機械專業學生創新與成果保護能力培養研究與實踐

賀秋冬，王思琪，徐 攀

(湖北工程學院 機械工程學院 湖北 孝感 432000)

創新是科技發展的基礎，是國家強盛的不竭動力[1]，創新教育已成為大學生科學文化素質教育乃至整個高等教育的主旨和核心[2]。2017年教育部在新工科建設指南中提出了“樹立創新型工程教育理念，提升學生工程科技創新、創造能力”的意見[3]，創新能力的培養成為高校機械專業人才培養的一個根本目標。創新能力提高的一個重要標志是創新成果的增長。隨著學生創新能力的提高，他們的創新成果大量涌現，但很多學生成果保護意識不強，創新成果專利化比率低，其創新成果沒有得到很好的保護。如筆者所在學校機械專業學生2011年9月至2016年8月的5年內僅申請專利5項。其他學校也有這種情況，如某國家重點大學在培養學生工程創新能力方面收效顯著，但2017年他們統計機電工程學院近5年學生獲得的專利也只有5項[4]。作為科學技術成果的一種重要表現形式——專利被學術界認為是技術創新與技術進步的一項強有力的指標[5]，學生的創新成果如果轉化為專利成果，不僅起到成果保護的作用，也是對他們的創新成果的進一步肯定，有利于這些成果的宣傳與運用，使之發揮應有的經濟效益和社會效益。同時，學生能獲得應有的成就感，反過來進一步激發他們的創新熱情，促進其創新能力進一步提高。總而言之，在技術創新成果專利化—專利標準化—標準壟斷化模式已成為新一輪國際競爭的主要路徑之一[6]、知識產權在國家經濟社會發展全局中的地位和作用顯著提升[7]的今天，培養學生對知識產權創造、開發、保護、管理的意識和綜合素質，在高校創新型人才培養中具有重要的現實意義[8]。本研究以筆者所在學校機械工程學院學生為研究對象，探索在提高機械專業學生創新能力的基礎上，提高成果保護意識與能力的途徑。

1 加強學生創新意識與創新能力的培養

1.1 從新生入學開始創新教育

創新能力的形成需要一個較長的過程，由認識到實踐循序漸進[9]，不可能速成，因此，創新教育有必要從新生入學開始并貫穿大學學習階段的全過程。低年級學生以創新意識和創新思維培養為主，高年級學生以解決工程問題能力培養、形成創新成果為主。學生在進入本科學習階段以前，雖然學習過一些關于創新的知識，了解一些創新的基本概念，但中學階段繁重的作業和升學壓力，使他們缺少創新實踐的時間和機會。進入大學后，盡管他們能自由支配的時間比中學多了很多，但是，很多人覺得創新高大上，離自己還很遙遠，對創新缺乏信心，總想等過一段時間再說，從而錯過了創新能力培養的機會。為了實行全程創新能力的培養，我們在新生入學時就開始抓創新教育，新生的入學教育內容中包括創新的基本概念、目的與意義、介紹往屆學生的創新成果、參觀往屆學生的優秀創新作品實物等，使學生初步了解創新的方法與過程，消除他們對創新的畏難情緒。

1.2 制定創新型人才培養方案

根據筆者所在學校“培養具有社會責任感、創新精神和實踐能力的應用型高級專門人才”的人才培養總目標，結合機械工程學院的特點，制定有利于培養學生創新能力的培養方案。在機械專業人才培養方案中，明確提出，要著力培養學生的創新能力，使學生在掌握機械專業知識的同時掌握基本的創新方法、機械發明與知識產權保護等知識。該培養方案的教學進程表中，設置了通識必修課——創新創業基礎，課程的主要內容之一就是大學生創新精神和能力培養；設置了機械創新設計課程，這是一門以培養學生創新意識、啟發創新思維和介紹創新方法的專業選修課；培養方案還在畢業條件中規定學生課外的創新創業實踐活動不低于4學分，這些活動每學期認定一次，申請專利、參加創新創業實踐活動等可折算為學分，有利于培養學生主動進行創新實踐的能力。

1.3 課堂教學與創新活動相結合

在課堂教學中，我們結合學生的創新需求講授有關教材內容。例如在第六屆全國大學生機械創新設計大賽(內容為教室用設備和教具的設計與制作)申報期間，我們在講授機械原理課程的凸輪機構時，每種凸輪機構使用了一個教具，這些教具重量大、體積大，攜帶不方便，于是啟發學生，可以聯系創新方法中的組合創新，結合競賽要求設計一種組合教具，結果有學生設計了一種將7種凸輪機構教具組合在一起的凸輪機構教具，減少了教具的總重量和體積，便于攜帶，該設計獲授權實用新型專利。又如在學生構思無碳小車的設計(第四屆全國大學生工程訓練綜合能力競賽內容)期間，在講授機械設計課程中的滾動軸承時，結合無碳小車可能用到的結構和零件進行講解。學生在無碳小車的設計與制作過程中，為了減輕小車的重量，采用了內徑2-3 mm的微型滾動軸承，經多方查找，市場上沒有合適的能與之配套的軸承座。于是，我們指導學生自己設計了一種結構簡單的微型滾動軸承座，該設計獲授權發明專利。

1.4 實踐教學與創新活動相結合

1)在課程設計中引入創新內容。機械專業的多門課程都有綜合性實踐教學環節——課程設計。傳統的課程設計都有固定的設計內容，如機械設計課程設計是對機械專業學生進行的一次機械設計訓練，培養大學生分析和解決工程設計能力[10]，要求學生綜合運用機械設計課程和其他先修課程的知識分析和解決機械設計問題，使學生所學知識進一步鞏固和深化。該課程設計現有很多種不同版本的教材或指導書，主要設計內容都是機械傳動系統中的減速器。由于設計內容雷同，網上大量的相同設計可以下載，計算過程、設計說明書和圖紙都有現成的，很多學生下載后稍作修改就行了，對學生的創新要求不高。針對這種情況，我們將教師的科研課題、校企合作項目或由教師確定的其他適合學生做的內容補充到課程設計中，學生可以自擬題目，經教師審查工作量、可行性后可批準其作為課程設計的內容。由于課程設計時間較長，且全過程都有教師在現場指導，方便及時解決設計中遇到的問題，這給學生提供了進行創新設計、提升創新能力的大好機會。如“對旋軸流式通風機的設計”“具有不同潤滑液面高度的齒輪減速器的設計”“對旋軸流局部通風機及通風系統設計”“雙級軸流式通風機及通風機組件”“傳動裝置及驅動設備”“一種旋轉書架”等創新設計成果都是在該教學環節完成的。

2)在畢業設計中引入創新內容。畢業設計是機械專業實踐性教學的最后一個環節，旨在提高學生綜合運用所學理論、知識和技能解決實際工程問題的能力。題目和設計要求通常由教師確定，為了培養學生的創新能力和解決實際問題的能力，教師在出題時盡可能多出與生產、科學研究任務結合的現實題目，少出或不出虛擬題目。如機械專業2019屆畢業的學生中多人選擇了校企合作項目——一種全自動香菇接種機設計，在老師的帶領下，學生進行了市場調查，走訪了用戶，了解了現有同類設備使用情況，結合生產企業的廠房設備狀況，與企業技術人員、指導老師共同確定了總體設計。施工設計在老師指導下由學生完成，設計內容既有分工，又有協作。設計主要工作在企業完成，設計過程中師生與企業科研人員可以直接接觸和交流，不斷對設計進行完善與補充。在按時完成企業設計任務的同時，學生也完成了自己的畢業設計，還申請了“一種菌包打孔裝置”“一種香菇接種方法”“一種香菇自動接種機”等多項專利。還有如“三級軸流式通風機及通風系統的設計”“車載存放裝置及自行車的設計”“機器視覺測量裝置的設計”“一種紙棧板的紙板包邊系統及包邊方法”等畢業設計中完成的創新成果也都是教師的科研項目內容。

1.5 引導學生參加科研立項和科技競賽

1)為營造良好的科研氛圍，培養大學生的創新精神和實踐能力，推動學生課外學術科技活動的蓬勃開展，學校每年都會開展多項科研創新活動。主要有一年一度的大學生科研立項，130項左右，其中有適合機械專業學生申報的機械與控制類項目，近年主要成果有“雙層自行車車庫”“一種晾鞋架”“一種螺紋車刀夾具及車床”等；還有年度“大學生創新創業訓練計劃”項目，100項左右。近年機械專業學生的主要成果有“醫院專用多功能治療車”“一種自行車貨架”“高效對旋軸流式通風機及通風系統”“同軸式圓柱齒輪傳動裝置”等。

2)科技競賽是培養學生創新能力的一種重要方式。適合機械專業學生參加的科技競賽很多，如教育部高等學校機械學科教學指導委員會主辦的“全國大學生機械創新設計大賽”、教育部高等教育司舉辦的“全國大學生工程訓練綜合能力競賽”、教育部等主辦的“互聯網+大學生創新創業大賽”、教育部學校規劃建設發展中心主辦的“應用型人才技能大賽”，共青團中央、中國科協、教育部等多部門舉辦的“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽等。近年機械專業學生的主要創新成果有“高樓逃生用降落裝置及消防應急逃生裝置”“可自收集的手動蘋果采摘器”“一種蘋果人工采摘機械裝置”“停車架及自行車立體停車系統”“薄膜鋪設組件及薄膜鋪設裝置”等。此外，我們還組織學生積極參與學校與當地政府共同舉辦的如“金點子”“創新創業路演”等創新創業活動。這些大賽和創新創業活動對激發大學生的創新意識、學會創造性思維、創造性地解決實際問題起到了重要作用，成為學生創新成果的來源之一。

1.6 提供更好的創新實踐環境條件

為提高學生的創新能力，除了必須為學生提供解決實際工程問題、參與創新設計和科學研究與工程項目的機會，更要提供優越的環境條件。為此，我們創建了開放式的實驗室與機械專業創新創業實訓中心組成的創新實踐平臺，購置了價值數百萬元的學生創新設計與制作需要的3D打印機、智能機器人、數控機床、三坐標測量儀等儀器和機械加工設備。學生的創新設計，很快就能通過機械加工設備或3D打印機把模型或實物制作出來，為驗證、修改、完善設計創造了很好的條件。例如，學生在無碳小車制作時，很多復雜零件在完成3維造型后，使用3D打印機制作，不僅縮短了制作時間，降低了制作成本，而且操作比普通機加工設備的人身安全性高。學生創新過程需要的實驗數據、實物制作都是通過該平臺完成的。通過創新實踐平臺，學生能加工出自己設計的實物，獲得真實的實驗結果，為進一步驗證、改進創新設計提供了依據，有利于激發學生的探索和學習興趣，在實踐過程中提高創新能力。

2 培養學生的成果保護意識與成果保護能力，促進創新成果專利化

2.1 開展創新成果和知識產權的宣傳活動

為研究成果提供宣傳是鼓勵創新的一個重要方式，能提高專利數量和質量。在筆者所在學校機械工程學院的宣傳欄和網站，全年都能看到定期更新的對學生創新成果與專利成果的宣傳內容。此外，通過舉辦專利知識宣傳、專利先進表彰等宣傳活動，在師生中推動形成“尊重知識產權、保護知識產權、從知識產權保護中受益”的氛圍。

2.2 專利講座、課堂教學與教師指導相結合

機械專業大部分學生知識產權知識欠缺，專利保護意識薄弱，缺乏對專利文獻檢索和分析的技能，很多學生在創新實踐中，雖然有了好的創新成果，但他們不知道如何認定其是否有新穎性、創造性和實用性，是否適合申請專利，也不知道申請文件如何撰寫、申請的步驟怎樣等，喪失了獲得知識產權的機會。為此，我們的做法是：

1)聘請專利代理公司或當地知識產權局的專家給師生作講座，介紹專利制度的形成和發展、專利戰略、專利申請的客觀和實質條件、申請的程序、專利說明書以及權利要求的撰寫、可能發生專利侵權的情況等專利知識。

2)設置了專業選修課——文獻檢索，在課堂教學中通過案例教學、系統演示、實例研討等多種教學方法，提高學生對專利文獻的收集、整理、加工和運用能力。

3)由熟悉專利相關知識的教師對學生進行具體幫助與指導，使學生在創新成果專利化過程中遇到的各種問題能得到及時解決。

2.3 定期舉辦學術沙龍活動

在機械工程學院內部，由團支部和學生工作辦公室組織學生定期舉辦學術沙龍，邀請企業專家、創業成功校友、指導學生創新活動經驗豐富的本校教師進行交流互動，請專家聯系所在企業介紹產品創新及專利保護的重要性及所在企業專利的申請、實施、產生的效益等情況，并請專家和教師對學生的創新設計方案進行點評。通過舉辦學術沙龍活動，不僅讓學生增強了在科研、創新創業、知識產權保護方面的學識與能力，還增加了與企業家、專業教師溝通互動的能力。因為這種方式生動活潑，彌補了創新教育中課堂教學的不足，效果比課堂講授更好。

2.4 發揮學生傳幫帶作用

高年級學生，特別是大四的學生面臨考研、就業，即使有了創新成果或者創新設計的方案，他們畢業前來不及將其轉化成專利成果，可能放棄轉化；低年級的學生有時間，也有熱情，但是創新能力不足，沒有創新成果或有創新成果不知道如何轉化成專利。于是我們采用高低年級之間學生傳幫帶的辦法。將那些已有專利成果申請成功經驗或已有創新成果的高年級學生和低年級學生組合成項目研究小組，由高年級學生對低年級學生進行傳幫帶，成果合作完成，共同署名。如專利“三級軸流式通風機及通風系統”“一種物品固定裝置及管件上的固定裝置”“一種香菇自動接種機”等都是高年級學生的畢業設計內容，因有低年級學生參與，高年級學生畢業時還沒有完成專利申請的，低年級學生繼續完成專利申請。第八屆全國大學生機械創新設計大賽的創新成果“可自收集的手動蘋果采摘器”“自行車停車架及折傘式停車系統”“停車架及自行車立體停車系統”等都是通過傳幫帶的方式完成參賽與專利申請的。通過傳幫帶的方式既解決了高年級學生來不及成果專利化的問題，又解決了低年級學生創新能力不足或有創新成果不會專利化的問題。

2.5 資金支持、物質獎勵與精神鼓勵相結合

1)學校對每年經評選立項的130項左右的校級學生科研項目及100項左右的創新訓練計劃項目給予資金、平臺、安排指導教師等全方位的支持，鼓勵學生利用項目研究成果申請專利，結題后專利申請費用予以報銷。

2)舉辦各種創新創業活動，對獲獎學生進行表彰，并給予物質獎勵。如學生的專利成果“薄膜鋪設組件及薄膜鋪設裝置”在學校舉辦的“金點子”大學生創業創意大賽獲得一等獎并獲獎金2000元，在學校與當地政府共同舉辦的創新創業項目路演活動中獲創新創業獎并獲獎金5000元。

3)對取得專利成果的學生及時進行宣傳與表彰，并在評優評先(如三好學生、優秀學生干部、優秀畢業生、獎學金評定等)時，同等條件下優先。

4)對專利申請按項計算創新活動學分，使學生在完成專利申請的同時，完成學習任務。

5)鼓勵教師對學生進行專利申請的指導。學校對在創新實踐活動中學生獲獎或授權專利的指導教師，根據獲獎的級別或授權專利的類別，給予不同的課時補貼或獎金，充分發揮教師的積極性。

3 研究成果應用效果

本研究開展以來，在筆者所在學校機械專業教學過程逐步應用并不斷完善，機械專業學生創新意識和能力逐步提高，創新成果數量明顯增長、質量明顯提高，特別是創新設計轉化為專利成果的能力大幅增強。

經統計，2011年9月至2016年8月本研究開展前的5年內，機械專業學生申請專利僅5項，其中發明專利1項，實用新型專利4項；而2016年9月至2019年8月本研究開展后3年內，機械專業學生申請專利達到44項，其中發明專利10項，實用新型專利34項。圖1為本研究開展前后專利申請數對比圖。

圖1 研究開展前后專利申請數對比圖

從圖1可以看出，本研究開展前年均申請專利1項，本研究開展后，年均申請專利14.7項，研究開展后的年均專利申請數為研究開展前年均申請數的14.7倍，年均專利申請數大幅度增長。從圖1還可以看出，本研究開展前年均申請發明專利0.2項，研究開展后，年均申請發明專利3.3項，后者為前者的16.5倍，增長幅度更大。

本研究項目開展前，學生申請的專利成果中發明專利占比20%，實用新型專利占比80%；而研究項目開展后，發明專利占比23%，實用新型專利占比77%。研究開展后發明專利的占比提高了，說明專利成果的質量也得到提升。

專利成果的運用情況如圖2所示。由圖2可知，有11項應用于學生科技競賽，占比25%；有1項提供給事業單位使用(合作項目成果)，占比2%；有8項提供給生產企業使用(合作項目成果)，占比18%；有1項由發明人自主創業使用，占比2%；其他23項暫未運用，占比53%。由此可見，成果目前的轉化率還有待提高。

圖2 研究開展后學生專利運用情況

專利成果的取得還對學生在就業、創業與考研等方面有直接幫助。如一名學生因熟悉專利的相關知識，且有自己的專利成果，畢業時被一家知識產權公司錄用從事知識產權工作；一名畢業生運用自己在學校的專利成果自主創業；多名畢業生考研時因有自己的專利成果被優先錄取。

4 結語

以筆者所在學校機械工程學院學生為研究對象，通過對學生創新意識與創新能力、成果保護意識與能力培養的研究與實踐，結果如下：

1)從新生入學開始進行創新教育、制定創新型人才培養方案、課堂教學與創新活動相結合、實踐教學與創新相結合、引導學生參加科研立項和科技競賽、提供更好的創新實踐環境條件等方法，有利于學生的創新意識與創新能力的提高，多出創新成果。

2)通過開展知識產權和創新成果的宣傳活動，專利講座、課堂教學與教師指導相結合，舉辦學術沙龍活動，發揮學生傳幫帶作用，資金支持、物質獎勵與精神鼓勵相結合等方式，提高了學生的成果保護意識與成果保護能力，促進了創新成果專利化，提高了專利成果的數量和質量。

3)學生的專利成果轉化率還有待提高，今后的研究需進一步關注學生專利成果的推廣和運用，如通過大學生創業基地、校企共同開發、學生專利成果孵化器等方式，提高科技成果的轉化率，促進其商業化，更好地發揮其經濟價值。