基于机械创新设计大赛的大学生创新能力培养研究与实践

陈 霞，冷护基，刘庆运，邱震明

(安徽工业大学 创新教育学院，安徽 马鞍山 243002)

在大众创业、万众创新的背景下，国家加快实施创新驱动发展战略，迫切需要深化高校创新创业教育改革，培养大学生的创新能力。孙志凤对北京、上海、江苏和广东四地10个城市26家不同类型的企业进行调查发现，用人单位对学生的自学和领悟能力及解决问题的能力非常不满意[1]。所谓的领悟力在一定程度上是指学习重组知识的创新能力。学科竞赛是指学生利用所学科学文化知识，针对所提出的学术问题，在一定时间和空间内，通过一定方法(或模式)进行分析、构思、尝试，争取优胜的活动。它是启迪学生的创新意识、培养动手能力、提高学生提出问题和解决问题能力以及培养团队协作能力的大舞台。全国大学生机械创新设计大赛是全国机械类专业重要的综合类专业赛事活动之一。大赛自2003年开始每两年举办一次，至今已成功举办了八届。大赛主要目的在于培养学生的机械设计能力、加工制作能力与团队合作能力。

安徽工业大学每届比赛均组队参加，学校的重视度、学院的组织规模、学生的参与度逐届递增。

一、机械创新设计大赛在大学生创新能力培养中的作用

(一)巩固学生的专业知识

通过机械创新设计大赛的训练，学生将所学的机械专业知识如理论力学、材料力学、机械设计、机械原理、机械加工工艺、金属及非金属材料、电工电子技术、单片机技术、公差与配合、机械制图等与大赛主题所需要的结构创新设计结合起来，从系统的角度促进各门课程之间知识的融合。通过参加比赛，学生经过反复的讨论和计算，巩固了对所学知识的理解与记忆。在作品的加工制作过程中，还要了解如车床、钻床、铣床等各种机床的性能、特点，各种材料的成本、加工性能等。参赛选手必须尽快掌握上课时没有弄清楚的各种绘图知识和绘图技巧，着手绘制零件图和装配图，并要自学机械制图以及三维建模软件方面的知识。通过这种真刀真枪的实际锻炼, 使学生能够熟练地应用机电方面的专业基础知识。

大赛要求书写作品的说明书，说明书要求符合论文的写作规范, 清楚、简洁地说明作品的结构设计、强度校核计算等。在答辩时要求学生简洁明了地回答出评委老师提出的问题。通过写作和答辩加强了学生的记忆，拓展了知识面。

(二)强化学生的创造性思维训练和创新方法运用

创造性思维就是能产生新颖性思维结果的思维[2]。逻辑思维、形象思维是创造性思维的基本形式。发散思维和集中思维相结合、求同思维和求异思维相结合、正向思维和逆向思维相结合是创造性思维的有效途径[4]。钱学森指出，“每一个思维活动过程都不会是单纯一种思维在起作用，往往是两种甚至是三种先后交错在起作用。比如人的创造思维过程就决不是单纯的抽象(逻辑)思维，总要有点形象(直感思维)，甚至要有灵感(顿悟)思维”。所以，在教学过程中教师要有意识地结合教学内容加强大学生创新思维训练。

为了能够更好地解决竞赛中的研究性和创新性问题，在总结多年创造学教育的基础上，将创造学与创新能力开发课程教学与学科竞赛结合，让学生运用头脑风暴法、列举法、联想法和萃智(TRIZ)等创新方法进行方案设计，从而达到训练学生创造性思维和运用创新方法的目的。教师鼓励学生查阅大量的背景材料，仔细研读，用心体会，乐于在团队中分享。组织学生从大赛发布的设计主题入手,从零件的加工工艺和成本考虑设计思路。在制作的过程中，发现不合理的地方，团队成员通过讨论，提出修改意见,经加工调试实验后确定设计方案。在方案实施过程中还会遇到事先想不到的问题，在这个反复的过程中，认识到了创造性思维的发散-集中-再发散是解决问题的有效途径,同时也使学生深刻地体会到创新是一个迭代过程的内涵。

(三)锻炼学生的工程实践能力

教育部《中国工程教育质量报告》对260多家用人单位进行了调查,数据显示，由于工程教育人才培养仍然侧重知识的传授，对学生能力特别是工程核心能力的培养重视不够，导致毕业生在工程科技前沿现状和发展趋势的了解水平、工程设计的综合意识和能力、社会责任感等方面需要加强[3]。工程实践能力是指将所学的知识运用到设计生产、管理营销等工程应用环节，并综合考虑环境、经济、法律、文化等诸多因素，为社会提供产品的能力。机械类大学生的工程实践能力，就是具备将机械设计原理转化成可以直接运用于实践的技术方案、结构设计的零件图纸、制造工艺等形式并将其变成物质形态，并对负责生产第一线的操作技能人员具有技术指导的能力。

机械创新设计大赛的作品设计与制作活动都是以学生为主。参赛作品基本是由学生自己编制工艺卡，然后动手制作完成，复杂的零件通过外协加工或者请工程实践与创新教育中心的技师完成。通过操作车、钻、铣床等加工设备锻炼了学生的实际动手能力, 也提高了学生的专业技能。

(四)培育学生的创造性人格

为了更有效地培养学生的创新能力，要在实践过程中有意识地培养个人与创造相关的创造性人格。创造性人格是创造者的内在动力。机械创新设计大赛一般为5人左右一组, 在规定的时间内根据大赛的主题初步进行方案的设计，然后再去查阅相关的专业知识，完成结构设计，还要在制作中不断完善。要运用头脑风暴法讨论，相互启发，甚至辩论,所以在这个过程中，不是一个人能完成的工作, 而是团队合作的力量。有时候由于学习任务繁重，比赛时间紧，学生能够自觉地加班加点，知难而进，这样培养了他们顽强进取的意志和战之必胜的信念。指导教师和参赛学生始终在一起，遇到难题共同研讨，不厌其烦地指导学生，教师的业务素质和敬业精神也会潜移默化地影响着学生。

二、基于学科竞赛的大学生创新能力培养的保障机制建设

(一)师资力量保障

为机械创新设计大赛组建一支老中青三结合、跨学院的稳定的竞赛指导教师组，指导教师组由机械类专业、电气类专业课程教师和工程实践与创新教育中心实训课技师组成。指导教师组中有的教师具备专业理论知识，有的教师具备加工操作能力，能为学生的创新活动提供理论指导、机床操作辅导等技术支持。教师本身不仅有创新意识以及实践能力，而且有高度的责任感和奉献精神,将指导工作贯穿于学生创新活动的始终。

通过加强对教师的激励来不断提升竞赛指导教师积极性，对教师的激励遵循物质奖励与精神奖励并重的原则。学校通过制定《安徽工业大学学科竞赛管理暂行办法》以及一系列政策，极大地提高了奖励幅度，从制度层面保证机械创新设计大赛的奖励落实到位。学校每年评选学科竞赛先进集体、学科竞赛优秀指导教师等，并且学科竞赛获奖成绩作为指导教师评奖评优、职称晋升的参考条件，极大地调动了指导教师的积极性。

(二)组织机构与实践平台

学校组建工程实践与创新教育中心(创新教育学院)，中心现有各类实习实验场所建筑面积约12 000平方米、各类工程实践和创新实践教学实验设备800余台(套)，总价值2 000余万元。中心是实施各级各类大学生学科竞赛活动的组织与管理的职能部门，负责组织学生参与学科竞赛工作的协调管理。

学校成立“校创新教育与实践活动领导小组”和“校学科竞赛指导委员会”。各学院成立“创新教育活动指导小组”，负责本院学生创新教育活动的日常组织管理工作，与校创新学院共同组织院级、校级、省级、国家级和国际级学科竞赛活动。

基于工程实践与创新教育中心和院级创新实践平台，实现了学科竞赛多层次多类别、创新实践基地的开放化、教师指导的全程化、管理的精细化、考核的规范化以及效果的可视化，构建了学科竞赛的有效运行模式。

(三)政策保障

学校制定《关于成立安徽工业大学学科竞赛指导委员会的通知》、《安徽工业大学大学生创新教育活动管理办法》、《安徽工业大学大学生创新教育专项经费管理办法》、《安徽工业大学学科竞赛管理办法》、《安徽工业大学“创新能力试点班”实施方案》、《安徽工业大学教育教学成果(项目)奖励办法(修订)》的通知》、《安徽工业大学绩效工资实施办法(修订)》、《安徽工业大学大学生创新创业能力学分转换课程学分管理办法(试行)》、《安徽工业大学“第二课堂成绩单”制度工作实施办法(试行)》、《安徽工业大学推荐优秀应届本科毕业生免试攻读硕士学位研究生遴选工作试行办法》等文件，建立一套包括参赛组织、培训辅导、工作量的计算、评奖及奖励、学分认定等各个环节的管理制度。学校设立专项资金，并制定相应的管理办法，将每年学科竞赛参赛经费列入年度预算，保证学科竞赛加工制作、比赛差旅等费用的资金支持。

三、实践与成效

学生参与竞赛人次逐年增加。校院两级组织积极鼓励学生参加机械创新设计大赛，鼓舞了学生的学习热情，促进了学风、教风的优化，学生普遍受益。2018年共有300多名学生参加了竞赛，获得了全国一等奖1项，二等奖3项，学校获得全国大学生机械创新设计大赛优秀组织奖。还鼓励学生参加其他机械类创新大赛，如全国大学生工程综合训练能力竞赛、全国大学生周培源杯力学竞赛、全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛、中国机器人大赛、全国“TRIZ”杯大学生创新方法大赛、iCAN国际创新创业大赛、 “浩辰杯”华东区大学生CAD技能大赛(机械类)、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“互联网+”大学生创新创业大赛等，学生参加各级各类学科竞赛的参与率达78%。

获奖数量逐年增多。机械类学生创造性思维、工程实践能力及创造性人格明显增强。近三年来，机械类学生结合学科竞赛产生的创意和设想2万余条，学生申请专利达60项，授权专利35项。机械类学生在各项赛事中，无论是获奖的等级、获奖学生人数、获奖项目覆盖面均有良好的发展势头。2018年，获得国际遗传工程机器设计大赛(iGEM)银奖1项，国家级三等奖以上82项，省(区)级三等奖以上135项。

毕业生在岗位上显示出强烈的创新意识与创造能力，受到用人单位的高度评价与欢迎。近3年的毕业生跟踪调查显示：在学校参加过学科竞赛或申请过专利的毕业生，有90%的到企业工作后能够尽快地融入到企业技术工作中去，而且拥有专利。90%以上的用人单位认为我校机械类毕业生不仅具有团结精神、动手能力和吃苦精神，还有创新精神。实践结果表明，以训练创造性思维、培养创造性人格、掌握创新方法为着力点，以机械创新设计大赛为抓手，拓展到其它类相关赛事，以创造性实践为路径，对可持续培养学生的创新能力具有重要意义。