机械创新设计能力培养的探讨

张 燕，史留勇，何 盛

(海南大学 机电工程学院，海南 海口 570228)

表4 开设的机械创新实践项目



机械创新设计能力培养的探讨

张 燕，史留勇，何 盛

(海南大学 机电工程学院，海南 海口 570228)

在详细介绍机械创新设计组成要素的基础上，深入研究了国内外机械创新设计的教学现状，同时指出了海南大学近几年在学生创新设计能力培养方面所取得的成果以及存在的问题，探讨了大学生机械创新设计能力的培养方法，并就如何加强大学生机械创新设计能力的培养提出了具体建议.

机械设计； 创新设计； 人才培养； 海南大学

随着科学技术的迅速发展，对机械类人才的培养也提出了更多新的要求，尤其是对于创新精神和创新能力的培养提出了更高的要求[1].高等学校是国家知识创新和技术创新体系的基础，承担着“培养具有创新精神和创新实践能力的高级专门人才”的重任，如何开发和培养大学生的创新精神和创新能力[2]，已成为高校教育改革的重要方向.培养具有创新思维和创新能力的机械专业人才，对于我国的经济发展和建设创新性国家都具有重要的意义[3].海南大学是一所综合性大学、海南省唯一的一所“211”大学，一直以来都非常重视对学生创新能力的培养，提出了“立足海南，面向全国，辐射东南亚”的建设目标.学校充分结合海南省的特色资源，将学生创新意识和能力的培养切实落实到教学工作中，不断地引导学生进行创新实践活动，逐步形成了一条具有海南省特色的创新型人才的培养之路，并取得了显著的成果.结合我校对大学生机械创新设计能力培养的成功经验，对大学生机械创新能力的培养模式进行探讨.

1 机械创新设计

创新设计是一种具体的实践活动，对于个人的创新设计能力有着较高的要求，要创造和设计出优秀的产品，不仅需要较深的理论知识还需要具有较强的实践能力[4].具体来说，对于大学生而言，机械创新设计能力主要包括以下几个方面，如表1所示：

2 机械创新设计教育的现状

2.1 国外机械创新设计的现状 国外高校一直以来都非常重视对于学生创新能力的培养，在课程体系的设置、教学方法以及教学实践活动上都是紧紧围绕着“创新”来进行的.国外高等工程教育的培养目标是“通才”，要求工程技术人员具有广阔的知识面，能够独立解决工程中所涉及的各种一般性问题.而且国外高校非常重视实践教学活动，对学生的创新能力、组织能力、生产实践能力等各种实践能力有着严格的要求.如麻省理工学院明确要求学生从入学开始就要参与到科技创新实践活动中，并把其纳入学生的考核对象中.而德国的工程教育则更为直接，德国高等工程院校的培养目标是文凭工程师，这些学校都十分重视实践教学环节，它们通常是一种校企合作的培养模式，要求学生在入学前必须到企业实习，凭借实习证明和评语通过学校审核后才能报道入学，而且每个工科生在校期间都要完成26周的生产实习，学生不仅要修完所有的相关课程，还要完成创新设计和实践活动[5-6].

表1 机械创新设计能力包括内容

2.2 我国机械创新设计的现状 我国的机械工程及机械工程教育起步较晚，虽然在近些年取得了比较显著的成果，但是与发达国家相比还存在着很大的差距，而且还远不能满足知识经济时代对于高等教育的要求.主要表现在三个方面：一是实践教学薄弱，工程训练软化，受经济体制转轨的影响，工程教育脱离工程实际的现象较为严重[7]；二是学生的创新能力培养还有待进一步提高，培养模式、课程体系、教学方法手段与培养创新型工程师的要求还存在差距；三是与工业界的合作还不够紧密.目前国内高校的课堂教学还是以传统的“灌输式”“填鸭式”模式为主，只有老师的说教而没用学生的互动，缺少学生的参与和讨论，造成学生缺乏想象能力和创新设计能力.尽管国内很多高校也意识到了培养学生创新设计能力的重要性和紧迫性，开始开展全国性、省级的各种创新设计大赛，并积极的进行教育改革，力求寻找一种适合国情的培养模式[8]，但是由于诸多客观原因，如课程体系的设置、学校硬件设施的限制、教师教学水平和方法的限制，使得目前的教育还是无法走出传统的培养模式.因此，如何进行教育改革、提高大学生尤其是工科生的机械创新设计能力仍然是国内高校所面临的一个重大问题[9].

3 我校在机械创新设计教育中的探索

海南大学是由原华南热带农业大学与原海南大学合并组建而成的海南省综合性重点大学，“两院人”经过艰苦卓绝的努力使我国成为了世界上唯一在北纬180°～240° 范围内大面积种植橡胶成功的国家，学校也因此获得了国家发明一等奖、国家科技进步奖一等奖和国家级教学成果二等奖等900多项科教成果.海大人秉承热爱科学、敢于创新的优良传统，在创新设计的路上不断进行探索，创造出了一大批优秀作品.在“211工程”建设的过程中，学校对创新设计实践活动投入了更大的精力，鼓励师生积极主持、参与创新设计.总结我校的机械创新设计教育的培养，主要有以下几个特点.

3.1 狠抓基础课程教育，拓宽学科范围 深厚的专业基础知识是创新的前提，只有有了良好的基础知识，才能更容易的发现问题，并迅速的找到解决方法.而且随着科学技术的快速发展，机械学科的范围也有着越来越丰富的内涵，现代机械学科不仅有着传统机械学科的所有特性，而且还融入了信息科学、材料科学以及管理科学等诸多内容，这就要求现代的机械工程人员不仅要懂得机械工程本身的知识，而且还要学习一些相关学科从而形成丰富的知识面[10].我校非常重视学生基础知识的教育，机械系的学生要进行为期两年的基础课程学习.这期间不仅要学习高等数学、线性代数、大学物理等公共基础课程，还要学习机械制图、机械原理、电工电子技术等传统的机械学科课程.这种课程体系使得学生有了一个牢固的基础，能更加轻松的接受和理解专业课程.为了培养符合时代发展的复合型人才，学生还必须学习机电一体化技术、液压与气动技术、计算机技术、自动控制原理以及企业管理等课程.这些课程的学习拓宽了学生的知识面，锻炼了学生的思维，提高了学生对于知识的综合运用能力，是进行机械创新设计基础和源泉.为体现专业基础，对课程教学内容进行调整、重组和更新，比如，为了适应工业生产的发展趋势，新增加了工业机器人的新内容；对齿轮机构、机构的运动分析及力分析等做了适当的精简，其它的部分内容也进行了重组和更新，特别是计算机技术在专业课程的应用方面，作了很大的更新.

3.2 建立科技创新实践基地 科技创新实践基地是学生创新灵感的催生地，是将设计思想转化成作品或产品的最佳工厂.机械创新设计教育不能仿照传统机械工程教育的培养模式，而必须紧紧的将理论教学与实践教学相结合.为了突出并发挥实践教学在创新设计人才培养中的作用，就必须创建创新实践基地，给学生提供一个交流和实践的平台.为了给学生更多实现创新梦想的机会，我校设立了创新院作为学生科技创新的实践基地，不仅配有专业老师指导学生的创新实践活动，还设置了专项启动资金来支持学生的一些创新项目.自2007年成立以来，我校创新院取得许多成果，统计结果如表2所示：

表2 各类成果统计

这使得它获得了省委以及媒体的高度赞赏.我校的蔡维同学便是创新院的骨干成员之一，他先后获得第三届全国大学生环保科技创意设计大赛银奖、海南省环保科技创新大赛一等奖及鼓励奖等各种奖项10余项，他的团队作品“便携式树皮厚度测量仪”(见图1) ，荣获第六届“挑战杯”海南省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖.正如创新院的标语“创新不是天才的专利，要让青春与创新同行”，创新院的成立对我校创新设计人才的培养起到了极大的促进作用.

图1 实物效果图

3.3 积极组织参加各类科技创新竞赛 科技创新竞赛是锻炼和检验学生对于知识的综合运用能力的最好方法，也是提高学生创新设计能力的最直接的途径.在全国大力推进机械创新设计教育，鼓励学生积极参与机械创新设计实践活动的浪潮中，我校及时抓住机会极力推进创新设计实践活动，并为此设立了一套较为完善的奖励制度.精神鼓励是进行创新活动的驱动力，物质是科技创新实践活动的后勤保障，我校不仅对积极参加科技创新竞赛的学生予以鼓励和表彰，而且将其竞赛成绩与评奖评优、成绩评定直接挂钩.这种积极的激励制度极大的激发了学生的参与热情和创作激情，吸引了大量的学生参与创新设计竞赛.近两年来，海南大学机电工程学院积极参与各类创新设计竞赛，获得各项奖励，结果如表3所示：

表3 竞赛获奖人数统计

从上表可以看出，近两年参加创新设计竞赛的获奖人数明显提高，说明海南大学机电工程学院在创新设计方面已经取得一定的成效.

3.4 引导学生结合地域特色进行创新活动 海南省地处热带，有着独特而丰富的资源条件，盛产热带作物，我校充分利用这地理优势，积极鼓励引导学生结合地域特色进行创新实践活动.我校师生长期以来致力于实现这些热带作物的生产加工自动化研究，并取得了一定的成果.例如机电学院廖宇兰教授一直致力于“木薯收获机”的研究，在深入了解木薯的习性以及国内外对于木薯收获机研究现状的情况后，将其引入课堂教学，引导学生积极思考，鼓励学生参与设计与讨论，最终发明了一种木薯收获机[11]，使我国木薯收获机械更加趋向于专业化，并以此项目入选了2014年的国家自然科学基金项目.我校在椰子剥衣机(脱壳机)、香蕉秸秆包扎机、香蕉秸秆粉碎机以及芒果的无损检测机械等项目的研究上也有丰硕的成果，申请了多个相关专利，并在多个核心期刊上发表相关研究论文.海南大学机电工程学院机械系提供了“机械创新能力培养体系”的实践基地.完善其创新实践平台，结合海南省特色，组织学生参加多样的创新实践项目,如表4所示.

表4 开设的机械创新实践项目

项目名称1橡胶果破碎机的设计2全自动椰子剥衣机的创新设计3芒果采摘机的设计4香蕉秸秆粉碎机的创新设计5南药干燥机的创新设计6胡椒脱皮机的设计

4 进一步加强学生机械设计能力的建议和措施

虽然我校在对学生的机械创新设计能力的培养教育上取得了一定的成绩，但是也存在着诸如创新气氛不够浓厚、课程体系存在缺陷以及专业指导团队缺乏等问题，而这些问题在机械创新设计教学中具有一定的代表性，也普遍存在于全国大部分的高校中.因此，针对我国机械创新设计教育的现状以及我校在对学生机械创新设计能力培养的探索过程中出现的一些问题，提出一些改进建议和措施.

4.1 营造创新氛围，增强学生的创新意识 尽管国内各大高校都在强调加强学生的机械创新设计能力，并对此积极的进行教学改革，但是成效却并不是很明显，其中一个很大的原因就是学校的创新氛围不够浓.由于对于创新设计概念的模糊以及对于创新设计相关知识和过程的不了解，学生对于创新设计产生了神秘感，从而导致他们的创新意识淡薄，甚至是有了较好的想法也不敢去尝试.因此为了增强学生的创新设计意识、消除创新设计的神秘化、鼓励更多的学生参与到创新设计的实践活动中来，就必须要在全校甚至全国范围内营造一个良好的创新氛围.营造一个具有创新气氛的校园，需要学校各职能部门、教师和学生的共同努力，具体措施包括：(1)鼓励学生参与老师的科研创新项目，通过老师的指导让学生体会到如何将所学知识与具体的实践项目相结合，消除学生对于科研以及创新神秘感.(2)在学院或者系里组建机械创新小组，通过老师或者有创新设计实践经验的学长督促和指导，让学生积极参与讨论和实践活动，增强学生的创新思维.(3)对优秀的创新设计项目和在机械创新设计方面具有一定成就的老师以及学生予以奖励和表彰，并将其树立成典型模范，以此增强学生参与机械创新设计实践活动的欲望.

4.2 建立合理的教学课程体系 现代科学和高新技术的发展不断地深化机械工程的内涵，以往传统的机械工程的培养方式和课程体系已无法满足机械创新设计教育的要求.整合课程体系，改进教学方法，使之适应创新设计人才培养的目标，是学生创新设计能力培养的关键.机械创新设计是一项综合性非常强、涉及面非常广的实践活动，创新设计者不仅需要有过硬的基本知识，更要有创新的欲望和动力[12].因此为了培养学生的机械创新设计能力，课程体系和教学方法应从能锻炼学生的创新思维、引导学生的创新意识和激发学生的创新激情出发，应该以“厚基础，宽口径，重创新”作为课程体系的设置方向.对于传统的机械学科所必须学习的课程，如力学、机械制图、机械原理、机械设计等课程要有严格的教学和考核要求，以此督促学生打下坚实的基础，此外要合理的增加电类、液压、计算机技术、专业软件等相关的能促进学生综合能力的课程.新的课程体系还必须要重视理论教学和实践教学的相互结合、传统教学方法和现代教学方法的灵活运用，可以通过压缩专、偏、难的内容，缩短课内学时，增加课内学生讨论环节，增加课程实验，延长课程实习时间等手段，使机械工程教育更有利于学生主动学习，提高学生的专业学习兴趣和自学能力，从而促进学生的创新设计思维和创新设计能力的提高.

4.3 组建一支高水平、高素质的教师指导团队 建设一支具有高水平、高素质的师资队伍是加强创新设计能力培养的根本，虽然学生是机械创新设计实践活动的主体，但是也要重视教师在教学中的指导作用.由于机械创新设计涉及到机械、电子、力学、计算机技术等众多领域的科学知识的综合利用，这就要求教师不仅要在认识上对创新设计教育予以足够的重视，还要不断的继续学习，从而掌握广泛的知识.此外，机械创新设计是一个实践性非常强的活动，对参与者的工程实践能力有着较高的要求，一支具有深厚的专业知识和丰富的机械创新设计实践经验的师资队伍能为学生机械创新设计能力的培养奠定良好的基础.师资队伍的建设可参照以下具体措施：(1)引进高水平以及具有生产实践经验的教师，并使之在教学和创新实践活动中发挥带头作用.(2)鼓励教师向“双师型”发展，走出课堂走向企业深入生产一线，从而更好地将自己的理论知识和生产实践结合起来，不断提高自身的理论和实践操作水平.(3)注重中、老年教师对年轻教师的经验传授、指导、帮助作用，使年轻教师能够快速的积累教学和实践经验.只有建设一支高水平的教师指导队伍，才能更好地指导学生进行机械创新实践活动，设计、生产出更加优秀的作品和产品.

4.4 鼓励并组织学生参加各种课外科技实践活动 课外科技创新实践活动是学生的第二课堂，是引导学生将理论知识运用于工程实际的最佳锻炼平台，对学生的创新思维、创新能力和实际操作能力都能起到很好的促进作用.全国“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生机械创新设计大赛以及全国大学生节能减排大赛等各类科技竞赛都是学生进行机械创新设计的锻炼平台，学校应该对其进行广泛的宣传，鼓励并认真组织学生积极参加.为了进一步扩大此类竞赛的影响范围，吸引更多的学生参与到竞赛中，学校还可以设置合理的激励制度.此外，学校和系里还可以自己组织CAD制图大赛、三维造型设计大赛以及机械创新设计大赛等各种形式的竞赛活动，从日常生活和教学中培养学生的机械创新设计能力.

5 结 语

机械行业是国民经济的支柱产业，机械创新设计是机械工程发展的最终趋势，培养大学生尤其是工科生的机械创新设计能力对国家的发展有着重要的意义.本文较为详细地介绍了机械创新设计的组成要素，并简要地概述了国内外机械创新设计教育的现状，重点介绍了海南大学在学生机械创新设计能力的培养问题上所采取的措施以及所取得的一些成果，对大学生机械创新设计能力的培养方法进行了探讨，并结合我校在机械创新设计教育上存在的一些问题以及针对目前国内机械创新设计教育的现状，提出了几点关于如何加强大学生机械创新设计能力的建议.这可为机械工程专业人才进行机械创新设计的能力培养提供一定的参考.

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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海南省高等学校教育教学改革项目(Hnjg2015-3)；海南大学重点教学改革项目(hdjy1511)；海南省中西部高校提升综合实力工作资金项目.

张燕(1978-)，女，湖北鄂州人，副教授，研究方向：机电一体化，E-mail:z_yhs@163.com

1004-1729(2015)03-0293-06

TH 122

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