試析機械工程專業創新能力的培養
——以金陵科技學院數字化設計與制造創客班為例

趙海霞，王珺，郭語，李曉暉

（金陵科技學院機電工程學院，江蘇南京 211169）

21世紀以來，社會經濟快速發展，全球科技日新月異，智能制造發展迅猛，信息技術已廣泛深入到各行各業，信息技術正孕育著新一輪的工業革命。美國制定了“先進制造業國家戰略計劃”，德國也適時推出了“工業4.0”戰略，而我國也對此提出了宏偉目標：到2025年，我國要增強創新能力，提高勞動生產率，使制造業的智能化、服務化、綠色化水平達到國際先進程度，中國制造要從制造大國邁入制造強國行列。為此，教育部高等教育司印發的《關于開展新工科研究與實踐的通知》明確指出：以新技術、新業態、新模式、新產業為代表的新經濟蓬勃發展，對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創新[1]。在此目標和要求下，各高校也紛紛提出了改革舉措。機械工程專業構建一套適合創新能力訓練的人才培養體系勢在必行。

一、機械工程專業人才培養的現狀

目前，我國大部分高校仍然保持著工業時代的教育理念和專業特色，缺乏創新，很難適應市場經濟的發展需求，具體表現為[2-5]：

（一）課程設置落伍，不滿足時代要求

各高校的課程設置依據為教育部下發的專業目錄，這具有很大的局限性，無法滿足時代發展給機械工程專業提出的新要求；專業課程往往自成體系，專業課程間互相割裂，難以做到相互協同，不利于學生綜合能力的培養；課程體系缺乏創新意識、創新能力培養和素質教育的內容，不利于培養學生的創新能力。

（二）教學形式單一，實踐環節薄弱

目前，國內高校的教學形式主要是以課堂集中授課和集中實踐兩部分組成。其實，這種單一的教師講、學生聽的教學形式很難取得良好的效果。一方面，中小學時代十多年的灌輸型教學形式已使學生失去了新鮮感，進而學生會產生厭倦感，失去學習積極性和主動性。另一方面，集中式教學很難讓學生有思考的時間。

（三）學科交流不夠，缺少跨專業培養

專業教學除最后的畢業設計外缺乏綜合性環節，沒有全局觀。由于各學科集中所有資源發展本專業，因而各學科之間缺乏交流與融合，這使各學科在無形之中產生了隔閡，給復合型人才創新能力的培養造成了巨大的障礙。

（四）校企合作流于形式，未能落到實處

目前，校企合作還處在初級階段，往往是高校和企業簽訂一份協議，企業為高校提供一個校外實習基地。企業并未真正參與到高校的教學和人才培養中。同時，高校也沒有根據企業的發展需求而改變課程設置和教學內容，導致人才培養與產業的發展協同性不夠、畢業生與市場需求匹配度偏低的問題并未得到真正解決。

（五）考核形式單一，難以調動學生的積極性

國內高校的考核基本上以期中、期末考試或考查的方式進行，考核內容往往是教師集中授課時講的知識點和范圍，學生只要按教師講的內容進行復習就能取得好成績。這種考核方式很難調動學生學習的積極性和自覺性，也不利于學生動手能力、創新意識和創新能力的培養。

二、通過創客班培養機械工程專業學生創新能力的實踐舉措

為了更好地培養具有創新意識的工程應用型人才，我校機械工程專業于2016年開始在每屆大一新生中開辦數字化設計與制造創客班（以下簡稱創客班），創客班至今已延續4屆。

（一）項目化教學，變被動接受知識為主動創新

創新的根源在很大程度上來源于興趣。以往的教學主要是以課堂授課的形式來進行的，當學生掌握了專業課程中的基本概念、基本理論后，教師再進行實踐教學往往會使學生處于被動學習的狀態。創客班以提高學生的動手實踐能力和創新能力為主要目的。創客班的基本組織形式是不同的項目組，學生根據自己的興趣、愛好，本著自愿組合的原則自行組成項目組，每組有4-5人。每個項目組安排合適的教師對學生進行指導，師生一起在教學中實踐，在實踐中教學。在創客班中，教師由以往教學的領導者變成創新活動的引導者和學習的輔導者，學生成為學習與創新的主體。創客班的各項目組既可以按學生興趣自擬研究課題，也可以對教師給的科研課題進行拓展創新。教師可以通過鼓勵學生參加各級學科競賽、自主創業，提高學生學習的積極性，這能極好地培養學生的自主創新能力。

（二）課內課外協調統一，變學知識為學方法

機械工程是以相關的自然科學和技術科學作為理論基礎，結合生產實踐過程中的經驗技術，研究和解決在設計開發、生產制造、安裝和修理各種機械中的全部理論和實際問題的應用學科[6]。創客班可以作為低年級學生理論學習之余的課外興趣班，教師可以根據學生的學習內容提出學生專業知識拓展的方向與研究計劃，項目研究側重于數學模型和力學模型的建立與分析。創客班在高年級階段則是課程設計、動手實踐和畢業設計的自然團隊，項目研究側重于工程樣機的制作、光機液電氣方案的綜合等內容。教師可以靈活地增加3D打印、人工智能、智能機械和現代工藝等相關方面的知識，突破原有的以機械為主的傳統教學內容，融入智能控制等新知識、新技術，實現項目研究進展與學生課內學習內容的同步。教師的指導要以專業資料的檢索、信息的歸納與分析、工程項目的協同管理等內容為主。教師對學生的啟發可以幫助學生掌握科學研究與工程開發的基本方法，提高學生的創新意識和綜合素質。

（三）加強學科融合，培養復合型創新人才

機械工程學科與其他學科的交叉融合可以為創新提供更為廣闊的天地。創客班以研究項目為教學載體，好的立項尤為重要。我們聘請校內外專家組成項目開題答辯小組，每屆創客班均要認真審核申報的項目課題，加大對多學科交叉項目的立項支持。如，立項的“適用于FDM型3D打印機的自動換絲噴頭”“玻璃幕墻清洗機器人”等項目都是涉及機械、控制、材料、工業設計等多學科的交叉復合型課題。項目組的學生團隊以機械專業的學生為主體，電氣、材料等專業的學生柔性參與。指導教師團隊也是多學科的教師分階段介入指導，保證學生可以在項目的整個研發周期內在多學科平臺開展工作。

（四）以賽代學，打造創新平臺，營造競爭氛圍

機械工程專業要求學生要具備較強的實踐能力和工程應用能力，要求學生要具備創新意識和創新思維，因此，為學生打造切實可行的創新平臺尤為重要[7]。各類國家級、省市級學生科創活動及競賽就是一個很好的平臺。學生參加學科競賽既可以檢驗創客項目的質量，又能磨煉學生的意志品質。我校“數字化設計與制造創客班”依據項目化教學的優勢，不僅積極鼓勵學生參加“大創”“大挑”“互聯網+”等各類競賽，而且還結合自身專業特色先后組織多次機械創新設計大賽、工程訓練綜合能力競賽，并推舉優勝者參加省市級、國家級大賽。這種層層選拔的方式營造了競爭氛圍，能激勵學生不斷進行自主創新。競賽在提高學生的專業知識水平和實踐動手能力的同時，也能提高學生的創新能力和綜合素質。

（五）完善校企合作模式，促進產教融合

黨的十九大報告明確提出要“深化產教融合、校企合作”。然而，由于學校和企業之間存在文化差異，學校和企業對“產教融合、校企合作”的理解和認識也會不同，這使校企合作還有很大的發展空間。創客班獨特的教學組織形式更有利于探索一種新的校企合作模式，企業的優質資源能在學生創新能力的培養上發揮最大的效果，學生的創新活動也具有了一定的產業背景，從而實現有效創新，避免為了創新而“創新”。“數字化設計與制造創客班”采取了以下舉措：其一，建立“雙師團隊”。聘請企業導師參與項目指導工作，企業導師全程參與到創客項目的立項、管理、設計開發、樣機制作、實驗測試、成果轉化等過程中。企業導師的指導能使學生加強理論學習與實踐能力的融合，培養學生的工匠精神。企業導師的指導在提升學生專業技能的同時，也能賦予創客項目產業化背景。其二，設立以企業命名的創客班獎學金。具有創新意識的學生是企業急需的人才，創客班與企業的深度產教融合能培養符合企業需求的人才，也能使學生更了解企業文化，實現學生與企業的“雙贏”。許多創客項目來源于企業的實際需求，學生能在企業開展創客項目，為企業的發展作出貢獻。華偉納精密工具有限公司、南京耘瞳科技有限公司等企業設立了學科競賽獎學金，表彰表現優異的優秀學生，這進一步激發了學生的創新熱情。

（六）增加創新性測評，靈活地調整考核機制

創客班需對考核機制進行相應的修訂和完善。創客班要結合培養目標和畢業要求增加創新測評等環節，制定學生學分及成績認定與測評相結合的考核新機制。創客項目全周期的總學分設置為8個學分，可折抵課內選修課學分，項目立項、方案設計、樣機制作、技術報告四個階段各占2個學分，各個階段按項目進度由指導團隊靈活考評。創客班可以增加創新性實踐活動、創新性課題研究等測評活動。機械創新設計大賽等學科競賽和校企合作的實習安排與考核、申請發明專利和論文發表等都可以按相應比例換算成獎勵性學分，可折抵綜合素質課外學分。靈活完善的考核機制能避免機械工程專業課內教學與課外教學的沖突，解決了創客班學生的后顧之憂。

三、機械工程專業創新能力培養的成效

在教學形式、考核機制不斷創新的背景下，創客班對學生創新能力的培養取得了顯著成效：

1.創客班的全程項目化教學極大地激發了學生的創新激情與學習積極性，拓寬了學生的知識面，使學生的能力培養更符合企業發展的需要。各級機械創新設計大賽的舉辦和校企合作的不斷深化是學生創新能力培養的有效方式。校企合作培養了學生勤于思考、善于動手的能力，有益于提升學生解決問題的能力；學生在實踐過程中不斷解決問題能培養學生的科學研究能力和創新思維能力；創客班能很好地培養學生的團隊協作意識，能使學生適應新時代發展的需要[7]。

2.創客班的成立實現了課堂理論教學與課外實踐活動的交叉協同進行。學生能在創客項目實踐中不斷發現自己存在的不足。學生通過創客項目能提出有針對性的問題，幫助教師了解學生的學習需求，增強師生互動。與此同時，創客班能給學生提供很好的實踐機會，提高學生的動手能力和創新能力，增強學生的團隊協作意識和責任意識。

3.2017級“數字化設計與制造創客班”已完成了1個周期的培養，參加全國機械創新設計大賽等國家級學科競賽并獲獎的有12人，參加省級學科競賽獲獎的有15人；2017級“數字化設計與制造創客班”獲江蘇省“大學生創新創業訓練計劃項目”立項8項，申請發明專利12項，實用新型專利18項，軟件著作權1項；學生發表學術論文7篇。創客班的實踐取得了良好的培養效果。

四、結束語

發展是永恒的話題。機械工程專業創新能力的培養還處在不斷探索之中。為了更好地適應快速發展的社會科技革命和產業變革，滿足各企業的聘用需求，機械工程專業還需對課內外、校內外、產學研相融合的培養模式不斷進行完善，培養出更多具有創新意識和創新能力的高素質人才。