基于PROJECT BUS驱动的机械类本科生创新能力培养

蒙艳玫， 卢福宁， 唐治宏， 董 振， 陈远玲， 陆冠成

(广西大学 机械工程学院，广西 南宁 530004)

0 引 言

中共中央国务院在《关于深化教育改革、全面推进素质教育的决定》中指出：“实施素质教育要以培养学生的创新精神和实践能力为重点”。如何更好的提高教学质量，培养当代大学生的创新能力，是摆在高等教育工作者面前的重要问题。创新能力属于能力中最高层次的一种，其培养与发展只有通过个体的主动实践才能得以实现[1]。这种主动实践最根本的要义是“学以致用”，即用所学知识解决实际问题[1]。从目前机械类本科生的情况来看，学生大部分创新实践能力不强，缺乏项目研究的实际经验，对所学的理论一知半解。从学生工作就业情况看，那些基础知识扎实、有项目经验的学生可以较顺利地找到工作，但是，基础知识不牢固，实践创新能力差，缺乏团队合作精神的学生，一般在面试过程中或试用期间被筛掉。因此目前许多学校开始研究推行项目驱动教学方式，常见的项目教学法，一种是基于课程内容开展的课程设计项目；一种是作为项目模拟教学的综合实训方式，如综合性、设计性实验、生产实习和毕业实习等；另一种就是毕业论文设计项目。这三种模式和真正的项目研发运作模式有很大区别，它们本质上都是一种理论学习模式，而不是真正的项目实践教学模式[2-5]。因此，需要研究一种新型的以真实项目为载体，通过新型项目驱动的自主学习实践模式来培养和发展学生的创新能力，才能适应现代制造业新型生产模式的人才需求。

广西大学机械工程实验教学中心于2007年评为国家级实验教学示范建设中心。在示范中心建设的过程中，深入研究了机械类本科生创新实践能力的培养理论和实践，构建了特色鲜明的基于PROJECT BUS(项目总线)驱动的本科生创新能力培养模式,有效解决了目前机械类本科生缺乏实际项目研发经验和团队合作精神，创新实践能力弱的关键问题[3]，在理论研究和实践探索取得了显著成效，作为我校机械工程及自动化专业主要特色获2010年国家级特色专业。

1 基于PROJECT BUS驱动的机械类本科生创新能力培养模式的研究

新型培养模式以创新意识、创新能力培养为目标，以人才质量为根本，以本科生导师制为依托，以PROJECT BUS驱动为主线，启迪学生的创造思维、开发学生的创新潜能、锻炼学生的创新能力、使学生掌握创新设计方法、提高学生的工程能力素质。主要围绕如何抓住广西面临东盟区位优势、发达地区的制造产业和技术向广西转移的机遇，研究和探讨现代机械工程背景下以项目BUS驱动的学生自主实践和创新能力培养模式。

1.1 PROJECT BUS 的内涵

PROJECT BUS意指项目总线，BUS是项目各环节联系的载体，是从项目选题、立项、研究内容、实施到最终效果及评价的一种运行和管理机制。所谓基于PROJECT BUS 驱动培养模式是指在社会需求真实的背景下，构建一个或多个系列化项目贯穿本科阶段主干课程知识。项目实施一般从本科生大二开始到毕业结束，整个过程严格按工程实际项目开展和管理。把创新人才培养过程从社会需求的热点技术分析开始，到项目的需求分析、设计、实施、测试、项目管理及最终对人才培养的作用、效果和评价等，各环节通过项目BUS有效串联起来组成有机整体，实现相互间信息的交流和知识融会贯通[4-10]。在所构建PROJECT BUS 环境下，对学生进行完整的专业实践训练，巩固学生的基础知识，引导学生自觉学习新知识，强调整体化专业实践训练和专业思维训练密不可分的结合，并围绕专业实践训练重组教学和评价体系，同时对项目实施过程适时进行反馈、调整和完善，确保创新人才培养的质量。

1.2 基于PROJECT BUS驱动的创新能力培养框架的构建

基于PROJECT BUS驱动的创新能力培养模式以贯穿机械类本科生主干课程的PREJECT BUS驱动为抓手，创新实践环境构建、专业导师制实施和创新能力评价体系为保证，形成了独特的以项目驱动的创新型人才培养模式。PROJECT BUS驱动的创新能力培养框架如图1所示。以市场需求定制人才培养目标，以实验中心开放性实验室和本科生专业导师制为依托，以面向工程实际的产学研真实项目研发作为学习载体，将知识的拓展与项目研究开发过程的迭代相结合，用项目研发的渐进思想与知识构建的思路相对应地组织自主实践内容，并围绕专业实践训练重组评价体系，通过项目总线BUS贯穿机械专业主干课程知识和创新能力培养过程的始终。同时深入分析在专业导师指导下，PROJECT BUS驱动培养模式的实际过程。研究面向工程实际的有利于提高学生实践能力、创新设计能力、综合应用能力的开放性自主实践教学方法，以及科研成果与本科开放性自主实验结合的方法，充分利用科研优势增强自主实践教学的能力。同时，创新符合“项目驱动”整体化实践和创新能力培养的多元化评价体系，通过客观公正的评价，肯定学生的成绩，发现学生的问题，促进学生总结成功的经验和失败的教训，从而树立不断学习的勇气和信心。培养框架如图1所示。

图1 基于 PROJECT BUS驱动的创新能力培养框架

1.3 新型培养模式具有三大明显特色

(1) 全程性。学生参与了整个项目的研发和实施过程，从查阅资料分析项目需求和研究内容、设计研究方案、制作相关装置，开展实验并进行分析总结，全过程中学生必须主动地综合运用各方面的知识, 从而达到了学生将理论知识和实践技能相结合的训练效果。

(2) 全面性。合理设置的创新实践项目覆盖了机械工程专业的主干课程知识和技能，实现本科阶段知识学习融合贯通的完整训练，同时项目研发培养学生的团队合作精神，有效提高学生的综合素质。

(3) 长时性。项目实践时间横穿整个大学阶段，学生从大二开始到大四毕业，在课余时间严格按照项目管理制度参与项目研发。在一个或多个系列化项目研究学习中，学生可以从实践到理论，然后从理论到实践多次反复，通过时间跨度较长真实项目研究实践学习，有效地成为一名卓越的工程师。

2 改革实践探索

2.1 改革目标和思路

从加大市场需求热点技术研究入手,构建基于本科生导师制，以PROJECT BUS驱动的贯穿机械专业主干课程的自主实践和课外科技创新的教学模式，以适应“面向经济全球化、消费多样化、产品个性化、更新短期化” 的新型制造模式的人才培养特点。实现“启迪学生的创造思维、开发学生的创新潜能、锻炼学生的创新能力、使学生掌握创新设计方法、提高学生的综合素质”。全面培养了学生分析问题和解决问题的思想、方法，提高了学生的团队合作精神、自我学习能力、自我调控能力和创新能力。

2.2 改革内容

构建以PROJECT BUS驱动为主线的实践教学模式，以融合机械基础、专业基础和专业技术教学PROJECT BUS驱动的实践内容贯穿整个本科培养过程。将教学的目光从学科体系的知识形成过程转向知识应用的技术项目实体，从原有学科体系课程转向项目任务导向的自主实践的特征和行为。实践内容根据本科各阶段学习的特点，并积极融入学科发展的先进技术及科研成果。根据社会需求从科研和教学入手组建项目，通过大量系列化的项目形式规划的可选做课题，鼓励个性发展。组建学生创新实践团队，按照真实项目研发模式进行管理和运作。从基本技能、综合应用、创新思维能力培养和协同合作精神多方位进行基于PROJECT BUS驱动的主动实践训练，逐步形成自主式、合作式、研究式、开放式的学习方式。改革完善时间、空间和内容开放的实践环境建设，组织实施本科生专业导师制，创新符合PROJECT BUS驱动多元化的创新能力培养评价方法和质量保障制度。

2.3 创新实践项目建设

创新项目设置是PROJECT BUS驱动实践的核心，要充分体现对学科知识的融会贯通。首先，针对 “项目”任务，确定和描述所对应的学习领域的知识、能力、态度内涵，确定项目的学习目标和学习内容。并进而对技术实践知识和技术理论知识进行目标分解，围绕项目任务为中心，按其性质、功能以及内容和它们相互间的内在联系的整合，从具体到一般，从应用到基础，完成基于项目BUS驱动的立项与选题。主要的创新实践项目有：

2.3.1自主实验项目

自主实验项目是由学生自己设计实验内容，自己准备实验、完成实验操作，自己完成实验总结与论文，自己写汇报材料并进行交流。自主实验项目依据学习阶段由浅入深设置，学生可以结合自身感知和社会实践，自主探寻并选择项目。实验中心已自主研发了可灵活开展学生自主实践的实验平台27台套，其中有4个实验平台获全国高校自制实验教学设备优秀成果奖，为自主实践项目的开设提供了良好的硬件支撑。

2.3.2创新产品研发项目

包括工程实际项目、立项的创新实践项目和各类机械学科竞赛作品的设计。创新产品研发项目很好地覆盖机械学科系统全面的知识。同时通过建立校企联合实验室，校外实习基地，使项目内容从内涵体系上更符合工程设计的实际情况。

典型案例多功能绿篱苗木修剪机项目。本科生项目组由15位2006级和2007级学生组成，学生研究团队在蒙艳玫教授等4位导师指导下，在2～3年时间里，从创新实践项目、创新设计大赛以及毕业设计和论文，系统展开相关的系列设计研究，取得的良好成效。2008年立项为国家大学生创新性实验计划项目，2009年结题被评为“优秀”。研制成功的修剪机获全国大学生机械创新设计大赛二等奖、广西一等奖。以“多功能景观苗木修剪机”项目为背景组建的模拟创业团队，在第七届“挑战杯”大学生创业计划竞赛获得广西一等奖和全国决赛银奖。项目实施过程中，已申请2项发明专利，1项获授权。项目从本科生学科竞赛作品制作开始立项，目前已在研发面向市场的产品。本科生项目组长韦锦同学是大学二年级参加课题研究的，在基于PROJECT BUS 驱动的科技创新能力培养模式下，迅速成长，获得了多个赛事奖项、广西大学优秀奖学金和校长奖学金、南宁市西乡塘区“青少年科技创新区长奖”等，项目小组有5位同学已免试推荐读研，3位同学考取研究生。目前，该项目继续吸收了6个本科生参与研发。

2.3.3科研创新项目

创新能力培养科学理念的渗透和贯穿是不容忽视的，对于培养学生科学的思维方法和严谨认真的实验态度、提高学生发现、分析和解决问题的能力起到关键的作用，参加教师的科研项目是有效手段。在参与科研项目研究中，学生可以感受浓厚的科研氛围, 了解教师的科研思想来源、本研究领域国内外的最新科研动态,生产实际中急需解决的问题,通过参与科研实践, 全面学习掌握了科研工作具体过程,全过程中学生必须主动地综合运用各方面的知识, 从而达到了学生将理论知识和实践技能相结合的训练效果, 使学生的综合能力产生质的飞跃。

典型案例可再生能源建筑应用系统监控平台项目。成立项目小组的目标是利用了当代测试和控制的大型工程应用软件MATLAB和LabVIEW为开发工具，构建面向工程实际的“可再生能源建筑应用系统监控平台”，项目组成员为2007和2008年级16位本科生。成立3年来，已完成了10多个监测系统研发并已投入使用，申请发明专利1项，获全国性和省部级等创新设计大赛1、2、3等奖5项，发表论文2篇(文章被EI收录)。项目组成员均得到了很好的锻炼，组长庞海峰同学多次获学校奖学金，获西乡塘区青少年科技创新区长奖、区优秀毕业生称号等。小组成员3位同学获免推读研，2位同学考上研究生。

2.4 “渐进式”学生创新团队建设

PROJECT BUS驱动模式是采用真正的项目团队管理模式，而且贯穿整个大学学习阶段，按照不同阶段制定渐进式的创新能力培养方案。按项目管理模式设立不同的角色，并由高年级学生带低年级学生。团队将按项目的特征以及学生的个人爱好或者特长进行组织。项目任务以学科专业课题探讨,学生通过小组合作, 共同确立课题、分析课题、搜集课题研究资料, 进行课题论文写作的形式开展，共同完成研究任务和撰写学术论文。项目驱动的模型以学生为主体，不断地培养学生的创新意识、团队合作精神和团队领导能力。目前，机械工程实验中心已经组建了6个大学生科技创新活动小组，机电产品创新团队是其中之一，主要围绕“机电一体化产品创新设计”这一研究方向开展创新实践活动，团队成员学习实践侧重点各有不同，相互合作，在视野上得以拓宽，并极大提升团队成员的自我创新与动手实践能力。团队在专业成绩、学科竞赛等方面均取得优异成绩，2011年获广西大学评选的每两年仅1项的广西青少年发展基金会“芙蓉学子.榜样力量”团队合作奖。

2.5 金字塔型导师队伍建设

组建金字塔型的导师团队: 团队由具有丰富工程经验和创新精神的教授领衔、青年教师以及企业工程师构成金字塔主体、参与日常教学实践管理的研究生和优秀高年级学生筑成塔的底部。教学团队以教师为主导，同年级学生团队互学为主体、研究生和高年级学生带低年级学生为辅助手段, 实践探索出教师与研究生、本科学生三赢的良性循环、可持续发展的教学组织形式[10-13]。金字塔型的多年级、多层次教与学紧密结合的教学团队, 大大减轻了在大众化教育的形势下, 师资力量不足的问题。

2.6 创新项目的组织实施

在本科生导师制实施的前提下，具有社会需求的各类项目以立项方式交给学生，学生组成研究小组，申请进入开放性实验室，在规定时间内进行设计性研究性项目实践。项目的全过程，从查阅文献、制订研究方案、研发产品原型、组装测试到撰写研究总结报告，是对课堂知识的深化和检验，从中掌握较系统的科学研究方法和开发技能，完成本科生实践环节培养由单纯的学习型向社会型转变，增强社会责任感，丰富了工作经验，提升掌控自我发展轨迹的自信心。

2.7 质量保障制度建设

建立了一系列PROJECT BUS驱动的实践教学质量保障制度，从实验条件、师资力量、制度规范等方面提供了有力的保障[14-15]，制定了相应的管理办法和实施细则。创新项目内容的设立必须经过专家评估和论证，设计了“创新项目计划及运行表”、“创新实践教学及管理质量调查表”等与教学质量监控相配套的记录文档。采用分组管理、项目考核、结题答辩、项目验收、座谈会、调查问卷等形式，通过周期性评估、阶段性考核、实地查验、日常监控、信息反馈等手段抓好项目实施进度、评价结果分析诊断、评价结果信息反馈几个环节，确保创新实践项目落到实处。

3 改革成效

基于PROJECT BUS驱动的自主实践和科技创新能力培养模式已经应用于我校机械工程专业本科生中，大量贯穿各个学习阶段的个性化选修项目和科技实践项目极大提高学生学习的兴趣。项目驱动的创新实践培养实行全方位开放式教学模式，对校内开放，而且对兄弟院校和社会企业开放，建立校企联合实验室，校外实验、实习基地。实验中心学生课外实践和科技创新平台已经建立开放多年，设置的创新项目大都直接来自工程实际，真题真做。为企业解决了实际问题，使学生通过实践拓宽了视野，同时也培养了创新能力。改革实践成效显著。

实验中心目前已建立了6个学生科技创新实践活动小组，每年有200多名学生在中心开展创新实践活动。创新实践选题紧密结合科研、工程和社会应用，培养出较高素质的复合型工程人才很受企业欢迎。学生受益面的广度从近5年来我校机械工程学生均超过95%的一次性就业率可见一斑。在2011年机械学院组队到区内多家企业的走访调查结果显示：广西大学机械学院学生基础扎实，实践创新能力强。目前中心每年开放性实验学时数达80000学时，占中心每年总实验学时数近25%。近5年来，有本科生参与的教师立项实验教改项目53项，学生立项创新实践项目95项；本科生参与申请专利40项，其中发明专利18项，实用新型专利22项。学生参加各类大学生创新设计大赛获奖91项，其中全国总决赛一等奖8项，二、三等奖13项。37人的毕业论文评为校级优秀。

创新实践教学模式还用于为社会技术服务，每年开办全国远程数控工艺师、CAD等数期职业资格证书培训班等，在区内起到积极教学示范作用。老师学生积极参与先后为玉柴股份公司、柳州机械股份公司等提供技术服务，完成科研项目60多项，获得显著的经济效益和社会效益。

4 结 语

新型培养模式在搭建的“产学研结合创新实践项目”、“渐进式项目团队”和“金字塔型教师团队”三位一体的科技创新环境下，围绕PROJECT BUS展开以真实项目为背景,融会贯通本科阶段知识和技能的自主实践和创新能力培养专业训练，有效解决了目前机械类本科生缺乏实际项目研发经验和团队合作精神，创新实践能力弱的关键问题。该新型培养模式特色鲜明，成效显著，获2012年广西大学优秀教学成果特等奖，广西壮族自治区优秀教学成果一等奖。

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