基于创新实践训练的机械类专业本科人才培养模式探索

徐庆钟，王海涛，冯凯

（大连海事大学 船舶与海洋工程学院，辽宁 大连）

一 引言

在新一轮世界范围的科技革命和产业变革背景下，新技术、新产业、新业态、新模式对新时代人才培养提出新的要求，我国高等学校人才培养工作已进入提高质量的升级期、变轨超车的机遇期、改革创新的攻坚期[1]。建设一流本科是高等教育强国的根基，在“新工科+工程教育”和“一流本科教育”建设背景下，实践能力和创新精神成为培养工程科技人才的核心内容[2-4]，是国家与社会对当代大学生的要求，也是扎实推进制造强国战略的重要保证[5-6]。因此，创新实践性课程体系建设越来越得到我国高等学校的重视。

辽宁科技大学的方志刚等[7]构建了新工科专业实践教育教学体系、创新创业教育体系、科学研究支撑新工科专业建设及人才培养体系，在实践教学与多学科交叉融合、专业人才培养与创新创业教育、科研支撑新工科新生专业课程建设等方面进行了探索。山东科技大学的王炳军等[8]基于基础工程课程特点，结合当前新工科建设背景对工程科技人才的创新实践素质要求，提出了以增强学生创新实践能力为主线优化拓展教学内容，创新实践能力培养贯穿于整个教学过程，同时充分利用互联网平台，实现教学时间碎片化，教学资源丰富化，实践教学环节多元化的改革思路。上海交通大学[9]面向新工科对创新实践人才的培养要求，在保留并加强原有工程实践教学的基础上，改建“学生创新中心”，形成了以劳树德、以劳启智、以劳育美、以劳创新的勤“劳”创“新”育人理念，打造了“科技领军人才的练武堂，工业界和大学的握手区”，构建了“开放共享、学科交叉、产教融合、学创互促”的实践育人体系。哈尔滨工业大学[10]在原有工程训练基础上重新构建了适应新工科的机械制造基础课程与教学体系，实现了知识、能力、实践、创新一体化培养，最终通过各类大学生学科竞赛项目、大学生创新创业计划牵引、串接整个工程训练过程，通过“能力叠加”实现知识向能力的转化，使学生的素质和能力得到了进一步展现。

在此背景下，针对大连海事大学机械设计制造及其自动化专业教学过程中存在的学生动手和创新能力不足等问题，本文提出了基于创新实践训练的机械类专业本科人才培养模式，以此综合锻炼学生的思考、动手、协作、沟通、表达等能力，使学生敢想、会说、能做，具备实践能力和创新精神。

二 基于创新实践训练的机械类专业本科人才培养模式构建

面向“新工科+工程教育”和“一流本科教育”对创新实践人才的培养要求，在顶层设计上，构建以理论知识为基础、创新实践训练为途径、专业竞赛为补充、毕业设计为衡量的“学、创、赛、毕”四位一体本科人才培养模式。以创新实践训练为基础，实现理论教学与实践能力和创新能力相结合的人才培养体系。

（一） 优化课程体系

传统的机械基础课程存在理论学时多、实验实践学时少、学生动手能力弱等问题，教学内容及课程体系设置无法适应新时代下人才培养的要求，因此需要优化重构课程体系。在《画法几何与机械制图》中增加绘图及设计类软件教学内容，便于学生在低年级时可灵活应用CAD/CAM 技术进行零件设计及实物模型制作，为参与创新实践训练提前打下相应的理论基础。对于《机械原理课程设计》《机械设计课程设计》和《液压与气动课程设计》设计类课程，突破传统图纸化的考核模式，鼓励学生自主选题，以制作出实物的方式，完成课程设计的考核。对于《机械工程控制基础实验》《机械基础实验》和《特种加工工程实践》实践实验类课程，增大自主设计类、实践类考核内容，锻炼学生的动手实践能力和创新思维能力。从2019 级本科生开始，本专业在培养计划中增设《机械创新实践》大三必修课程，实现创新实践训练对本科生的全覆盖，有助于学生达成工程教育专业认证对复杂工程问题的毕业要求。通过整合教学内容及调整课程体系，强化学生的实践能力和创新能力，培养学生的工程意识和思维能力。

（二） 开展创新实践训练活动

创新实践训练活动是理论教学与实践教学的抓手，是锻炼学生实践能力和创新能力的重要途径。定期利用学生课余时间开展创新实践训练活动，每期活动时间跨度为6 周。第一周面向全年级学生召开动员会，发布创新实践活动主题，组织学生积极报名，并自主组队，不允许单独报名，统一安排指导教师，小组成员构思项目，明确做什么；第二周进行总体结构方案创新设计，明确怎么做；第三周详细设计零部件，绘制图纸，在一定材料成本内选材，明确需要什么；第四、五周组织学生动手制作实物；第六周征集本次活动的徽标设计，各队调试作品功能，设计各自作品海报，并统一在校内公开场地展示作品，撰写活动总结报告。

创新实践训练的活动主题可以来源于生活、教学或竞赛主题。2021 年的活动主题为“关爱健康”，鼓励学生设计制作防控新冠病毒肺炎保护个人/群体的机械产品、助老/助残/康复/健身机械产品，以及环境保护/节能减排的机械产品。在知识层面培养学生创新实践能力的同时，针对相关主题活动，组织学生去养老院和社区实地调研，引导学生从老人实际生活需求出发开展作品设计，也有助于培养学生脚踏实地的社会责任感和担当意识。

同时打造基于创新实践训练的“学生自主管理”平台，创新实践训练活动的各个环节，皆有学生自主管理，以此提高学生的团队管理能力、协调沟通能力及表达写作能力等。具体包括：训练场地的日常开放、环境卫生、耗材购置等事宜，创新实践训练课题的社区走访、企业调研等事宜，创新实践训练作品的展出场地预约、海报打印制作、展出布置等事宜，创新实践训练的总结报告撰写、徽章制作、总结大会组织等事宜。

（三） 强化创新实践训练师资队伍建设

为保证创新实践训练的正常运转和人才培养质量，吸收专任教师加入导师团队，担任学生导师，主要负责学生训练项目的进展督促和技术指导等任务。不断提高师生比，保证每名导师指导创新实践训练团队不超过3 个，导师定期与学生进行交流指导，强化指导效果。同时，鼓励引入企业工程师参与创新实践训练教学，担任学生导师；在此基础上，通过校企合作，互通理论与实践有无，共同探索以解决实际工程问题为目的的创新实践训练活动主题，形成以学生为中心的产学结合育人模式和师资队伍。

（四） 建设创新实践训练平台

整合机械工程系实验室现有设备资源，为学生创新实践训练活动提供硬件服务保障。根据实践训练需要，新购置适用于加工木材和塑料的数显锣床、电动曲线锯和激光雕刻机，加工铝、铜、铁等金属的微型带锯、小型精密车床和钻铣床，以及通过熔丝沉积成型可以快速制备复杂塑料零件的3D 打印机。设置创新实践训练活动专用场地，提供全天候资源开放服务，保证学生能充分灵活利用课余时间，及时动手实践验证所有创新设计，将创新灵感由图纸变为实物。安排专职实验老师负责训练平台的日常管理、学生培训、设备调试与维护，以及突发事件的处理等工作。通过各类加工设备的操作使用，可激发学生的专业兴趣和动手潜能。3D 打印机快速成型复杂零件的优点，可以帮助学生实现产品设计在工作装置方面的原理创新，提升学生的创新能力。创新实践训练平台为学生由理论知识到实践应用提供了强有力的资源保证。

（五） 补充专业竞赛

竞赛是培养学生文献综述能力、论文写作能力、创新思维能力、分析设计能力、团队合作能力和管理能力的重要载体，是工程教育质量提升的有效途径[11]。目前，面向机械类学生的竞赛主要有全国大学生机械创新设计大赛、中国“互联网+”大学生创新创业大赛、挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生工程训练综合能力大赛等。每期创新实践训练活动，选取相关竞赛的主题作为训练活动的部分选题，鼓励学生提前进入备赛状态，提高学生参与竞赛的积极性。根据学生的作品水平，优选种子团队进行重点培育，以期在正式竞赛中获取名次。通过竞赛不仅可以锻炼学生的团队意识、竞争意识和知识融合能力，还能培养学生的专业素养和工程性思维，增强实践能力和创新能力。

（六） 鼓励毕业设计实物制作

毕业设计是高等学校教学过程的重要环节，需要学生综合运用所学知识，结合实际独立完成课题。在学生前期已接受创新实践训练的前提下，鼓励老师和学生突破传统图纸化、论文化的毕业设计考核模式，在图纸论文的基础上，以实物制作为目标完成毕业设计题目。同时，争取引入企业导师，以企业需求为导向，指导学生解决实际的工程问题，完成毕业设计。最后，针对实物制作的毕业设计作品，布置展出活动，提高宣传力度，鼓励下届的毕业生积极参与毕业设计实物制作模式。通过毕业设计实物制作的全过程，衡量学生的实践能力和创新能力，并检验创新实践训练活动的有效性。

三 实施与成效

经过近三年的探索，基于创新实践训练的人才培养模式在实际的教学、实践、竞赛、毕业设计等环节具有显著的人才培养效果，调动了学生对本专业的浓厚兴趣，提高了自主学习的主观能动性，增强了学生的工程实践能力和创新能力。

创新实践训练活动，自2019 年起先后成功举办了“机动人心”“助老机械”和“关爱健康”三次主题活动，共计完成60 余件作品，先后有300 余名学生参与其中。该活动模式受到了学校师生的高度认可，并被大连海洋大学与大连工业大学等高校所借鉴学习。基于创新实践训练活动，通过优化课程体系，设计类课程突破了传统图纸化的考核模式，实物制作的考核模式得到了学生的积极响应。从创新实践训练活动中推选的“上下床辅助椅”作品设计获得了2020 年全国大学生机械创新设计大赛辽宁省一等奖。经过创新实践训练活动，报名参加机械类竞赛的学生人数明显增多，学生的积极性得到了充分调动。第一批参加创新实践训练活动的学生在2021 年毕业设计中，共有10 人参与或独自完成了毕业设计的实物制作，充分显示了基于创新实践训练的人才培养模式有助于培养学生解决复杂工程问题所需要的动手实践能力和思维创新能力。

四 结论与展望

面向“新工科+工程教育”和“一流本科教育”对创新实践人才的培养要求，通过探索基于创新实践训练的机械类专业本科人才培养模式，构建了以理论知识为基础、创新实践训练为途径、专业竞赛为补充、毕业设计为衡量的“学、创、赛、毕”四位一体的本科人才培养体系。实践表明，将理论知识、创新实践、专业竞赛、毕业设计融合在一起的机械专业本科人才培养模式有利于培养学生的实践能力和创新精神，具有借鉴和参考意义。

在前期的创新实践训练活动基础上，机械类专业本科人才培养模式在以下几个方面需要进一步地探索和完善：

（1）探索学生自主管理运行创新实践训练平台的机制，完善培训管理和安全保障体系，实现创新实践训练平台在学生自主管理运行机制下的全面开放模式。

（2）深化创新实践训练活动的产教融合力度，增强创新实践训练活动主题与解决企业实际问题的结合度，提高企业导师在创新实践训练活动中指导学生的参与度，从而提高学生解决复杂工程问题的实践能力和创新能力。