的創新能力具有重要意義。