基于全国3D大赛的机械专业学生创新能力培养的研究

殷振+周雯雯+刘意+姚和阳+史发扬

摘 要：大学生创新能力的培养，是推动人才培养模式改革的重要途径。针对机械专业学科的特点，在机械类学生创新能力培养方案的探索中，详细介绍了基于全国3D大赛对机械专业学生创新能力培养的流程及效果。通过激发学生的创新兴趣，形成良好的创新思维，提高学生的综合素质，营造浓厚的校园创新文化氛围，对高校的教学改革和创新型人才的培养具有重要意义。

关键词：全国3D大赛 机械专业 创新能力 教学改革

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（b）-0132-02

全国3D大赛（3DDS）全称“全国三维数字化创新设计大赛”，以“推动3D技术普及、提升自主创新能力”为主题，以“以赛促教、以赛促学、以赛促用、以赛促新”为宗旨，以创新驱动工业产业发展为目标，推进工业与互联网+的融合，逐步将“工业制造”发展成“工业创造”。

随着德国“工业4.0”和我国“中国制造2025”的提出，智能化逐渐成为全球焦点。工业制造是衡量国家综合国力的一项重要指标，而3D技术也成为实现中国2025的基础支撑和重要保障。机械专业学生作为当今制造行业的主力，在社会需求和大学生就业形势的压力下，对其创新能力和动手实践能力的培养方面有一定的要求，提高机械专业学生的创新能力成为高校教学不容忽视的问题。学生在学习、掌握专业基础课的同时，有针对性地参加创新设计类大赛，对学生综合运用所学专业知识、培养创新能力和动手实践能力、提高个人综合素质、增强团队合作精神，对高校营造自主创新氛围、改善教学质量具有重大的推动作用。

1 全国3D大赛对机械专业学生创新能力培养体系架构

全国3D大赛本着“科技与文化融合”“工业与艺术互动”及“3D FOR ALL”的理念，設置了工业与工程设计大赛、数字建筑BIM设计大赛、数字表现设计大赛、微电影大赛、网络创意营销大赛、企业命题设计大赛、3D创业大赛与3D产业年度风云榜评选等八大项赛事，基本涵盖了各个领域和方向。大赛以“三维数字化”与“创新设计”为特色，要求作品是具有实用性的创新设计，基于三维软件，并体现三维数字化设计方法与流程，最终以三维数字化仿真形式表现出设计结果。

全国3D大赛着重考察设计过程、设计文档、设计源文件以及设计结果，评审标准包括设计创意性、视觉美观性、工程实用性、技术先进性等因素。基于全国3D大赛驱动机械专业学生创新能力培养的方法，在专业老师的指导下，让部分感兴趣的同学对各自所接触的机械类产品进行创新设计，以部分带动整个机械专业的创新氛围，学生自行确定设计方案、查阅并收集信息、方案计划性实施、定期小结并汇报至整个创新产品结构的完成。老师在整个过程主要对学生专业知识及常识的欠缺进行补充，汇报过程中及时提出错误并指导学生改正落实。机械类专业，实践教学尤为重要，3D大赛与常规实践性教学相比，在理论与实践相结合的基础上，以学生学为主，老师教为辅，打破传统老师授课的固定教学方式，真正提高了学生的自主学习研究能力和思维创造性。

2 全国3D大赛对机械专业学生创新能力培养指导

2.1 教学理念的指导

教师在以培养学生创新能力为目标的同时，其教学理念的创新是重要保障，要善于发现机械专业的发展方向和主要科研成果，时刻关注毕业生就业的形势，做到与时俱进，不断扩充自我的知识框架，以高效的方式教学。目前，教学改革仍处于课程调整、大纲修改等阶段，没有从根本上做出提高大学生创新能力培养的研究。通过全国3D大赛等科技竞赛，对深入教学改革起着决定性作用。专业课老师在授课时，可结合以往大赛获奖的作品进行讲解，使书本的理论知识更充分地得到理解，丰富了教学内容的同时，也提高了学生的专业创新兴趣。

2.2 独立意识的指导

创新设计关键在于提出问题。因此，指导老师的首要任务在于引导学生多观察、多发现、多思考，大到可实现产品生产的机器，小到生活中常使用的工具，设计过程中，教师要定期关注学生的学习方法和成果，并尊重学生的首创精神。

2.3 竞争意识的指导

和传统教学略有不同，实践教学中遇到问题、解决问题，一般规定时间并时刻注意过程中发生的不确定事件，这就要求学生具有较强的应变能力。在指导老师和团队组长的带领下，定期进行汇报，采取优胜劣汰制，打消那些不思进取，遇到挫折就退缩的学生仍想有利可图的念头。身为大赛一员，应树立正确的竞争意识，敢于竞争，善于竞争。

3 全国3D大赛对机械专业学生创新能力培养的流程

3.1 创新点的选择

创新点的选择，要顺应时代发展要求，切合实际，并结合自身能力，最终可将创新设计作品应用于社会市场。在参加全国3D大赛前，教师组织学生进行赛前培训，对3D大赛流程进行熟悉，主要包括作品选题的技巧、大赛规则的分析等，选题时对于未接触过的知识点，引导学生初步了解其知识框架，具体内容的学习由学生自主完成。

3.2 创新点分析

创新点的分析是创新设计的决定性问题，直接决定了作品的创意性和应用性。对于一个创新点问题的提出，首先根据产品本身的使用性能进行分析，结合实际生产中的工艺性能及社会市场的需求，同时还要考虑产品制造的可行性、成本等问题。

3.3 创新设计

创新设计是整个3D大赛过程的核心，作品的创意性、实用性等直接决定了大赛的最终结果。因此，教师应根据学生所提出的创新点，考虑学生自身能力，同时结合实际生产应用，对学生进行有针对性的一对一指导，以便创新设计中发现问题进行及时沟通、解决，确保大赛的顺利进行。

3.4 组建学生创新团队

长期以来，教师主要以班级为单位进行集体授课，课后学生以个人自主学习为主，这种模式的学习很难因材施教并发掘学生的创新能力，同时也不利于同学之间培养团结合作能力。大赛中，教师采取自由组织小团队的方式，可作为讨论团队或互帮团队，集体商讨，确定设计方案，分工协作。

3.5 创新评价

创新评价采用每周小结形式汇报，月底总结进行互评的方式，所有团队每月集合一次，以学生交流为主，进行团队互评，给予建议。这样既锻炼学生交流能力，加深专业知识的印象，又可以解放教师，使教师有更多的精力和时间不断充实自己，掌握最新学术动态，更高效地指导学生。经过每次互评后的不断改进，更加明确创新方向，为最终成品的形成奠定基础。

3.6 创新方案的实施

创新方案设计主要以3D建模设计、CAE仿真分析等形式呈现。3D建模设计主要通过Solidworks、UG等三维建模软件，对设计中的零部件进行建模、装配等。CAE仿真分析主要包括强度校核与寿命评估、动力学仿真等。方案设计完可通过CAE仿真分析平台，对产品进行零误差制造，及时发现设计时的不足，进而通过优化设计尺寸、性能等达到产品的可行性要求。

3.7 创新过程管理与激励机制

参赛各个阶段，以学生为主体，为培养学生的协调管理能力，在老师的指导下，由学生自行组织和管理，自主学习。整个参赛小组推荐出一名动手能力强且责任性较强的学生作为教师和学生团队间的信息“桥梁”，同时做好各团队之间的协调工作，定期将总结情况汇总给教师。各团队也制订自己的管理制度，定期汇报。

合理的激励机制对学生的专业兴趣、创新思维培养起着积极性作用。在苏州科技大学人才培养方案中，所有参与大赛入围及获奖的同学给予创新学分，这种激励机制极大地提高了学生的参赛积极性，并有效地锻炼了学生的创新思维。对于省级以上获奖的学生，学校设立专项经费给予奖学金奖励制度。在教师的职称评定中，将指导参赛学生在全国3D大赛中所获的奖对应相应的加分项，同时给予和獲奖学生同等奖金额度的现金奖励。

4 结语

创新意识、创新思维与创新能力的培养是工科人才培养的重要内容。目前，我们一直坚持大学生创新能力培养的教学改革，以学生自学、实践为主，教师授课为辅。在该教学方法下，学生的创新思维得到了解放，自主学习能力、动手实践能力和团结协作能力得到了进一步提高。同时，教师需要有较高的工程素养，引导学生解决问题，不断培养学生自主探索和创新思维能力。

基于全国3D大赛的机械专业学生综合能力培养方法，参赛的毕业生就业状况相当看好，他们进入岗位能很快地适应工作环境，较快成为技术主力。部分参赛学生在以后的深造学习中表现出良好的创新、科研能力。该培养方法的成效获得学校师生的高度认可，为高校的教学改革提供一定的借鉴作用。

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