以提升實踐與創(chuàng)新能力為目標(biāo)的機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)模式

劉焱 關(guān)山 張海波 范雪兵 黃勝全

摘 ?要：針對高等教育對人才培養(yǎng)的總體要求以及學(xué)生在實踐與創(chuàng)新能力方面存在的不足，文章在深入剖析原因的基礎(chǔ)上，從人才培養(yǎng)方案、理論教學(xué)模式、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)以及課外培養(yǎng)方式等四個層面，構(gòu)建了貫穿四年本科教學(xué)、旨在強(qiáng)化實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)體系。教學(xué)實踐表明，學(xué)生的工程意識、工程實踐能力以及創(chuàng)新設(shè)計能力得到全面提升，人才培養(yǎng)質(zhì)量得到廣泛贊譽(yù)與認(rèn)可。

關(guān)鍵詞：實踐;創(chuàng)新能力;機(jī)械專業(yè);人才培養(yǎng)模式;教學(xué)改革

中圖分類號：C961 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）22-0034-03

Abstract： Considering the general requirements of higher education for talents cultivation and the mechanical engineering undergraduates' deficiency in practice and creative ability， talents cultivation system is constructed based on in-depth analysis of the reasons， which runs through four years of undergraduate teaching and aims at strengthening practice and creative ability of mechanical engineering undergraduates， from the following four aspects， talents cultivation program， theory teaching mode， practice teaching and extracurricular training mode. The application of this system shows that theengineering consciousness， the engineering practice and creative ability of undergraduates' are improved， meanwhile， the quality of talents cultivation is widely praised and recognized.

Keywords： practice; creative ability; mechanical engineering; talents cultivation pattern; teaching reform

一、概述

我國《高等教育法》明確指出：高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才[1]。黨的十八大報告也對我國高等教育提出了明確要求：“深化教育領(lǐng)域綜合改革，著力提高教育質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神、實踐能力[2]?！?/p>

東北電力大學(xué)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，在改革之前學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力較弱，造成這一問題的主要原因有以下兩個方面：（1）缺乏對社會需求的精準(zhǔn)把握，缺乏以完整的學(xué)科體系為出發(fā)點(diǎn)設(shè)置課程的理念，從而造成理論教學(xué)多、實踐教學(xué)少，必修課多、選修課少以及在人才培養(yǎng)上更多注重學(xué)生對知識的理解和掌握，缺乏對學(xué)生實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等問題;（2）教育觀念更新慢，培養(yǎng)模式單一，缺乏創(chuàng)新;教學(xué)方法上，以教師為中心，片面強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的知識傳授，自學(xué)、討論、調(diào)查研究、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)等仍處于輔助地位，教學(xué)脫離實踐的傾向突出。

鑒于此，提出了機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)的教學(xué)改革意向并于2016年申報且獲批吉林省教育廳教學(xué)研究項目。自同意立項之日至2019年9月間，依托東北電力大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，項目組成員凝心聚力，從人才培養(yǎng)方案、理論教學(xué)模式、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)以及課外培養(yǎng)方式等四個層面，構(gòu)建了貫穿四年本科教學(xué)、以強(qiáng)化學(xué)生實踐與創(chuàng)新能力為目標(biāo)的專業(yè)人才培養(yǎng)模式。

二、以強(qiáng)化實踐與創(chuàng)新能力為目標(biāo)的人才培養(yǎng)模式

（一）基于OBE教學(xué)理念的人才培養(yǎng)方案修訂[3，4]

經(jīng)過幾年的實踐與經(jīng)驗的積累及對工程教育專業(yè)認(rèn)證理念的深入學(xué)習(xí)，通過廣泛的需求調(diào)研，更加明確了專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)及對學(xué)生的畢業(yè)要求，理清了人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)及課程結(jié)構(gòu)，于2017年，重新修訂了以實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)的專業(yè)人才培養(yǎng)方案。新培養(yǎng)方案以工程教育專業(yè)認(rèn)證理念為指導(dǎo)，以寬口徑、厚基礎(chǔ)、扁平化，精練傳統(tǒng)，面向前沿，重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)課外培養(yǎng)的執(zhí)行力度等為原則，從培養(yǎng)學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)三個方面著手，著力提升學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力，具有如下特點(diǎn)：

1. 優(yōu)化專業(yè)課程體系，精煉教學(xué)內(nèi)容

加強(qiáng)通識教育，增強(qiáng)學(xué)生的適應(yīng)能力、勝任能力。去除與畢業(yè)要求相關(guān)度小的課程，對部分學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)課的授課內(nèi)容針對課程目標(biāo)進(jìn)行了精簡，壓縮學(xué)時投入到學(xué)生的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。將部分學(xué)科基礎(chǔ)課如機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)等課程前移，為學(xué)生參與各種綜合實踐創(chuàng)新活動提供知識及時間儲備。

2. 強(qiáng)化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)和課外培養(yǎng)

針對學(xué)生實踐與創(chuàng)新能力薄弱的現(xiàn)狀，對原有實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在內(nèi)容、時間安排上進(jìn)行了優(yōu)化，新增三維數(shù)字化創(chuàng)新及3d打印技術(shù)、機(jī)械創(chuàng)新綜合設(shè)計、機(jī)電一體化系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計（機(jī)器人技術(shù)）、柔性制造系統(tǒng)綜合實驗等實踐環(huán)節(jié)。

3. 加大選修課開課數(shù)量開闊學(xué)生視野

面向?qū)I(yè)前沿技術(shù)，增設(shè)選修課開課數(shù)量，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣愛好有更多的選擇機(jī)會。

（二）與時俱進(jìn)的教學(xué)理念更新和教學(xué)手段實施

學(xué)生所處時代的差異，信息技術(shù)的日新月異以及社會對人才的新需求均向傳統(tǒng)教學(xué)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，教學(xué)方法及教學(xué)手段等的革新勢在必行。專業(yè)教師在工程教育目標(biāo)驅(qū)動下不斷更新教學(xué)觀念，并在以下幾方面取得了一定的成果。

1. 構(gòu)建以工程實踐為主導(dǎo)的教學(xué)模式

（1）豐富教師的工程實踐經(jīng)歷。教師的工程實踐背景在一定程度上決定了學(xué)生的工程實踐能力?！耙皇肿ソ處?，一手抓學(xué)生”是專業(yè)近年來著力強(qiáng)化的舉措。（2）工程實際融入課堂教學(xué)?！兑簤簜鲃印氛n程組將FluidSIM軟件應(yīng)用到《液壓傳動》的各教學(xué)環(huán)節(jié)中。在理論教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了某些元件原理和基本回路的動態(tài)仿真演示;在課程設(shè)計環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)回路CAD繪制、設(shè)計和仿真以及輔助驗證設(shè)計計算的準(zhǔn)確性;在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了液壓實驗經(jīng)典回路的仿真，用仿真實驗彌補(bǔ)實際實驗的不足;在畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，利用FluidSIM軟件設(shè)計課題中的實際液壓原理圖，錄制仿真過程。FluidSIM軟件的成功植入，使學(xué)生對《液壓傳動》課程及相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生了濃厚的興趣，學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力以及知識的綜合運(yùn)用能力均得到不同程度的提高。

2. 自主開發(fā)高質(zhì)量多媒體教學(xué)課件，豐富課堂教學(xué)手段

《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》課程組以matlab軟件為開發(fā)環(huán)境，自主開發(fā)了《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》參數(shù)化教學(xué)實驗仿真平臺，該平臺集理論教學(xué)與實驗教學(xué)于一體，理論教學(xué)注重基礎(chǔ)知識與學(xué)習(xí)方法的講授，實驗教學(xué)部分既有伴隨課堂理論教學(xué)的驗證性實驗，又有學(xué)生課后進(jìn)行的綜合性、設(shè)計性實驗，突破傳統(tǒng)實驗受時間、地點(diǎn)限制的局限性。

（三）多層次的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)綜合培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

1. 綜合性課程實驗夯實學(xué)生工程實踐基礎(chǔ)

近年來，專業(yè)積極參與中央財政支持地方高校發(fā)展專項資金、吉林省高等教育專項資金等的申報，共獲批1000余萬元用于專業(yè)實驗室建設(shè)，將大型、綜合、先進(jìn)、成系統(tǒng)的實驗設(shè)備作為采購目標(biāo)，目前已建成機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計綜合實驗平臺、3D打印實驗教學(xué)平臺、智能制造綜合實踐教學(xué)平臺，機(jī)械工程虛擬仿真教學(xué)實驗平臺等功能先進(jìn)的大型實驗平臺，為大量開設(shè)綜合性、設(shè)計性課程實驗項目提供了硬件保障。

2. 系統(tǒng)化的課程設(shè)計提高學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力

專業(yè)著力強(qiáng)化頂層的全局性設(shè)計，在全院教師協(xié)同參與下，理清各主干課程主要知識點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系，整合現(xiàn)有的課程資源，構(gòu)思實踐性強(qiáng)的綜合性工程題目，在統(tǒng)一規(guī)劃的框架下分解題目，以特定的設(shè)計任務(wù)為目標(biāo)，分階段作為各課程設(shè)計題目供學(xué)生協(xié)作完成。這種遞進(jìn)的、連貫的、系統(tǒng)的課程設(shè)計，極大促進(jìn)了學(xué)生專業(yè)知識的融合，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識，有效鍛煉了學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。

3. 更具工程實踐性的畢業(yè)設(shè)計，鍛煉學(xué)生的工程實踐能力

改革前，畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計形式較為單一，一般由導(dǎo)師構(gòu)思并提交畢業(yè)設(shè)計題目，由學(xué)生自選完成，管理中也存在一定的散、寬等問題。改革后，專業(yè)通過整體規(guī)劃，加強(qiáng)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)，強(qiáng)化選題管理和過程管理，極大增強(qiáng)了本科生實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（1）專業(yè)要求畢業(yè)設(shè)計選題應(yīng)來源于工程實踐課題、教師科研項目或現(xiàn)實問題，可以是應(yīng)用基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)改造、新產(chǎn)品開發(fā)等，體現(xiàn)明確的職業(yè)背景和應(yīng)用價值，同時具有一定的先進(jìn)性。（2）開拓多樣化的畢業(yè)設(shè)計形式。只要滿足理論與實踐的結(jié)合應(yīng)用，能夠體現(xiàn)本科生綜合運(yùn)用科學(xué)理論、方法和技術(shù)解決實際問題的能力，允許采用調(diào)查研究報告、科技發(fā)明成果、項目策劃書、新產(chǎn)品或樣機(jī)等形式。（3）結(jié)合“本科生導(dǎo)師制”，專業(yè)允許導(dǎo)師在長期穩(wěn)定的指導(dǎo)過程中，較早給出研究題目，使學(xué)生在兩年或更長的時間中，結(jié)合各階段學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行連續(xù)性的研究探索，最終完成高質(zhì)量的畢業(yè)設(shè)計。（4）自2018年專業(yè)將企業(yè)兼職教師吸納至畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)教師行列，從命題至答辯的全程參與，更有效的培養(yǎng)了學(xué)生工程實踐能力。

（四）多渠道的課外培養(yǎng)方式，提升學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力

大學(xué)生參與以科技創(chuàng)新為主題的課外實踐活動，是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的重要途徑。多渠道開展課外培養(yǎng)活動，能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，提升學(xué)生的實踐、創(chuàng)新能力。

1. 機(jī)械創(chuàng)新實踐基地培養(yǎng)實踐創(chuàng)新人才

為更好引導(dǎo)學(xué)生參與科技創(chuàng)新實踐活動，全方位培養(yǎng)創(chuàng)新、協(xié)作、綜合設(shè)計以及實踐動手能力，機(jī)械工程學(xué)院與工程訓(xùn)練中心不斷加大基地建設(shè)?；噩F(xiàn)有面積3000平方米，固定資產(chǎn)2千多萬元，擁有門類齊全的機(jī)械加工設(shè)備和一批高素質(zhì)的指導(dǎo)教師，成為學(xué)生開展創(chuàng)新實踐活動的有力依托，也是學(xué)院開展課外培養(yǎng)的重要形式。

2. 制定獎勵機(jī)制，以競賽促進(jìn)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的提升

為培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力，校、院二級制定了多項機(jī)制，激勵學(xué)生參加多種科技競賽。

在東北電力大學(xué)“一院一賽”活動中，機(jī)械工程學(xué)院主辦了“東北電力大學(xué)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計節(jié)”。學(xué)院從參賽作品中評選出優(yōu)秀作品，并推薦參加省級和國家級的各類科技競賽。

自2016年以來，大學(xué)生參賽的作品分別榮獲國家級大賽全國一等獎3項，國家二等獎4項，國家三等獎8項，吉林省特等獎11項，吉林省一等獎20項，吉林省二等獎45項，吉林省三等獎27項，優(yōu)秀獎若干項，較之前獲獎級別及數(shù)量有明顯的增加。

3. 實行本科生導(dǎo)師制，強(qiáng)化學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力

為強(qiáng)化學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，專業(yè)開展了以下兩種模式的本科生導(dǎo)師制：專業(yè)教師科研導(dǎo)師制和企業(yè)工程師工程項目導(dǎo)師制[5、6]。

（1）專業(yè)教師科研導(dǎo)師制。近年來由于學(xué)院教師科研能力的不斷提升，社會服務(wù)意識的不斷增強(qiáng)，教師尤其是碩士生導(dǎo)師的科研項目越來越多。由于招收碩士生人數(shù)的限制，導(dǎo)致許多項目沒有充足的人力來完成。因此采取了以專業(yè)教師為導(dǎo)師，以前沿性科研為主題的本科生導(dǎo)師制。學(xué)生除完成具體的設(shè)計工作外，許多同學(xué)還在導(dǎo)師的指導(dǎo)下撰寫了發(fā)明與實用新型專利，并有多項授權(quán)。（2）企業(yè)工程師工程項目導(dǎo)師制。隨著專業(yè)的發(fā)展和教師自身能力的提高，專業(yè)承擔(dān)的企業(yè)實際工程項目也在增加。為更好的完成工程項目，并為大學(xué)生提供實踐和創(chuàng)新的機(jī)會，專業(yè)從企業(yè)聘請了一批經(jīng)驗豐富的優(yōu)秀工程技術(shù)人員作為本專業(yè)兼職本科生導(dǎo)師。專業(yè)從大三、大四學(xué)生中選拔學(xué)生，在校企雙方導(dǎo)師的帶領(lǐng)下，學(xué)生以企業(yè)工程項目為紐帶，以解決企業(yè)實際生產(chǎn)難題為目標(biāo)，進(jìn)行科研創(chuàng)新活動。

到目前為止，專業(yè)教師20人，外聘企業(yè)兼職教師18人擔(dān)任本科生導(dǎo)師，每年指導(dǎo)本科生100余人參加科研和工程項目。

本科生導(dǎo)師制的實行，切實促進(jìn)大學(xué)生理論與實踐的結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力，也為本科生就業(yè)、創(chuàng)業(yè)和今后從事研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。

三、人才培養(yǎng)模式應(yīng)用效果

（一）階段性研究成果獲得專家的好評并進(jìn)行了推廣交流

研發(fā)的《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)參數(shù)化教學(xué)實驗仿真平臺》軟件，繼2014年獲吉林省教育技術(shù)成果一等獎，2016年該軟件平臺取得國家版權(quán)局頒發(fā)的軟件著作權(quán)書。以此軟件為基礎(chǔ)，提出的“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式在學(xué)校多個專業(yè)進(jìn)行了推廣，也得到了北華大學(xué)原機(jī)械工程學(xué)院院長、科研處處長、長白山技能名師孫麗霞教授等校外專家的好評。

（二）學(xué)生綜合素質(zhì)和實踐創(chuàng)新能力得到全面提高

將改革理念付諸于教學(xué)實踐活動中，學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力得到提高，近三年來學(xué)生多次參加各級各類科技競賽，共取得包括全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力大賽、挑戰(zhàn)杯課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、全國大學(xué)生三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽在內(nèi)的國家級、省級獎項120余項。每年通過選拔，有50余名同學(xué)參與到企業(yè)實際工程項目的研發(fā)中，在專業(yè)和企業(yè)導(dǎo)師的共同指導(dǎo)下，除完成具體的設(shè)計工作外，還發(fā)表學(xué)術(shù)論文10余篇，完成20多項發(fā)明專利與實用新型專利的撰寫，并有多項授權(quán)，提升了學(xué)生解決工程問題的能力。

（三）人才培養(yǎng)質(zhì)量得到廣泛的贊譽(yù)與認(rèn)可

專業(yè)為全國招生，招生人數(shù)從2010年的140人，逐漸擴(kuò)大到2019年的220余人，專業(yè)在全國多個省份為一本招生，在二本招生的省份，錄取分?jǐn)?shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出所在省份的二本線，得到社會認(rèn)可;專業(yè)畢業(yè)生近幾年一次就業(yè)率均高達(dá)85%以上。調(diào)查表明，用人及實習(xí)單位對本專業(yè)畢業(yè)生和實習(xí)學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力評價滿意率達(dá)90%以上，得到行業(yè)的認(rèn)可。

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