高校機械工程類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)研究與實踐

高虹霓　瞿玨　劉曉衛(wèi)　曾番

摘? 要：在分析當前機械工程類專業(yè)創(chuàng)新教育現(xiàn)狀、創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標以及急需解決的關鍵問題基礎上，重點研究“中國制造2025”背景下提升機械工程類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的主要途徑，并結合空軍工程大學機械工程類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實踐，總結歸納在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面的主要經(jīng)驗做法，對高校機械工程類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)具有參考價值。

關鍵詞：機械工程專業(yè)；創(chuàng)新人才；人才培養(yǎng)；創(chuàng)新能力；教育目標

中圖分類號：C961? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）26-0160-04

Abstract： On the basis of analyzing the current status of innovation education of mechanical engineering specialty， the goal of innovation talent training and the key problems that need to be solved， the main ways to improve the innovation talent training of mechanical engineering specialty under the background of "Made in China 2025" are emphatically studied. And combined with the practice of cultivating innovative talents in mechanical engineering majors at Air Force Engineering University， the main experiences and practices in cultivating innovative talents are summarized， which is reference value to the cultivation of innovative talents for mechanical engineering major in universities.

Keywords： mechanical engineering specialty; innovative talents; personnel training; innovation ability; educational objectives

“中國制造2025”給機械工程類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)提出了極大挑戰(zhàn)與機遇，從“中國制造”到“中國創(chuàng)造”，機械加工發(fā)生了轉變，從傳統(tǒng)轉變?yōu)橹悄芑Ｔ诖吮尘跋拢咝C械工程類專業(yè)應當面向未來智能制造培養(yǎng)具有機械創(chuàng)新設計能力的高素質、復合型的機械工程技術人才[1]。

一? 機械工程類專業(yè)學生創(chuàng)新教育目標

機械工程類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)是學生在完成本專業(yè)基礎知識學習后，在創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維的合力激發(fā)下，通過教師的創(chuàng)新教學行為和學生的創(chuàng)新學習過程，綜合運用先進制造、智能和信息等技術，采用類比、逆反、組合、還原和仿生等創(chuàng)新技法，能夠集成創(chuàng)新設計智能類產(chǎn)品或改進智能生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)學生創(chuàng)造能力的教育活動[1]。目前還存在創(chuàng)新教育認識不足、教師創(chuàng)新能力欠缺、教學模式方法僵化、學生創(chuàng)新知識水平不夠及創(chuàng)新活動時間有限等諸多問題。為此，機械工程類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標在專業(yè)培養(yǎng)基本目標的基礎上，還應基于牢固的專業(yè)知識與技能，提高學生獨立的創(chuàng)新品質和深刻的創(chuàng)新實踐體驗，以及具備強烈的團隊協(xié)作精神與協(xié)作能力。

“中國制造2025”為我們培養(yǎng)創(chuàng)新人才指明了方向，為此機械工程類創(chuàng)新人才培養(yǎng)需重點解決以下關鍵問題：建立全校全員創(chuàng)新教育意識；按照機械類創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標，建立課程體系和教學與考核體系，構筑新的教學模式，在整個教學過程中應當貫穿創(chuàng)新意識、創(chuàng)新素質和創(chuàng)新能力的培育，激發(fā)創(chuàng)新潛力，提升創(chuàng)新品質；研究如何從“教”與“學”的動態(tài)關系上全面評價教師與學生及其教學行為，激發(fā)創(chuàng)新教育的積極性和主動性，提升創(chuàng)新素質、創(chuàng)新精神；研究學科建設與本科教育的關系，以及如何以學科為龍頭，提高學科整體水平，促進和凸顯高校本科專業(yè)特色優(yōu)勢，開展與本專業(yè)密切相關的課外科技創(chuàng)新活動，培養(yǎng)課外科技活動創(chuàng)新體系，構筑學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的展現(xiàn)平臺；研究學校與企業(yè)聯(lián)合、產(chǎn)學結合的模式、機制、規(guī)律、方法和實施規(guī)則，促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

二? 機械工程類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)途徑研究

培養(yǎng)創(chuàng)新人才應把握“廣、實、新、活”的基本原則。“廣”是指課程體系設置應當寬泛、專業(yè)基礎扎實；“實”是指教學內(nèi)容應當管用實用，重點強化實踐環(huán)節(jié)；“新”是指教材內(nèi)容要新穎，始終追蹤科技前沿；“活”是指“教”與“學”的方式方法要靈活多樣。

（一）? 加強教師創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力

教師自身創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的高低，對學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)有著直接的影響，教師只有不斷將創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神潛移默化地傳遞給學生，才能進一步激發(fā)和推動學生創(chuàng)新思維能力的發(fā)展演進[2-3]。對機械工程類專業(yè)學生而言，創(chuàng)新的途徑：一是研究現(xiàn)有機器或機構，發(fā)現(xiàn)不足之處，加以改進，這是改造創(chuàng)新；二是把一個機器的設計用在另一個機器上實現(xiàn)新的用途，這是應用創(chuàng)新；三是標新立異，全新設計，解決新的問題，這是發(fā)明創(chuàng)造。其實創(chuàng)新的本質是要求具有開放的思維，善于觀察、研究，發(fā)現(xiàn)問題，找到解決問題的方法。如果能夠發(fā)現(xiàn)生活或工作中的諸多不便，利用機械設計的方法進行設計，使生活和工作變得更方便，這就是創(chuàng)新。所以教師應告訴學生，不能把創(chuàng)新想得太難，把設計想得太高，更不要有任何畏懼心理，其實創(chuàng)新就在身邊。

（二）? 優(yōu)化創(chuàng)新教育課程體系

創(chuàng)新教育要貫穿人才培養(yǎng)的全過程，應當構建集通識與專業(yè)教育、創(chuàng)新教育與實踐于一體的全新創(chuàng)新教育課程體系，使學生能夠完成從創(chuàng)新意識形成、創(chuàng)新知識儲備到創(chuàng)新能力提高的完整鏈條式培塑過程[4]。主要包括：①通識教育，通識教育階段應圍繞創(chuàng)新意識和創(chuàng)新知識儲備，分步驟地開設，諸如創(chuàng)新基礎、創(chuàng)新方法等通識課程[4]。通過邀請校內(nèi)外、國內(nèi)外知名學者專家做學科前沿和發(fā)展動態(tài)的講座和報告，使學生了解學科研究的最新動態(tài)，擴大視野和知識面。②專業(yè)教育，調整課程體系，在專業(yè)任選特色課程中增加機械創(chuàng)新設計、智能制造、人工智能、機器人和PRO/E、UG、CATIA等應用課程，增加實踐教學環(huán)節(jié)，突出設計綜合性和工程性。在機械工程類專業(yè)課程教學過程中，改革課堂教學模式，加強創(chuàng)新教育，有機將專業(yè)教育與創(chuàng)新教育融為一體。③創(chuàng)新教育，舉辦創(chuàng)新教育培訓，介紹做科研和搞創(chuàng)新的方法，對于選擇創(chuàng)新項目，查找文獻資料，撰寫學術論文和研究報告，申請專利和軟件著作權等都應對學員做知識傳授；形成創(chuàng)新訓練、教育、實踐、師資綜合作用的機械工程類專業(yè)學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系，充分激活學生創(chuàng)新意識，全面激發(fā)學生創(chuàng)新思維潛力，不斷提升學生的創(chuàng)新實踐能力。

（三）? 探索新型課堂教學方法

課堂教學是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的關鍵環(huán)節(jié)。教師所要做的不是如何原封不動地“復制”出書本知識并強制性地將其“粘貼”到學生大腦，把學生培養(yǎng)成懂知識的“機器人”，而是要探尋如何從內(nèi)心深處激發(fā)學生強烈的求知欲望，由內(nèi)而外地引導學生去探索和認知客觀世界，培養(yǎng)成能思考的人。不會思考就談不上創(chuàng)新，要真正提高教學質量，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，就是設計一個包括講授指導、自學總結、獨立實踐的切實可行的教學程序，促進學生動腦、動口、動手，將教師在課堂主導作用的發(fā)揮與學生主觀能動性的激發(fā)有機結合。為此，在課堂教學中，教師應當把主要精力放在探討適宜于具體教學內(nèi)容的各種教學環(huán)節(jié)上，通過形式多樣的方法手段激發(fā)學生的學習興趣，從內(nèi)心深處充分調動其主觀能動性，以達成培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維能力之目的。

（四）? 拓寬創(chuàng)新能力培養(yǎng)渠道

企業(yè)是學生的就業(yè)主渠道，學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應以企業(yè)對學生創(chuàng)新能力的需求為牽引，加強高效創(chuàng)新人才培養(yǎng)的針對性。從企業(yè)訴求的視角，應當積極參與高校人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐過程，即可發(fā)揮企業(yè)的平臺優(yōu)勢又可契合企業(yè)的人才需求；從學生的視角來說，應當進一步明確個人的發(fā)展規(guī)劃，充分利用企業(yè)實踐平臺提升個人的創(chuàng)新能力；對學校而言，通過三方的通力合作既促進了創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的多元化融合，又逐步構建了應用型人才培養(yǎng)的特色與文化[1]。加強大學與企業(yè)合作，同時可構建院校內(nèi)外、實踐基地等創(chuàng)新能力培養(yǎng)渠道。

（五）? 開展有效實踐性教學

在人才培養(yǎng)計劃中優(yōu)化課程設置，增加實踐性教學環(huán)節(jié)。實驗內(nèi)容緊貼學科發(fā)展最新動態(tài)，融入專業(yè)新技術、新理論。同時順應時代發(fā)展的新要求，體現(xiàn)實驗內(nèi)容的時代性、信息化和綜合化特質，提高綜合性、設計性和研究性的實驗內(nèi)容比重，合理配置技能訓練實驗和綜合設計實驗，使傳統(tǒng)實驗與虛擬實驗相結合，構建機械專業(yè)“多層次、立體化”的實踐教學體系。大一、大二注重思維與學習能力培養(yǎng)；大三、大四注重工程實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)。將課內(nèi)與課外、校內(nèi)與校外等多種實踐性教學活動計入實踐學分，由單項實踐到綜合實踐、由技術探究到工程創(chuàng)新，通過開放性實驗、多樣化實習、自主式課程設計、創(chuàng)新性學科競賽、畢業(yè)設計和崗位認證等環(huán)環(huán)相扣的實踐環(huán)節(jié)，逐漸完成基本技能、專業(yè)技能、綜合技能及科研創(chuàng)新能力訓練四個層面。

（六）? 構建競賽訓練體系

從目前來看，機械工程類專業(yè)大學生競賽主要有機械創(chuàng)新設計大賽、力學競賽、大學生信息技術大賽、先進成圖技術與產(chǎn)品信息建模大賽和機器人競賽等，這一系列競賽為培養(yǎng)機械類專業(yè)創(chuàng)新人才提供了非常重要的實踐平臺，其旨在促進教育觀念轉變，改革人才培養(yǎng)模式，增強大學生的自主創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適應“中國制造2025”目標所需要的高水平精英型創(chuàng)新人才。

（七）? 建立科學考核評價方法

充分考慮用人需求和學生實際，改革學分評價制度，設立高校創(chuàng)新獎學金，增加創(chuàng)新學分的比重，激發(fā)學生積極主動地加入各類創(chuàng)新實踐活動中。創(chuàng)新學生評價機制，改革傳統(tǒng)的以理論考核為主的考核方式，創(chuàng)新復合型的綜合能力評價方式方法，構建一套以激勵學生自覺創(chuàng)新、主動創(chuàng)新的評價導向體系，調動學生內(nèi)在的創(chuàng)新潛質與意識，形成良性的校園創(chuàng)新氛圍與創(chuàng)新文化[3]。

三? 機械工程類專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)實踐

（一）? 基于“五個結合”培養(yǎng)教師隊伍創(chuàng)新活力

通過實踐，我們探索出教師創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)“五個結合”的途徑。

1? 理論與實踐相結合

在教研室掀起學習創(chuàng)新理論、心理學和教育學高潮，形成時時想創(chuàng)新，處處談創(chuàng)新的教學氛圍，有的放矢地進行教學實踐，提高教師教學創(chuàng)新水平。同時組織教師到企業(yè)代職培訓、到科研院所學習提高等，加強教師工程實踐經(jīng)驗積累，提升他們指導學生創(chuàng)新活動的能力。注重人才引進，大力聘請企業(yè)、地方高校的兼職教師，建設由專業(yè)工程技術人員和管理人員組成的教師隊伍，兼職指導學生參加各種大賽等創(chuàng)新實踐活動。

2? 指導與帶教相結合

挑選專業(yè)基礎扎實、教學能力強、創(chuàng)新意識好的優(yōu)秀教師組建教學專家組，與年輕教師結成幫帶對子，形成新老結合的創(chuàng)新教學團隊，重點圍繞教學設計、教案編寫、教學方法和課堂掌控等教學環(huán)節(jié)與年輕教師進行系統(tǒng)交流，同時發(fā)揮年輕教師嫻熟的信息技術優(yōu)勢和機敏活躍的思維，使他們對教學充滿興趣，大膽創(chuàng)新。

3? 示范與演練相結合

安排幫帶教師進行課堂教學的現(xiàn)場演示示范，結合不同的教學內(nèi)容如何引入問題，如何選擇最佳的教學方法，教學內(nèi)容如何轉接啟承，如何設計互動環(huán)節(jié)，板書與多媒體應如何協(xié)調配合，課程思政如何融入教學環(huán)節(jié)等進行重點示范講解。同時組織其他教師有針對性地進行教學演練，尤其是年輕教師應當反復試講，同時邀請教學專家組教師進行聽課并對存在的問題及時進行指導。

4? 研討與交流相結合

教研室組織教師和教學專家定期研討與交流，同時組織教師集體備課，相互學習與討論，解決教學中存在的疑問與困惑，同時研討同一教學內(nèi)容的不同教法，竭力提高教師的創(chuàng)新教學能力。

5? 檢查與講評相結合

專家組成員定期對教師教學模式和方法進行檢查，考核其創(chuàng)新性。同時檢查教師的課程教學設計、教案、多媒體課件等的創(chuàng)新性，并現(xiàn)場聽課與講評，表彰教學模式、方法改革先進個人。

（二）? 構建創(chuàng)新教育知識體系，優(yōu)化更新課程內(nèi)容

創(chuàng)新思維產(chǎn)生全新的思考結果，具有新穎、獨創(chuàng)及突破性。但是，創(chuàng)新思維是基于基礎知識及創(chuàng)新知識的。知識的掌握程度對創(chuàng)新思維的發(fā)展意義重大，可以說掌握知識的多少決定了學生在創(chuàng)新思維方向上能夠走多遠。

1? 改革人才培養(yǎng)方案，創(chuàng)新知識結構體系

機械工程類專業(yè)以工程應用作為主線，以技術工程師應具備的知識能力結構制定人才培養(yǎng)方案、設置課程和教學內(nèi)容體系，優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)，加強學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。公共課設置精煉、夠用，專業(yè)課設置實用先進有針對性，體現(xiàn)寬口徑、廣適應的原則，選修課設計應力求模塊化，以滿足適應人才培養(yǎng)的廣泛需求。依據(jù)機械工程類專業(yè)特點，以工程應用為主線，以機、電為支撐，圍繞通用基礎、專業(yè)理論和裝備原理與實操三個教學階段，計算機應用、機械基本技能、裝備操作實習、裝備優(yōu)化設計和科研創(chuàng)新能力五個實踐模塊，以及工程機械設計、機電一體化系統(tǒng)設計、液壓與液力傳動、測試技術與信號處理和數(shù)控技術六大主干課程等，建立了知識、能力、素質的培養(yǎng)協(xié)調發(fā)展、綜合提高的知識框架體系[4]。

2? 建設特色專業(yè)教材，優(yōu)化課程教學內(nèi)容

本科教材建設應當兼顧應用性和創(chuàng)新性。教材選擇注重知識應用，突出專業(yè)特色，選擇質優(yōu)教材，同時及時更新教材內(nèi)容，確保教材適應專業(yè)教學需要。結合本專業(yè)的特色及培養(yǎng)目標，對教學內(nèi)容進行優(yōu)化、調整和充實。依據(jù)本學科專業(yè)相關領域的最新發(fā)展和要求，將相關新概念、新理論和新技術及時補充到核心專業(yè)教材之中，使新教材及時反映專業(yè)特色和發(fā)展動向，符合現(xiàn)代工程教育要求，更加適應本專業(yè)的特色及創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要[5]。

（三）? 探索“察、思、集、用”新型課堂教學方法

積極探索以學生為主體的課堂教學方法手段的改革，我們采用研討式教學方法，積極引導學生思考、爭辯，教師給予恰當評價，肯定正確的、有創(chuàng)新性的論點，同時指出模糊的、甚至錯誤的見解，幫助學生提高認知水平和創(chuàng)新思維。同時采用“參與式”教學方法，將“靜態(tài)”的書本知識轉化為“動態(tài)”的問題探究，在對問題的不斷探究中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力。經(jīng)過實踐探索，我們提出“察、思、集、用”四步“參與式”教學法[6]。

1? “察”即全面觀察，發(fā)現(xiàn)問題，引入內(nèi)容

上課開始，動員學生仔細觀察教學資源，通過看、聽或觸摸，多種感官了解機構或機械零件，同時設置疑問，讓學生主動探究去發(fā)現(xiàn)問題，進而引入課堂內(nèi)容，學生帶著疑問和好奇去聽課，就會產(chǎn)生要探究問題的內(nèi)在學習動機。隨著提出問題的深入探討和最終解決，學生就自然有獲得新知識的成就感與滿足感，學習興趣和動力就會不斷遞增，這又進一步強化了學生的求索精神和開拓創(chuàng)新的信心與魄力。

2? “思”即多方位思考，探尋規(guī)律，研討理論

通過“觀”，教師創(chuàng)設了一種以問題為導向的課堂學習情境，然后逐步啟發(fā)學生對學習材料的多方位思考，探尋其中的科學規(guī)律，研討其中的理論方法，學生在此情境中不自覺地采用自主、探究與合作的方式進行有效的學習活動[7]。這就要求教師在教學準備階段應根據(jù)教學內(nèi)容，精心設計課堂組織形式，根據(jù)不斷變化的課堂情況時時調整自己的行為，根據(jù)自己對課堂各種各樣信息的綜合把握，及時作出正確的判斷，運用教師富有感染性、啟發(fā)性的課堂教學語言，激發(fā)學生多角度思考并增強克服學習困境的底氣。

3? “集”即廣泛研討，集思廣益，得出結論

教師應充分尊重學生的認知觀點和見解，鼓勵學生充滿興趣地分析、思考和設想，并對學生自主構建過程中相關的主要問題和提出的主要觀點給予評價，站在理論高度概括和總結，并在廣泛研討的基礎上，集思廣益，得出結論。這種自主構建其實就是一種創(chuàng)新思考，不僅掌握了知識，更重要的是提高了學生的創(chuàng)新思維能力。

4? “用”即結合工程實際，綜合應用，不斷創(chuàng)新

課后給學生布置結合工程應用的習題做練習是培養(yǎng)機械類專業(yè)學生工程應用能力和創(chuàng)新能力可不或缺的重要途徑，同時還應針對機械工程專業(yè)的特點，通過做各種機械類實驗、課程設計和參加各級各類機械創(chuàng)新設計大賽等實踐活動，不斷固強學生的實際工程綜合應用能力和創(chuàng)新能力。

（四）? 拓展多渠道實踐性教學，提高學生創(chuàng)新活動參與度

拓展多渠道實踐性教學。機械工程類專業(yè)拓展與其他院校創(chuàng)新實踐基地培養(yǎng)渠道，依托省級實驗教學示范中心、學生綜合創(chuàng)新實驗室促進教學發(fā)展、輔助科學研究，為學生學科競賽、課外活動和科技創(chuàng)新實踐活動提供硬件保障。機械創(chuàng)新實驗室配備了數(shù)控車床和3D打印機等新型儀器設備，為學生創(chuàng)新實踐項目的機械設計、加工與調試等提供開放性實踐平臺[4]。同時結合虛擬維修技術、專業(yè)教室、金工實習和實裝訓練等，打造多維度混合式機械創(chuàng)新教學實踐平臺。

提高學生創(chuàng)新活動參與度。積極鼓勵學生組隊參加省級和全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽是兩年一屆（偶數(shù)年），除此之外，每兩年（奇數(shù)年）還舉辦一次科技創(chuàng)新月，以機械創(chuàng)新設計大賽為抓手，對帶動專業(yè)建設和培養(yǎng)學生動手技能和創(chuàng)新能力起到了很好的示范帶動作用[8]。教研室還成立了機械創(chuàng)新俱樂部，帶領更多學生參與到學科競賽和科技創(chuàng)新中，讓學生完成機械產(chǎn)品的材料認知、建模分析、制造加工等過程，使學生得到了各環(huán)節(jié)的綜合能力強化訓練[9]。

（五）? 改革考評獎勵機制，激勵學生自主創(chuàng)新

建立完善考評激勵機制，可使更多學生積極參加到創(chuàng)新活動中。改革考評機制，采取“考試+實驗+作品設計（大作業(yè)）”或“考試+平時+創(chuàng)新成績”等考核方式，實行形成性考核為主，其中創(chuàng)新成績是指學生在工程實踐、實驗創(chuàng)新、學科競賽等系列創(chuàng)新實踐活動中所取得的成績。同時設置創(chuàng)新獎學金，激勵學生積極主動創(chuàng)新。

參考文獻：

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基金項目：國家自然科學基金2021年度立項課題“時間和信息壓力下快速決策指控界面直覺交互設計方法研究”（52175282）

第一作者簡介：高虹霓（1966-），女，漢族，陜西寶雞人，碩士，副教授。研究方向為機械電子工程，管理科學與工程。