机械专业数字化创新实验室人才培养模式的研究

摘  要：研究了数字化创新实验室人才培养的模式，提出了创新实验室人才培养的四个阶段；构建了双师型专业教师队伍的组织结构；建立了导师制、激励机制以及考核与评价于一体的创新实验室人才培养的管理模式。体现了“以学生为本”的教学主导思想，促进师生之间的交流互动，培养了学生解决工程问题的能力，提高了学生创新能力、团队合作能力、交际能力、组织协调能力，提升了学生就业的竞争力。
关键词：创新能力；人才培养；创新实验室
 
随着社会、经济和科技事业的迅速发展，国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）明确提出要“支持学生参与科学研究，强化实践教学环节”。人才培养是高等教育的根本使命，高等院校是创新型人才培养的主阵地，实践教学则是创新人才培养中的重要环节，对培养学生工程能力和创新能力至关重要，因此，立足于加强学生素质教育，提高学生的动手能力、创新能力以及科研意识，建设以科技实践、创新设计与研究探索为主题的创新实验室，对创新型人才培养有着重要的促进作用。

1  构建数字化创新实验室的意义

当前，行业的不断发展对机械类专业人才培养提出了许多新的要求，尤其是对工程能力和创新能力的培养提出了更高的要求。构建数字化创新实验室有利于创新活动的开展和创新能力的开发，可为实施创新教育提供基本条件。
数字化创新实验室可以看成是课堂教学的延伸，有利于实现实践教学与课堂教学的互动，课内教学与课外训练互补，理论知识与社会实践的相互结合，从而实现多学科、多专业的交叉和融合。主要以科学实验、科学研究、技术开发、推广活动、实践技能训练、名师讲坛和社会服务活动为依托，以学生自主学习为主体，导师为辅开展创新活动。
总之，数字化创新实验室的构建实现了高校教学内容和方式的改革创新与教育教学质量的整体上升，全面努力地提高大学生的综合素质和实践创新能力。

2  数字化创新实验室人才培养模式

数字化创新实验室人才培养模式分为启蒙、基础、提高和成熟四个阶段，以科研课题、创新项目、产品研发、设计大赛等为中心的人才培养的新模式。以提高了学生自主学习能力、创新能力以及实践能力，实现综合素质人才预期培养目标，数字化创新实验室人才培养模式如图1所示。 启蒙阶段以教师为主导，加强工程图学构型设计的训练，提高学生创新思维。开展二维软件培训，如AutoCAD等。此外，组织学生用以老带新的方式绘制零件图的图样，为培养选拔一些学生参加全国大学生先进图形技能奠定基础。
基础阶段组织学生开展一些与机械设计相关的三维软件与仿真软件软件的学习，如Solidworks、Pro/E、ABAQUS等，提高学生的制图能力，组织学生参加全国大学生先进图形技能与创新大赛与全国大学生机械创新设计大赛等。
提高阶段以教师为辅，学生为主。将专业知识和动手实践结合，立足于课堂上的专业理论知识，转化为创新设想。组织团队学生参与全国大学生机械创新设计大赛和工程训练综合能力大赛，并以参加国赛为目标。
成熟阶段以科研活动为主。让学生参与老师的课题研究，使学生了解产品设计的一系列步骤和工作，包括它的前期的市场调查，方案设计和修改。在课题研究中充分发挥学生的专业所长，让学生提出有独立性、创新性、建设性的意见和看法；鼓励学生申请国家专利，培养学生学会对自主知识产权的保护。部分学生参加老师课题情况如表1所示。
表1  部分学生参加老师课题示例

项 目 名 称	学 生 团 队	指 导 老 师
旋翼机器人空中挂绳方法研究	张大中、曹易、刘欢平、黎思琦、邢胜强	杨智勇
产品结构拓扑优化与设计	徐意、许盛悦、杨耀博、周洋、李晨阳	游  颖
直角三坐标运动平台制作及应用	向晶亮、王亮、孙梓庭、丁一宁、冯泽宇	王  君
3D打印产品创新设计	徐明明、淡杨晨、汤沛、姚瑞林	王  君
家庭用车小型停车机械装置的设计与制作	佘天天、夏广、许家骏、李妍	孙金风

 
总之，数字化创新实验室以科技创新大赛为平台，分阶段分层次训练学生的创新设计意识，组织参加全国大学生先进图形技能与创新大赛、机械创新设计大赛和工程训练综合能力大赛等重大比赛，培养学生的团队意识，创新精神，实践能力。同时，吸纳学生参与到老师课题组，鼓励学生将好的创新设计产品申请专利。专利的申请，一方面可以使得一项发明创造得以实施，从而进行生产，获得应用并为市场接受，实现真正的技术创新；另一方面也使得学生懂得专利是推动技术创新的重要手段。
此外，以科技文化活动为载体，组织团队学生参与科技讲座、创新论坛、高新企业参观实习等丰富的科技活动，孕育校园创新文化氛围。通过以点带面，为社会培养具有较强创新能力和动手能力的机械类人才。

3  构建数字化创新实验室人双师型专业教师队伍

双师型教师是指既能胜任理论教学，又有过硬的专业技术，能指导学生实践实训，在专业理论知识和专业实践能力上呈现整合为“一”的教师。建设“双师型”教师队伍是培养学生创新能力和实践能力的需要，是实现创新人才培养的基础。主要是从教师队伍结构和教师创新能力的培养两方面来组织双师型专业教师队伍。
（1）教师队伍结构
以老中青相结合的方式组建教师队伍。通过老教师传、帮、带，及时给青年教师传授经验、技巧和方法，帮助其尽快掌握扎实的教学基本功和较强的专业技能。
（2）创新能力的培养
树立终生学习理念，通过参与一系列项目、培训以及名师讲坛等学术活动，逐步提高教师自身的科研水平和创新能力。
采用集体参加科研、带着任务和压力去学习、以研究促进提高的方式来提高师资队伍的整体水平。由于每位教师必须在规定时间内完成研究任务，因此在教师间形成了努力学习新知识，互相交流研究经验的良好风气。这样不仅提高了老师的科研水平，强化了师德师风培养，而且增强教学团队的凝聚力，促进了一个团结、高效、奋进、务实集体的形成。
充分利用学院校企合作的一些活动，组织教师尤其是青年教师利用寒暑假期到企业实践，增加教师实践活动的时间，培养和提升教师的实践能力。

4  数字化创新实验室的管理模式

创新人才培养管理是创新人才培养体系的基础，有效合理科学的管理以及相互的协调机制对于创新人才培养具有至关重要的作用。

4.1  建立导师负责制的创新人才培养机制

对于参与创新小组的学生采用导师负责制的方式进行管理，目的是鼓励学生的原创力，培养学生的创新能力。一般来讲一个导师负责一～三名学生，学生每周需向导师进行工作回报和交流，导师会对学生提出问题，不断激发学生的创新思维，检测学生的逻辑和思考能力。通过导师和学生的对话，让学生认识到自己的学术能力，并获得自信。

4.2  推行创新人才培养激励机制

教育的主客体都是人，创新人才培养水平的高低受到师生主观能动性的制约，激励机制是激发教师和学生的积极性和原创性，对他们的工作和学习给予肯定评价和各种形式的奖励。创新人才培养推行的激励机制包括情感激励、培训激励、考评激励以及竞赛与评比激励。情感激励主要是提高良好的工作和学习环境，爱护学生；培训激励是开展产学结合和名师讲坛等方式提高学生参与培训的主动性和积极性；考评激励是通过学生回报和创新作品的展示不断发现和解决学习中存在的问题，以促进学生提高思维能力和创造能力；竞赛与评比激励是引导学生积极参与创新大赛，发掘学生的潜力，激发学生主动学习的热忱。创新人才培养的激励机制如图2所示。

4.3  实施创新人才培养的考核与评价

通常课堂教学评价是注重教师工作结果和学生的卷面成绩，而忽视对师生的全面性评价，创新人才培养考核评价模式采用多元化的评价模式，建立教师教学评价、学生学习成果评价以及创新成果评价。评价结果分为优、良、中、及格、不及格五个等级。教师教学评价包括教师自评、学生评价以及教学成果；学习成果评价包括创新能力、动手能力、创新意识以及科研能力；创新成果评价按照知识创新和技术创新对学生创新成果进行评价。

5  结束语

数字化创新实验室人才培养体系突破原有的以教师、教材、教室为中心的传统模式，转以科研课题、创新项目、产品研发、设计大赛等为中心的研究与实践的新模式，充分体现了“以学生为本”的教学主导思想，促进师生之间的交流互动，培养了学生解决工程问题的能力，提高学生创新能力、团队合作能力、交际能力、组织协调能力、责任心、吃苦耐劳精神等综合能力，提升学生就业的竞争力。

参考文献

[1]     赵娇洁．大力培养创新型人才积极实施高校第二课堂培养模式 [J]．中国科教导刊，2010(8)：16．
[2]     康鑫．高校创新人才体系研究[1]．哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009．
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[4]     李国锋，张世英，李彬．论基于学科竞赛的大学生创新能力培养模式[J]．实验技术与管理，2013(3)．
[5]     任佳，王杰，梁勇．多途径加强大学生创新能力培养初探[J]．实验室研究与探索，2014(2)．
[6]     刘景艳，张伟，李玉东．基于开放实验室的大学生创新能力培养[J]．实验科学与技术，2016(6)．