張 燕，史留勇，何 盛

(海南大學 機電工程學院，海南 海口 570228)

表4 開設的機械創(chuàng)新實踐項目

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機械創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)的探討

張 燕，史留勇，何 盛

(海南大學 機電工程學院，海南 ?？?570228)

在詳細介紹機械創(chuàng)新設計組成要素的基礎(chǔ)上，深入研究了國內(nèi)外機械創(chuàng)新設計的教學現(xiàn)狀，同時指出了海南大學近幾年在學生創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)方面所取得的成果以及存在的問題，探討了大學生機械創(chuàng)新設計能力的培養(yǎng)方法，并就如何加強大學生機械創(chuàng)新設計能力的培養(yǎng)提出了具體建議.

機械設計； 創(chuàng)新設計； 人才培養(yǎng)； 海南大學

隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，對機械類人才的培養(yǎng)也提出了更多新的要求，尤其是對于創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提出了更高的要求[1].高等學校是國家知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新體系的基礎(chǔ)，承擔著“培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新實踐能力的高級專門人才”的重任，如何開發(fā)和培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力[2]，已成為高校教育改革的重要方向.培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的機械專業(yè)人才，對于我國的經(jīng)濟發(fā)展和建設創(chuàng)新性國家都具有重要的意義[3].海南大學是一所綜合性大學、海南省唯一的一所“211”大學，一直以來都非常重視對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提出了“立足海南，面向全國，輻射東南亞”的建設目標.學校充分結(jié)合海南省的特色資源，將學生創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)切實落實到教學工作中，不斷地引導學生進行創(chuàng)新實踐活動，逐步形成了一條具有海南省特色的創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)之路，并取得了顯著的成果.結(jié)合我校對大學生機械創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)的成功經(jīng)驗，對大學生機械創(chuàng)新能力的培養(yǎng)模式進行探討.

1 機械創(chuàng)新設計

創(chuàng)新設計是一種具體的實踐活動，對于個人的創(chuàng)新設計能力有著較高的要求，要創(chuàng)造和設計出優(yōu)秀的產(chǎn)品，不僅需要較深的理論知識還需要具有較強的實踐能力[4].具體來說，對于大學生而言，機械創(chuàng)新設計能力主要包括以下幾個方面，如表1所示：

2 機械創(chuàng)新設計教育的現(xiàn)狀

2.1 國外機械創(chuàng)新設計的現(xiàn)狀 國外高校一直以來都非常重視對于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在課程體系的設置、教學方法以及教學實踐活動上都是緊緊圍繞著“創(chuàng)新”來進行的.國外高等工程教育的培養(yǎng)目標是“通才”，要求工程技術(shù)人員具有廣闊的知識面，能夠獨立解決工程中所涉及的各種一般性問題.而且國外高校非常重視實踐教學活動，對學生的創(chuàng)新能力、組織能力、生產(chǎn)實踐能力等各種實踐能力有著嚴格的要求.如麻省理工學院明確要求學生從入學開始就要參與到科技創(chuàng)新實踐活動中，并把其納入學生的考核對象中.而德國的工程教育則更為直接，德國高等工程院校的培養(yǎng)目標是文憑工程師，這些學校都十分重視實踐教學環(huán)節(jié)，它們通常是一種校企合作的培養(yǎng)模式，要求學生在入學前必須到企業(yè)實習，憑借實習證明和評語通過學校審核后才能報道入學，而且每個工科生在校期間都要完成26周的生產(chǎn)實習，學生不僅要修完所有的相關(guān)課程，還要完成創(chuàng)新設計和實踐活動[5-6].

表1 機械創(chuàng)新設計能力包括內(nèi)容

2.2 我國機械創(chuàng)新設計的現(xiàn)狀 我國的機械工程及機械工程教育起步較晚，雖然在近些年取得了比較顯著的成果，但是與發(fā)達國家相比還存在著很大的差距，而且還遠不能滿足知識經(jīng)濟時代對于高等教育的要求.主要表現(xiàn)在三個方面：一是實踐教學薄弱，工程訓練軟化，受經(jīng)濟體制轉(zhuǎn)軌的影響，工程教育脫離工程實際的現(xiàn)象較為嚴重[7]；二是學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)還有待進一步提高，培養(yǎng)模式、課程體系、教學方法手段與培養(yǎng)創(chuàng)新型工程師的要求還存在差距；三是與工業(yè)界的合作還不夠緊密.目前國內(nèi)高校的課堂教學還是以傳統(tǒng)的“灌輸式”“填鴨式”模式為主，只有老師的說教而沒用學生的互動，缺少學生的參與和討論，造成學生缺乏想象能力和創(chuàng)新設計能力.盡管國內(nèi)很多高校也意識到了培養(yǎng)學生創(chuàng)新設計能力的重要性和緊迫性，開始開展全國性、省級的各種創(chuàng)新設計大賽，并積極的進行教育改革，力求尋找一種適合國情的培養(yǎng)模式[8]，但是由于諸多客觀原因，如課程體系的設置、學校硬件設施的限制、教師教學水平和方法的限制，使得目前的教育還是無法走出傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式.因此，如何進行教育改革、提高大學生尤其是工科生的機械創(chuàng)新設計能力仍然是國內(nèi)高校所面臨的一個重大問題[9].

3 我校在機械創(chuàng)新設計教育中的探索

海南大學是由原華南熱帶農(nóng)業(yè)大學與原海南大學合并組建而成的海南省綜合性重點大學，“兩院人”經(jīng)過艱苦卓絕的努力使我國成為了世界上唯一在北緯180°～240° 范圍內(nèi)大面積種植橡膠成功的國家，學校也因此獲得了國家發(fā)明一等獎、國家科技進步獎一等獎和國家級教學成果二等獎等900多項科教成果.海大人秉承熱愛科學、敢于創(chuàng)新的優(yōu)良傳統(tǒng)，在創(chuàng)新設計的路上不斷進行探索，創(chuàng)造出了一大批優(yōu)秀作品.在“211工程”建設的過程中，學校對創(chuàng)新設計實踐活動投入了更大的精力，鼓勵師生積極主持、參與創(chuàng)新設計.總結(jié)我校的機械創(chuàng)新設計教育的培養(yǎng)，主要有以下幾個特點.

3.1 狠抓基礎(chǔ)課程教育，拓寬學科范圍 深厚的專業(yè)基礎(chǔ)知識是創(chuàng)新的前提，只有有了良好的基礎(chǔ)知識，才能更容易的發(fā)現(xiàn)問題，并迅速的找到解決方法.而且隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，機械學科的范圍也有著越來越豐富的內(nèi)涵，現(xiàn)代機械學科不僅有著傳統(tǒng)機械學科的所有特性，而且還融入了信息科學、材料科學以及管理科學等諸多內(nèi)容，這就要求現(xiàn)代的機械工程人員不僅要懂得機械工程本身的知識，而且還要學習一些相關(guān)學科從而形成豐富的知識面[10].我校非常重視學生基礎(chǔ)知識的教育，機械系的學生要進行為期兩年的基礎(chǔ)課程學習.這期間不僅要學習高等數(shù)學、線性代數(shù)、大學物理等公共基礎(chǔ)課程，還要學習機械制圖、機械原理、電工電子技術(shù)等傳統(tǒng)的機械學科課程.這種課程體系使得學生有了一個牢固的基礎(chǔ)，能更加輕松的接受和理解專業(yè)課程.為了培養(yǎng)符合時代發(fā)展的復合型人才，學生還必須學習機電一體化技術(shù)、液壓與氣動技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制原理以及企業(yè)管理等課程.這些課程的學習拓寬了學生的知識面，鍛煉了學生的思維，提高了學生對于知識的綜合運用能力，是進行機械創(chuàng)新設計基礎(chǔ)和源泉.為體現(xiàn)專業(yè)基礎(chǔ)，對課程教學內(nèi)容進行調(diào)整、重組和更新，比如，為了適應工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢，新增加了工業(yè)機器人的新內(nèi)容；對齒輪機構(gòu)、機構(gòu)的運動分析及力分析等做了適當?shù)木?，其它的部分?nèi)容也進行了重組和更新，特別是計算機技術(shù)在專業(yè)課程的應用方面，作了很大的更新.

3.2 建立科技創(chuàng)新實踐基地 科技創(chuàng)新實踐基地是學生創(chuàng)新靈感的催生地，是將設計思想轉(zhuǎn)化成作品或產(chǎn)品的最佳工廠.機械創(chuàng)新設計教育不能仿照傳統(tǒng)機械工程教育的培養(yǎng)模式，而必須緊緊的將理論教學與實踐教學相結(jié)合.為了突出并發(fā)揮實踐教學在創(chuàng)新設計人才培養(yǎng)中的作用，就必須創(chuàng)建創(chuàng)新實踐基地，給學生提供一個交流和實踐的平臺.為了給學生更多實現(xiàn)創(chuàng)新夢想的機會，我校設立了創(chuàng)新院作為學生科技創(chuàng)新的實踐基地，不僅配有專業(yè)老師指導學生的創(chuàng)新實踐活動，還設置了專項啟動資金來支持學生的一些創(chuàng)新項目.自2007年成立以來，我校創(chuàng)新院取得許多成果，統(tǒng)計結(jié)果如表2所示：

表2 各類成果統(tǒng)計

這使得它獲得了省委以及媒體的高度贊賞.我校的蔡維同學便是創(chuàng)新院的骨干成員之一，他先后獲得第三屆全國大學生環(huán)?？萍紕?chuàng)意設計大賽銀獎、海南省環(huán)保科技創(chuàng)新大賽一等獎及鼓勵獎等各種獎項10余項，他的團隊作品“便攜式樹皮厚度測量儀”(見圖1) ，榮獲第六屆“挑戰(zhàn)杯”海南省大學生課外學術(shù)科技作品競賽特等獎.正如創(chuàng)新院的標語“創(chuàng)新不是天才的專利，要讓青春與創(chuàng)新同行”，創(chuàng)新院的成立對我校創(chuàng)新設計人才的培養(yǎng)起到了極大的促進作用.

圖1 實物效果圖

3.3 積極組織參加各類科技創(chuàng)新競賽 科技創(chuàng)新競賽是鍛煉和檢驗學生對于知識的綜合運用能力的最好方法，也是提高學生創(chuàng)新設計能力的最直接的途徑.在全國大力推進機械創(chuàng)新設計教育，鼓勵學生積極參與機械創(chuàng)新設計實踐活動的浪潮中，我校及時抓住機會極力推進創(chuàng)新設計實踐活動，并為此設立了一套較為完善的獎勵制度.精神鼓勵是進行創(chuàng)新活動的驅(qū)動力，物質(zhì)是科技創(chuàng)新實踐活動的后勤保障，我校不僅對積極參加科技創(chuàng)新競賽的學生予以鼓勵和表彰，而且將其競賽成績與評獎評優(yōu)、成績評定直接掛鉤.這種積極的激勵制度極大的激發(fā)了學生的參與熱情和創(chuàng)作激情，吸引了大量的學生參與創(chuàng)新設計競賽.近兩年來，海南大學機電工程學院積極參與各類創(chuàng)新設計競賽，獲得各項獎勵，結(jié)果如表3所示：

表3 競賽獲獎人數(shù)統(tǒng)計

從上表可以看出，近兩年參加創(chuàng)新設計競賽的獲獎人數(shù)明顯提高，說明海南大學機電工程學院在創(chuàng)新設計方面已經(jīng)取得一定的成效.

3.4 引導學生結(jié)合地域特色進行創(chuàng)新活動 海南省地處熱帶，有著獨特而豐富的資源條件，盛產(chǎn)熱帶作物，我校充分利用這地理優(yōu)勢，積極鼓勵引導學生結(jié)合地域特色進行創(chuàng)新實踐活動.我校師生長期以來致力于實現(xiàn)這些熱帶作物的生產(chǎn)加工自動化研究，并取得了一定的成果.例如機電學院廖宇蘭教授一直致力于“木薯收獲機”的研究，在深入了解木薯的習性以及國內(nèi)外對于木薯收獲機研究現(xiàn)狀的情況后，將其引入課堂教學，引導學生積極思考，鼓勵學生參與設計與討論，最終發(fā)明了一種木薯收獲機[11]，使我國木薯收獲機械更加趨向于專業(yè)化，并以此項目入選了2014年的國家自然科學基金項目.我校在椰子剝衣機(脫殼機)、香蕉秸稈包扎機、香蕉秸稈粉碎機以及芒果的無損檢測機械等項目的研究上也有豐碩的成果，申請了多個相關(guān)專利，并在多個核心期刊上發(fā)表相關(guān)研究論文.海南大學機電工程學院機械系提供了“機械創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系”的實踐基地.完善其創(chuàng)新實踐平臺，結(jié)合海南省特色，組織學生參加多樣的創(chuàng)新實踐項目,如表4所示.

表4 開設的機械創(chuàng)新實踐項目

項目名稱1橡膠果破碎機的設計2全自動椰子剝衣機的創(chuàng)新設計3芒果采摘機的設計4香蕉秸稈粉碎機的創(chuàng)新設計5南藥干燥機的創(chuàng)新設計6胡椒脫皮機的設計

4 進一步加強學生機械設計能力的建議和措施

雖然我校在對學生的機械創(chuàng)新設計能力的培養(yǎng)教育上取得了一定的成績，但是也存在著諸如創(chuàng)新氣氛不夠濃厚、課程體系存在缺陷以及專業(yè)指導團隊缺乏等問題，而這些問題在機械創(chuàng)新設計教學中具有一定的代表性，也普遍存在于全國大部分的高校中.因此，針對我國機械創(chuàng)新設計教育的現(xiàn)狀以及我校在對學生機械創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)的探索過程中出現(xiàn)的一些問題，提出一些改進建議和措施.

4.1 營造創(chuàng)新氛圍，增強學生的創(chuàng)新意識 盡管國內(nèi)各大高校都在強調(diào)加強學生的機械創(chuàng)新設計能力，并對此積極的進行教學改革，但是成效卻并不是很明顯，其中一個很大的原因就是學校的創(chuàng)新氛圍不夠濃.由于對于創(chuàng)新設計概念的模糊以及對于創(chuàng)新設計相關(guān)知識和過程的不了解，學生對于創(chuàng)新設計產(chǎn)生了神秘感，從而導致他們的創(chuàng)新意識淡薄，甚至是有了較好的想法也不敢去嘗試.因此為了增強學生的創(chuàng)新設計意識、消除創(chuàng)新設計的神秘化、鼓勵更多的學生參與到創(chuàng)新設計的實踐活動中來，就必須要在全校甚至全國范圍內(nèi)營造一個良好的創(chuàng)新氛圍.營造一個具有創(chuàng)新氣氛的校園，需要學校各職能部門、教師和學生的共同努力，具體措施包括：(1)鼓勵學生參與老師的科研創(chuàng)新項目，通過老師的指導讓學生體會到如何將所學知識與具體的實踐項目相結(jié)合，消除學生對于科研以及創(chuàng)新神秘感.(2)在學院或者系里組建機械創(chuàng)新小組，通過老師或者有創(chuàng)新設計實踐經(jīng)驗的學長督促和指導，讓學生積極參與討論和實踐活動，增強學生的創(chuàng)新思維.(3)對優(yōu)秀的創(chuàng)新設計項目和在機械創(chuàng)新設計方面具有一定成就的老師以及學生予以獎勵和表彰，并將其樹立成典型模范，以此增強學生參與機械創(chuàng)新設計實踐活動的欲望.

4.2 建立合理的教學課程體系 現(xiàn)代科學和高新技術(shù)的發(fā)展不斷地深化機械工程的內(nèi)涵，以往傳統(tǒng)的機械工程的培養(yǎng)方式和課程體系已無法滿足機械創(chuàng)新設計教育的要求.整合課程體系，改進教學方法，使之適應創(chuàng)新設計人才培養(yǎng)的目標，是學生創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)的關(guān)鍵.機械創(chuàng)新設計是一項綜合性非常強、涉及面非常廣的實踐活動，創(chuàng)新設計者不僅需要有過硬的基本知識，更要有創(chuàng)新的欲望和動力[12].因此為了培養(yǎng)學生的機械創(chuàng)新設計能力，課程體系和教學方法應從能鍛煉學生的創(chuàng)新思維、引導學生的創(chuàng)新意識和激發(fā)學生的創(chuàng)新激情出發(fā)，應該以“厚基礎(chǔ)，寬口徑，重創(chuàng)新”作為課程體系的設置方向.對于傳統(tǒng)的機械學科所必須學習的課程，如力學、機械制圖、機械原理、機械設計等課程要有嚴格的教學和考核要求，以此督促學生打下堅實的基礎(chǔ)，此外要合理的增加電類、液壓、計算機技術(shù)、專業(yè)軟件等相關(guān)的能促進學生綜合能力的課程.新的課程體系還必須要重視理論教學和實踐教學的相互結(jié)合、傳統(tǒng)教學方法和現(xiàn)代教學方法的靈活運用，可以通過壓縮專、偏、難的內(nèi)容，縮短課內(nèi)學時，增加課內(nèi)學生討論環(huán)節(jié)，增加課程實驗，延長課程實習時間等手段，使機械工程教育更有利于學生主動學習，提高學生的專業(yè)學習興趣和自學能力，從而促進學生的創(chuàng)新設計思維和創(chuàng)新設計能力的提高.

4.3 組建一支高水平、高素質(zhì)的教師指導團隊 建設一支具有高水平、高素質(zhì)的師資隊伍是加強創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)的根本，雖然學生是機械創(chuàng)新設計實踐活動的主體，但是也要重視教師在教學中的指導作用.由于機械創(chuàng)新設計涉及到機械、電子、力學、計算機技術(shù)等眾多領(lǐng)域的科學知識的綜合利用，這就要求教師不僅要在認識上對創(chuàng)新設計教育予以足夠的重視，還要不斷的繼續(xù)學習，從而掌握廣泛的知識.此外，機械創(chuàng)新設計是一個實踐性非常強的活動，對參與者的工程實踐能力有著較高的要求，一支具有深厚的專業(yè)知識和豐富的機械創(chuàng)新設計實踐經(jīng)驗的師資隊伍能為學生機械創(chuàng)新設計能力的培養(yǎng)奠定良好的基礎(chǔ).師資隊伍的建設可參照以下具體措施：(1)引進高水平以及具有生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的教師，并使之在教學和創(chuàng)新實踐活動中發(fā)揮帶頭作用.(2)鼓勵教師向“雙師型”發(fā)展，走出課堂走向企業(yè)深入生產(chǎn)一線，從而更好地將自己的理論知識和生產(chǎn)實踐結(jié)合起來，不斷提高自身的理論和實踐操作水平.(3)注重中、老年教師對年輕教師的經(jīng)驗傳授、指導、幫助作用，使年輕教師能夠快速的積累教學和實踐經(jīng)驗.只有建設一支高水平的教師指導隊伍，才能更好地指導學生進行機械創(chuàng)新實踐活動，設計、生產(chǎn)出更加優(yōu)秀的作品和產(chǎn)品.

4.4 鼓勵并組織學生參加各種課外科技實踐活動 課外科技創(chuàng)新實踐活動是學生的第二課堂，是引導學生將理論知識運用于工程實際的最佳鍛煉平臺，對學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和實際操作能力都能起到很好的促進作用.全國“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽、全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽以及全國大學生節(jié)能減排大賽等各類科技競賽都是學生進行機械創(chuàng)新設計的鍛煉平臺，學校應該對其進行廣泛的宣傳，鼓勵并認真組織學生積極參加.為了進一步擴大此類競賽的影響范圍，吸引更多的學生參與到競賽中，學校還可以設置合理的激勵制度.此外，學校和系里還可以自己組織CAD制圖大賽、三維造型設計大賽以及機械創(chuàng)新設計大賽等各種形式的競賽活動，從日常生活和教學中培養(yǎng)學生的機械創(chuàng)新設計能力.

5 結(jié) 語

機械行業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，機械創(chuàng)新設計是機械工程發(fā)展的最終趨勢，培養(yǎng)大學生尤其是工科生的機械創(chuàng)新設計能力對國家的發(fā)展有著重要的意義.本文較為詳細地介紹了機械創(chuàng)新設計的組成要素，并簡要地概述了國內(nèi)外機械創(chuàng)新設計教育的現(xiàn)狀，重點介紹了海南大學在學生機械創(chuàng)新設計能力的培養(yǎng)問題上所采取的措施以及所取得的一些成果，對大學生機械創(chuàng)新設計能力的培養(yǎng)方法進行了探討，并結(jié)合我校在機械創(chuàng)新設計教育上存在的一些問題以及針對目前國內(nèi)機械創(chuàng)新設計教育的現(xiàn)狀，提出了幾點關(guān)于如何加強大學生機械創(chuàng)新設計能力的建議.這可為機械工程專業(yè)人才進行機械創(chuàng)新設計的能力培養(yǎng)提供一定的參考.

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Ability Cultivation of Mechanical Innovation Design

Zhang Yan, Shi Liuyong, He Sheng

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Hainan University, Haikou 570228, China)

Based on the introduction of mechanical innovation design elements, the present teaching situation of the mechanical innovation design were further studied at home and abroad. The harvest and problems of the ability cultivation of mechanical innovation design in Hainan University were listed, the methods of the ability cultivation of mechanical innovation design were discussed, and some suggestions about how to improve the ability of mechanical innovation design of students were also proposed.

Mechanical Design; innovative design; talents cultivate; Hainan University

2014-09-22

2015海南省高等學校教育教學改革項目(Hnjg2015-3)；海南大學重點教學改革項目(hdjy1511)；海南省中西部高校提升綜合實力工作資金項目.

張燕(1978-)，女，湖北鄂州人，副教授，研究方向：機電一體化，E-mail:z_yhs@163.com

1004-1729(2015)03-0293-06

TH 122

A DOl：10.15886/j.cnki.hdxbzkb.2015.0052