以機械創(chuàng)新設計大賽為載體，提升大學生實踐和創(chuàng)新能力

來永斌　陳秀　周毅鈞

摘 要：本文通過對安徽理工大學機械工程學院近年來組織學生參加全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽成果的總結，闡述了機械創(chuàng)新設計大賽對于教學改革、大學生實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的積極作用。表明以全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽等學科競賽活動為平臺，將創(chuàng)新教育理念融入日常教學是培養(yǎng)大學生實踐能力和創(chuàng)新能力的有效形式。

關鍵詞：機械創(chuàng)新設計大賽 實踐 創(chuàng)新 能力

一、前言

《高等教育法》明確規(guī)定：“高等教育的任務是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才”。高校作為人才培養(yǎng)的搖籃，如何培養(yǎng)創(chuàng)新型人才？如何才能提高大學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，以適應社會發(fā)展的需要？全國高校都在進行探索。要提高大學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，高校就必須以提高大學生實踐能力和創(chuàng)新能力為目標，構建符合實際的實踐教學體系，并提出適合自身發(fā)展實際的行之有效的措施。要激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，最為快捷而有效的途徑便是積極參加各類學科競賽。正如國科學院院士、著名機械工程專家、教育家楊叔子所指出的，機械很重要，沒有機械就無所謂工業(yè)；創(chuàng)新很重要，沒有創(chuàng)新就沒有發(fā)展；設計很重要，設計決定著產品的成本、功能和使用壽命，所以，機械設計創(chuàng)新大賽很重要。

全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽，至今已成功舉辦了七屆，大賽的選題不僅緊扣社會發(fā)展中的現(xiàn)實問題，而且更能體現(xiàn)大學生的創(chuàng)新與實踐等綜合能力，為培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力和實踐能力提供了良好的實施平臺。因而每屆比賽不僅得到了高校教師和大學生的積極響應，更得到了各高校領導的大力支持，以至于參與全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽的高校數(shù)量越來越多，參賽的學生人數(shù)越來越多，影響力也越來越大。基于此，安徽理工大學一直非常重視此項比賽，從第二屆開始就鼓勵學生和教師積極參與，至今我校已經連續(xù)5屆進入全國決賽階段比賽，2014年在第六屆賽事中實現(xiàn)安徽省高校“一等獎”零的突破，2016年再創(chuàng)新的輝煌，獲得一等獎2項，二等獎3項，獲獎等級和數(shù)量位列全省高校首位。在學校、學院支持和關心下，經過師生的共同努力實踐，我們取得了諸多的成果，并在教學實踐中得到了很好的應用和推廣，促進了我校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，使得學生的創(chuàng)新精神和實踐能力得到極大提升。

二、建立健全學科競賽制度與激勵機制，使學科競賽規(guī)范化和常態(tài)化

培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力和實踐能力不是參加一兩次學科競賽就可以完成的，而是高校的一項長期而重要的工作。因此，高校應逐步完善培養(yǎng)大學生實踐能力和創(chuàng)新能力的長效機制，從資金保證、組織形式、培養(yǎng)途徑、獎勵制度等方面得以規(guī)范化、常態(tài)化。

（一）政策保障

近年來，機械工程學院為培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，提高廣大教師和學生參賽的積極性，采取了一系列的措施，制定了相關的管理文件，內容包括了項目審查制度、比賽實施細則、參賽選手選拔、指導教師職責、經費使用辦法、成果管理與獎勵等，使全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽公平公正，科學合理，健康良性發(fā)展。相關文件的出臺進一步規(guī)范和完善了大學生課外實踐與科技創(chuàng)新平臺，為學科競賽的有序開展提供了較好的操作辦法，將質量工程和指導學科競賽納入教學質量范圍，促進了青年教師指導學科競賽的積極性，強化了對實驗教學、學科競賽的監(jiān)管，促進了學科競賽的規(guī)范化，為學科競賽的考核和提高學科競賽作品質量奠定了基礎。

（二）創(chuàng)新平臺建設

大學生課外科技創(chuàng)新團隊平臺是實驗實訓教學的延伸，為學生參加全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽等而構建的實踐教學平臺，主要包括科技創(chuàng)新基地和創(chuàng)新團隊建設。學院依托國家級校外實踐教育中心和實驗教學示范中心，為創(chuàng)新基地提供了一定的場所，購置了一定的設備或器材，在加大實驗設備設施投入的同時長期對學生開放學校各種實驗室，為學生提供足夠的訓練空間。使大學生實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)既不受限于學科競賽，又可為學科競賽作準備。

學院為全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽構建不同的創(chuàng)新團隊，按照“創(chuàng)新學院——機械工程學院——指導教師——團隊組長——團隊成員”組織管理體制。創(chuàng)新學院負責考核年度成果完成情況，所在學院負責準入和淘汰機制，指導教師對團隊進行指導，團隊組長負責團隊成員的日常管理；在日常管理中采用直線制強化責任，在項目實施中根據(jù)項目特點采用交錯式組織結構，打造更加靈活的組織內部環(huán)境和溝通機制。在日?；顒又?，鼓勵學生創(chuàng)新團隊參與各類實踐、承擔各種項目，并以項目為載體，重視過程管理，以項目為目標，以計劃為起點，以考核為節(jié)點，及時進行反饋、修正和激勵。

三、以學科競賽為平臺促進教學改革

將全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽和其他各種創(chuàng)新設計競賽作為檢驗教學效果和學生實戰(zhàn)培訓的一個平臺，體現(xiàn)了“以賽促改，以賽促教”，對教育教學改革中加強學生基礎知識和實踐能力、提高學生人文社會等綜合素質起到了很大的推動作用，推動高校教育改革向更符合社會發(fā)展實際需求邁進。

（一）培養(yǎng)方案及教學大綱的合理修訂

修改人才培養(yǎng)方案及教學大綱，增加創(chuàng)新性實驗內容和實驗課程，使課程的設置更趨合理，更有利于學生創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)。如過控專業(yè)的機械原理和機械設計課程設計有重復，就對其進行綜合設計，實現(xiàn)機構、機械系統(tǒng)運動設計和結構整機設計的一體化整體設計訓練，以加強學生綜合素質的培養(yǎng)；在過程裝備CAD/CAM的教學大綱中，增加上機學時，注重加強三維設計軟件的訓練；購置新的實驗儀器和裝置，增加過程流體機械、過程控制工程的實踐環(huán)節(jié)，并將相關實驗進行整合；開設學科前沿講座課程。

（二）探索適合課程的教學方法

充分運用啟發(fā)式、引導式的教學，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。如在工程制圖的教學中，著重培養(yǎng)學生的空間思維和空間想象能力。如機械設計課程是一門重要的專業(yè)基礎課程，在教學中如果一味地進行純理論的講解，將是空洞而枯燥的，學生也很難理解，而依托學科競賽，涉及到相關的傳動、結構及機構的設計計算，就將理論知識的學習融入到解決實際問題中來，對理論教學而言，采用案例教學法，把一些單純從理論上講解非常困難的機構問題與實際競賽相結合來進行演示和解釋，要容易理解得多。

（三）教師教學水平的提高

通過組織學生參加機械創(chuàng)新設計大賽，教師在授課的過程中既要教知識，還要教能力，既要教理論，還要聯(lián)系實際，并注重加強相關課程知識點的銜接和專業(yè)知識的緊密結合，加深了學生對所學的基礎理論和專業(yè)相關知識的了解和掌握，使教師和學生及時發(fā)現(xiàn)教與學過程中存在的問題，了解學生接受知識的程度，因材施教。教師在指導競賽過程中，不斷查閱資料化為己有，再傳授給學生，既提高了自己的教學水平，又積累了競賽的指導經驗，并應用于平時的教學過程中，提高了教師的教學水平。

四、以賽促學，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才

學科競賽對大學生知識綜合運用能力、分析解決實際問題的能力以及團隊合作能力等都具有積極的意義，“以賽促學”是培養(yǎng)大學生實踐能力和創(chuàng)新能力的有效形式。

（一）學生實踐能力的培養(yǎng)

實踐能力是一種綜合能力，是人在實踐活動中培養(yǎng)和發(fā)展起來的分析、解決實際問題的能力，其構成要素包括觀察能力、學習思考能力、獲取知識和綜合運用知識的能力、動手操作能力、人際交往能力和語言表達能力等。

要完成創(chuàng)新設計大賽的參賽作品，參賽學生不僅要有好的創(chuàng)意，更需要有好的設計與制作，并對作品進行調試。參賽作品的制作并非一人所為，而是由3—5位同學組成的團隊相互配合、共同制作完成的。這就要求團隊必須根據(jù)每位成員的特長進行分工負責，相互協(xié)作，共同努力。因此，參賽學生在作品的整個制作過程中，從查閱資料到創(chuàng)意提出、從作品設計到撰寫說明書、從作品加工制作調試到競賽答辯，經歷了競賽的各個不同環(huán)節(jié)，使自己的實踐能力得到了全方位的訓練和提高，這是大學生們在課堂教學中無法獲得的。

現(xiàn)在，機械創(chuàng)新設計大賽參賽作品綜合化程度要求越來越高，很多都是以實驗數(shù)據(jù)、電路制造、系統(tǒng)搭建或物理樣機制作的形式展示成果，這就需要學生必須親自動手設計，參與實驗，試制樣機，有時候為了節(jié)約實驗費用，降低成本，提高成功率，還必須綜合運用虛擬樣機設計仿真等多種現(xiàn)代設計方法和手段進行綜合研究，甚至很多零部件或電路都是自己在實驗室加工制作完成，對于一些加工難度大的零部件也需要學生提供圖紙和工藝配合企業(yè)的工程師一起研究實施，切實地提高了學生實踐動手能力。

（二）學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

創(chuàng)新意識是人們改變客觀現(xiàn)實的創(chuàng)造性思維活動，是人類意識活動中的一種積極的、富有成果性的表現(xiàn)形式。它是創(chuàng)新能力的核心因素。只有在向學生灌輸豐富理論知識的同時，不斷激發(fā)大學生潛在的創(chuàng)造欲望和創(chuàng)造熱情，才能使其逐步形成創(chuàng)造性思維，也才能更好地培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力。

機械創(chuàng)新設計大賽要求在符合主題和內容的前提下，自行選擇設計題目，這就要求學生要善于觀察，勤于思考，要查閱大量的資料和文獻構思自己的設計題目和內容，這一環(huán)節(jié)極大地培養(yǎng)了學生創(chuàng)新意識和探索精神。例如今年的國賽一等獎作品“硬幣分離整理計數(shù)一體機”，對于分離后錢幣的包裝裝置，指導教師引導學生對目前現(xiàn)有的裝置進行調研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的裝置都要么是機構復雜容易出錯，要么是人工輔助費時，不能實現(xiàn)連續(xù)自動化。于是開導學生從食品包裝行業(yè)進行調研，借鑒合理的方法和機構，經過反復論證，討論研究，確定了一種簡便的包裝裝置。但是對于控制系統(tǒng)的設計，同學們還是遇到了很大的麻煩，但是經過團隊成員的通力協(xié)作，多次設計，反復調試，最后終于成功。在國賽的匯報環(huán)節(jié)，評審專家對于這部分的設計給予了高度的評價。

（三）團隊協(xié)作和責任意識的培養(yǎng)

團隊精神和責任心是工程設計人員一種很重要的素質。在現(xiàn)實教育中，作為專業(yè)課教師往往注重對學科知識的教育和設計理論的傳遞，而在一定程度上忽視了對學生在團隊觀念、社會責任和人生態(tài)度等層面的教育。學科競賽則提供了一個培養(yǎng)學生團隊精神與責任心的整體氛圍。成員們圍繞大賽主題進行作品創(chuàng)作，通過參賽作品的調研、立題、圖紙繪制、加工制作、撰寫說明書、準備答辯等全過程，根據(jù)各自的能力，分工協(xié)作，增進友誼，互相理解，加強溝通，通力合作，相互鼓勵，體現(xiàn)責任，增強完成設計的自信心。經過參賽，同學們明白了，一個真正的團隊應該有一個共同的目標，其成員的行為之間要相互依存、相互影響，相互合作，以達到團隊集體的成功。這些深刻的感悟是學生在課堂上得不到的，是他們參加設計競賽獲得的一筆無形財富。

以全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽等學科競賽活動為平臺，將創(chuàng)新教育理念融入日常教學，對大學生知識綜合運用能力、分析解決實際問題的能力以及團隊合作能力等都具有積極的意義，是培養(yǎng)大學生實踐能力和創(chuàng)新能力的有效形式。開拓了機械類課程教學內容改革的新途徑，在實踐中發(fā)展形成了“基礎”與“提高”兩個層面，既保證了人才培養(yǎng)的基本素質和規(guī)模，又提升了培養(yǎng)的層次，成功探索出一條大學生學習和實踐相結合的創(chuàng)新培養(yǎng)模式和思路。但是，高等教育培養(yǎng)目標的實現(xiàn)是一項艱巨而復雜的系統(tǒng)工程，許多問題需要在今后的實踐中開展進一步的研究和探索。

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