以学科竞赛为抓手的机械类本科生创新型人才培养模式研究

范 晖，王善奎，范希营，刘凤国

(江苏师范大学 机电工程学院， 江苏 徐州 221116)

0 引 言

21世纪以来我国制造业高速发展，“中国智造”“中国创造”迫切需要培养大批高层次制造业应用型创新人才。2017年教育部、人社部、工信部联合印发《制造业人才发展规划指南》指出：当前制造业人才培养与企业实际需求脱节，产教融合不深、工程教育实践环节薄弱是突出问题。如何通过各种途径强化学生的创新能力和实践能力，是新时期高等工程教育改革的重要内容之一。

由于本科生较少参与社会实践，要培养和强化其实践和创新能力，最快捷、有效的途径便是积极参加各类学科竞赛。大学生学科竞赛已成为深化高校创新创业教育改革的重要载体及推动产学研用结合的关键纽带[1-7]。目前机械类专业学科竞赛中，由教育部机械基础课程教学指导委员会和全国大学生机械创新设计大赛组委会举办的全国机械创新设计大赛最具影响力。大赛选题着眼于社会发展民生，为展现大学生的创新能力和实践能力提供了广阔的舞台。

我校机电工程学院积极组织学生参加机械相关学科竞赛，特别是全国机械创新设计大赛，成绩斐然，展现了应用型创新人才良好的培养机制。为此根据近3年来指导机械创新设计大赛的实践，探索产教融合背景下竞赛指导的创新、改进模式，从教师和学校两个层面对如何通过竞赛模式，过程性塑造培养学生的实践能力、创新能力和保障、激励机制。

1 参赛生创新、实践能力为主体的综合素质培养模式研究

1.1 创新能力和创新意识的培养环节

创新是人类自身的本质属性，是人类与自然交互影响中形成的一种自然禀赋[1]。但完善和自觉的创新意识和创新能力并非天生而成，需要在一定条件下经过训练、培养逐步产生。相对研究生而言，本科生在创新培养方面存在其特殊性，理论基础较为薄弱，创新积累较少，但思维活跃，束缚较小，容易突破固有的思维定势。因此，只有在向学生传授基础理论的同时，不断激发其潜在的创造欲望和创造热情，才能使其逐步形成创造思维，最终孕育创新能力。

本科生在参加学科竞赛时，为设计出好的作品、解决具体问题常面临压力和困境，往往会迸发出创造性的思维火花。此时，作为指导教师，就应因势利导，有意识地引导学生破除思维定势，开展创新思维训练，有针对性地传授创新能力的方法、技巧，如组合创新、类比创新、逆反创新等思维方式[1-2]。指导老师无需全程参与学生的创作过程，而应注意关键节点的启发、点评，通过引导学生对资料的收集研究及分析讨论，从而逐步激发学生进一步研究问题的兴趣和创新欲望，进而有效提高观察能力和创新能力，达到事半功倍的效果。

如曾获得2018年江苏省竞赛一等奖的“一种手持草莓采摘装置”项目。确定参赛主题后，首先带领队员总结和归纳草莓的采摘特点和相关采摘工具的现状。草莓采摘的精细化固有特点决定了采摘过程一般是需要切断根茎然后夹持，这是采摘的基本原则，而目前市场上的工具多采用剪刀式手动剪切工具。进一步带领学生分析发现，如果设计作品仅仅是复制、沿用手动剪切式的采摘方式，虽然简单易行，但无疑在设计水平上只是数量级别的低水平重复，而无质的提高，不可能有较高评价。通过给予学生适度压力，并指导学生进行小组讨论，基于采摘原则反复思考，采用类比思维，从观察皮带输送机这一普通机械传动装置入手，获取灵感，提出了双履带+刀片机械结构，巧妙地嫁接运用到采摘的过程之中，创新了采摘方式；又如，传统采摘工具基本以采为主，未考虑果实的收集和包装。通过引导学生破除思维定势，以组合创新法在采集器上加装收集包装容器，由此将传统、单一的采摘工具改进为集采摘、输送、包装一体化的手持设备。这些多点开花、系统性创新有效地提升了作品的自身价值和设计水平，从而在优中选优的众多参赛作品中脱颖而出，取得较好成绩。

1.2 综合实践能力的培养环节

作为参赛作品，如果仅有新颖的创新方案和设计，而没有通过有力的实践过程去实现功能、去展示效果、去接受评委的考验，还无法获得广泛的认可。实践是一种在行动中分析、解决实际问题的能力，具有实际性和综合性，它包括观察、思考、获取和综合运用知识、动手操作、人际交往和语言表达等诸多方面[8-11]。对参赛者而言，不仅要有创意、设计、制作，还要对作品进行调试，最后接受评委的考查。这种系统工程带来的一系列环节、任务对学生的实践能力都是较大的考验。

在指导的2018年全国机械创新设计大赛中，参赛作品由5位同学组成的团队相互配合而成。对每位成员的特长进行任务分解、分工负责，并根据个人特点针对性辅导，其中两位同学起到了核心和关键作用。他们突出体现在较为扎实的动手制作能力，在作品的非标件自制中尤为突出。如切割草莓根茎用的高硬度异形刀片需自行加工，经启发指导，两位同学采用特种加工方法[12-14]，在硬质刀片表面以电火花穿孔方式加工安装孔，并组合使用磨削加工和扩孔加工达到了零件的特定外形，实现了加工目的。这是实践过程中动手能力的典型展示；又如产品的测试阶段，针对草莓采摘的地域性、时效性等不利因素，指导学生克服困难，及时联系草莓种植单位进行实地测试，取得测试数据和操作视频，并根据反馈进行改进，获得了较为满意的效果。与之相比，很多参赛作品虽然拥有精良的设计效果，但缺乏必要的验证性测试报告、视频，因此遭到评委质疑，没有取得理想成绩。这不能不说在实践能力、意识方面存在较大欠缺，也是实践能力重要性的又一典型体现；在最后的参赛环节中，针对学生松懈心理反复强调表述的重要：设计新颖、制作精良的作品固然是评委考虑的重要因素，但良好的表达、高度准确和精炼的描述则可提升评委的评价。因此，无论是在作品说明书的撰写、视频的制作以及现场答辩材料的准备都进行了严格要求，细节上精益求精。与此相比，某参赛队的作品构思巧妙、制作精良而获得评委的高度评价，但在表述中表现欠佳只获得了省赛一等奖，没能晋级全国决赛。

由此可见，参赛学生在作品的整个制作过程中经历了创意提出、设计加工、说明书撰写、竞赛答辩不同环节，使自己的实践能力得到了全方位的训练和提高。在此过程中，指导教师无需全程参与，但不代表放任自流，在关键节点处的精心指导、严格要求、严格把关可使学生实践能力得到充分和长足的进步，学习和工作作风甚至焕然一新。

1.3 心理素质的培养环节

机械创新设计大赛通常要经历半年到1年的准备时间。在准备期和赛期内，参赛学生在保证正常的课程学习之外，还要进行较为枯燥、繁琐的设计工作，心理负担较大，心理容易发生波动，出现不良心理表现。通常表现在以下方面：① 参赛意志薄弱，目的性不强。设计过程不可能一帆风顺，方案极有可能失败，技术路线行不通，学生心理出现疲惫、懈怠。同时客观环境包括学习、考研、生活因素等造成心理负担较重，致使消极应对，并对其他参赛同学造成负面影响；② 紧张的情绪反应和缺乏自信。一般表现为在外界压力下，如专家的审视下进行展示、答辩，与名牌高校同场比赛产生怯场、焦虑、紧张、自卑心理等。过度看重比赛结果，过分关注对手的表现和他人对自己的看法。

根据历年参赛辅导经验，提出以下对策和心理辅导：① 调整选手的参赛认知，明确参赛目的。在组建竞赛团队之初，指导教师就要进行赛前动员，明确参赛需要本着自觉自愿的原则，帮助参赛选手树立目标，保持正确的参赛动机。项目进行过程中，对于中途放弃或持消极态度的同学需要及时谈心、谈话，树立正确的参赛态度。对于方案失败导致学生出现挫折心理，要及时帮助学生卸掉思想包袱，分析问题原因，解决后顾之忧，助其重新树立信心。本科生阅历少，遇到困难容易出现畏难情绪，指导教师需要适时培养学生坚韧顽强的意志和敢于直面困难的勇气；② 有意识地加强心理素质训练，消除紧张情绪。选手紧张的心理多源于缺少比赛经验。在备赛期间，指导教师可安排选手和其他学校进行切磋交流，或组织预答辩，让选手提前感受赛前的紧张氛围。同时帮助选手分析竞赛对手的比赛情况，给予良性的心理暗示，让选手在备赛过程中，培养客观分析的心态，消除慌乱情绪；③认真做好准备工作，克服参赛恐惧。充分的自信来源于脚踏实地的准备和训练。要充分认识自身的优势和不足，对作品的设计思路、原理和细节要了如指掌，对于评委可能出现的质询，要充分预估考虑好应对策略，心中有数。如果对参赛过程做到胸有成竹，自然就会提高参赛欲望、增强比赛自信，展现良好的表现。

指导教师除了培养学生的专业技能之外，更要注重学生心理素质的提升。针对性地心理训练和辅导，有利于参赛生积极努力地完成设计过程，以良好的面貌进入比赛状态，取得理想的竞赛成绩。同时，参赛生的心理素质和意志品质也会得到相应的锻炼和提高。

1.4 团队协作能力的培养环节

团队协作能力，是指建立在团队的基础之上，发挥团队精神、互补互助以达到团队最大工作效率的能力[12-14]。参赛队员在面对一个整体任务时，必须配合默契，充分发挥集体的力量，方能在激烈的竞争中取得佳绩。指导教师要选择有担当、有能力、肯付出的学生作为团队领导者，并有责任塑造以协作和奉献为核心的团队协作精神。要建立奖惩机制，协调选手关系，打造默契团队，通过营造良好的工作气氛帮助每一位队员树立集体荣誉感和个人责任感，保持良好的与人合作的精神状态和能力。

备赛过程中，队员之间有时会出现摩擦和矛盾，多由队员对比赛的精力投入不同，个性差异引起。指导教师要及时洞察学生的不良情绪，找到原因进行矛盾化解和思想工作。对于正确主张要给与充分支持，积极塑造团结、沟通、宽容、欣赏的团队风气。

2 学科竞赛保障、激励机制的模式对策

除教师指导方面，学校应在平台和创新实践基地建设、资金和政策保障、教学改革等方面建立长效机制，保证学科竞赛规范化、常态化，创造有利于优质竞赛项目成长的土壤和生态环境。

2.1 加强实践基地平台建设，孵化优质参赛项目

学校出台了大学生创新创业园管理暂行办法，并每年都开展大学生创新创业训练计划，为提高大学生的创新能力和综合素质提供了平台。机电工程学院在科协组织下，投入专门场地成立“创新实验中心”或“创新开放实验室”，设置常用仪器长期对学生开放，并配置专门教师进行辅导，为学生提供足够的训练空间，同时配套了招新制度，管理制度等。这些创新训练的平台与学科竞赛有效对接，资源共享，成为先进、优质比赛项目的孵化器，并提供了坚实的物质基础和制度保障，促进良性发展。

2.2 完善激励和保障政策，激发参赛热情

学校出台并不断完善相关政策，设立了大学生创新性实验计划项目、江苏师范大学科研奖励办法(苏师大科〔2014〕1号)、学生奖助学金评定办法、学生竞赛管理办法等一系列相关文件，从制度上鼓励师生积极投身创新实践活动。学校在优选的基础上，对于具有可行性、创新性、实用性的项目给予资金保障；从荣誉称号、宣传导向、奖学金评定、创新学分、研究生保送等制定了一系列有关师、生切身利益的相关条款。对于获奖指导教师在职称评定、工作量评定方面也给与充分肯定；学校还建立多个校外产学研实践教学基地，增加学生参与社会实践、解决具体技术问题的机会。

2.3 促进教学特别是实践教学改革，强化参赛能力

为了促进学生的创新实践能力，提高参赛水平，在教学改革，人才培养方案、课程设置要增加创新性实验内容和实验课程，使课程的设置更趋合理。应加强实践教学特别是实验教学，突破原有学科与课程界限，实验类型应由“单一型”向“综合型”；由“验证型”向“探索型”转变[15-16]。探索性实验一般由学生自主命题设计，与验证性实验相比，认知水平更高，理论与实践、教学与实用的结合度更高。这些方式转变丰富了学生分析能力和实验动手能力，强化了其自主性和主动性，训练了其科研思维，进而提升了学生的参赛能力。

3 创新实践成效

近3年来，机电工程学院机械类本科生在工业设计大赛、全国机械创新设计大赛、大学生机器人大赛、“挑战杯”等科技竞赛活动中不断获得佳绩，获 “挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖、“创青春”全国大学生创业大赛金奖、全国机械创新设计大赛二等奖等优异成绩。这些成果的获得充分表明，学科竞赛的开展为高素质创新人才的培养实现了有效、良性发展，是培养大学生实践能力和创新能力的有效形式。

4 结 语

如何提高、强化本科生的创新能力和实践能力已成为高等工程教育面临的突出问题。实践证明，通过开展学科竞赛，着眼于创新、实践、心理素质、团队协作等综合能力的培养，可有助于实现从单纯的传授、继承知识为主的传统培养模式向强化综合素质教育，着力培养学生获取和应用知识能力的新型人才培养模式的转变，并在转变中，进一步塑造学生的创新意识、提高其创造力。同时，以学科竞赛为导向、示范，深化创新实践平台的孵化作用，加强激励和保障机制建设，推进课程体系、教学内容和教学方法的改革，最终形成一条改进、完善高等工程教育的有效途径，为国家的发展，为“中国智造”“中国创造”培养合格的高层次创新人才。