机械设计制造及其自动化专业创新人才培养探索与实践

 
摘  要：针对创新型人才培养在启发式教学、个性化培养、产学研合作的实施难题，武汉工程大学依托机械设计制造及其自动化专业创新教育实验班开展了三年探索，得到了本校机械大类学生的广泛认同。该创新教育实验班人才培养目标定位突出“创新”二字，参照国际工程教育CDIO模式，精心设计了培养方案、生源选拔、双导师制培养、创新学业评价等教学环节，通过多层次、多方位整合学院和导师资源，以大学生学术创新创业竞赛为抓手，以常设性的学生团队为依托，实现了第二课堂创新活动与第一课堂本科教学的无缝对接，做到了学生创新创业活动有组织、有场地、有经费、有项目、有激励政策，扩大了学生的受益面。
关键词：创新人才培养；双导师制；创新学业评价

0  引言

2017年1月国务院印发的《国家创新驱动发展战略纲要》明确要求：推动教育创新，改革人才培养模式，把科学精神、创新思维、创造能力和社会责任感的培养贯穿教育全过程。创新高等教育的人才培养模式，围绕立德树人根本任务，可以切实增强学生的社会责任感、创新精神和实践能力。正是认识到这一点，本校章程早将人才培养目标提炼为：基础扎实、知识宽广，工程实践能力强，具有创新精神与国际视野的全面发展的高素质人才。然而，创新型人才培养与传统灌输式教学不一样，更强调启发式教学、个性化培养、产学研合作，在具体实施上有相当的难度。
纵观国内外高等教育的创新型人才培养，美国STEM教育理念与育人模式、日本的产学政一体化模式、德国的双元制职业教育模式等都值得我们借鉴学习^[1]。比如，美国州立大学建立协同机制来保障应用型创新人才培养的质量，以意识协同为前提，以资源协同为主体，以管理协同为保障，覆盖校内和校外，从科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四大领域（简称STEM）综合培养学术的创新思维和创新能力^[2]；日本京都大学以科研创新能力闻名，其创新人才培养模式以“灵活多样、选择自由、循序渐进”为课程设置特色，鼓励学生实践“自我思考、发现问题、解决问题”的学习模式，并产学政一体化全方位创造这样的条件^[3]；德国巴登-符腾堡州州立双元制大学是德国著名的校企合作双元制大学，双元概念意味着大学受教育者兼具学校学生和企业员工双重身份，在大学教育中，学校和企业密切协作，每三个月交替提供专业理论指导和企业培训实习^[4]。山东大学构建的拔尖创新人才培养体系强调合作教育协同创新人才培养，通过校研合作、校企合作，全面培养“卓越工程师”“卓越法律人”“卓越医生”“卓越新闻传播人”，赢得了社会广泛的赞誉^[5]。综上所述，国内外大学针对当前创新人才培养存在的“起步难”“行动难”和“持续难”困境，都认识到系统开发和优化配置创新人才培养资源，多维度谋求新突破^[6]。
因此，在对比学习国内外创新型人才培养模式改革成功经验的基础上，我们全方位整合学院与导师的资源，从2013级开始了机械设计制造及其自动化专业创新人才培养的探索，每届设立1个创新教育实验班。创新教育实验班的实施参照国际工程教育CDIO模式^[7]，从构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)等四个方面引导学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式参与培养过程。

1  修订培养方案

根据学校教务处的统一安排，我院从2013级开始机械大类招生，在入学后再择机完成专业分流。2014年6月，本院制订了人才培养模式改革实施方案及相关制度（见表1），成立了“2103级机械设计制造及其自动化创新教育实验班（简称机制创新班）管理小组”，明确创新班的学生培养以学生为中心，因材施教、注重开发学生潜能，引导学生开展研究性学习、主动实践和科技创新，按照“全面成才，追求卓越”的指导思想，培养具有创新意识、创新思维、创新能力、创业精神、主动实践能力、团队精神、国际视野和领导力的高素质机械拔尖创新人才。
表1  机制创新班管理文件及相关表格（部分）

序    号	文  件  名
1	机电工程学院“机械设计制造及其自动化创新教育实验班”管理办法（试行）
2	机电工程学院“机械设计制造及其自动化创新教育实验班”导师制实施办法（试行）
3	机电工程学院“机械设计制造及其自动化创新教育实验班”选拔方案（试行）
4	机电工程学院2014级“机制创新班”选拔方案
5	机电工程学院“机械设计制造及其自动化创新教育实验班”导师申请表
6	机电工程学院“机械设计制造及其自动化创新教育实验班”学生情况调查表
7	机电工程学院2014级“机制创新班”学生选拔报名申请表
8	机电工程学院“机械设计制造及其自动化创新教育实验班”2014—2015年度学生创新学业评价表

 
与其他工科院校类似，本院2015级培养方案将机械大类各专业课程体系分为通识教育和专业教育两大组成部分。其中，通识教育包括公共基础课、素质必修课和素质选修课等三大模块，专业教育包括学科基础课、专业主干课、专业方向课和实践教学环节等四大模块。机制专业培养方案设置了机械产品设计学、现代设计方法、工业机器人技术及应用、物联网原理与应用技术、机械创新设计等专业方向课，期望学生接触学术前沿，通过多学科交叉培养为创新活动打好基础。比如说，正是由于在教学环节中增加了物联网知识的传授，在近两次“互联网+”大学生创新业赛中，机制创新班师生就获得了湖北省银奖和金奖的好成绩。
但是，与普通班不同，机制创新班人才培养目标定位突出“创新”二字，新增“机械综合创新课程设计”，与学生课外创新活动衔接，并在主要实践教学环节设置丰富多彩的“科研训练”环节与之对应。机械综合创新课程设计以机械创新大赛等学科竞赛的完整项目作为课程设计内容，以项目小组、分工合作的方式组织教学，在一个相对较长的弹性时间内完成设计任务，小组成员集体答辩进行考核，促进学生工程实践能力和创新意识培养，并扩大了学生受益面。全面落实学校制定的《“第二课堂成绩单”制度暂行办法》，实施第一课堂与第二课堂相结合，对第二课堂PU平台进行二次建设使用，满足学生开展科研活动和获得创新学分的需要。在学术科技与创新创业方面，大力支持学生参加国家、地方以及校院、行业协会组织的各级各类学术科技、创新创业竞赛和项目申报，此项工作已发展成为我院的特色和亮点。
以大学生学术创新创业竞赛为抓手，以常设性的学生团队为依托，以“创新教育实验班”和“机械综合创新课程设计”为主线，实现创新活动与第一课堂的无缝对接，构建了多层次的大学生创新创业体系。学院建立了大学生创新创业中心，吸收校友捐款支持创新人才培养，并修订了分配方案，做到学生创新创业活动有组织、有场地、有经费、有项目、有激励政策，扩大了学生的受益面。

2  选拔生源

机制创新班生源选拔秉承自愿报名、择优选拔、公平公正公开的原则。在学院的指导下，机制专业成立专门的选拔考核小组，负责创新班选拔工作。选拔基本条件要求：热爱机械专业；具有创新精神和较好的综合素质，具有较强的主动实践能力；积极参加各种形式的课外科技创新活动，包括各种创新创业比赛和项目、学科竞赛、大学生课外科技作品竞赛以及科研活动。
由于2013级机制创新班选拔发生在大学一年级下学期（2014年春季），只有大一上学期一个学期的考试成绩可供参考，并且几乎没有可供参考的学科基础课成绩。此外，由于还不具备学科基本知识，学生也还没有开始参与各种课外科技活动。基于此，选拔考核的重点主要是评价学生的机械创新潜质、机械工程能力和综合素质。选拔考核分初选和复试两阶段，其中初选成绩由课程成绩、AutoCAD拼画装配图比赛和笔试成绩3个部分组成（见表2）。经过选拔，2013级机制创新班共由39名优秀学生组成。
表2  2013级机制创新班选拔考核成绩构成表

序    号	项 目 名 称	成 绩 权 重	考 核 阶 段
1	大一上学期考试课程平均成绩	30	初试
2	大一下学期《画法几何及机械制图》课程成绩	10
3	AutoCAD拼画装配图比赛成绩	10
4	笔试成绩	20
5	面试成绩	30	复试
6	总成绩	100

 
正是由于2013级机制创新班选拔发生在专业分流之前，导致全院的优质生源集中，其他专业提出这种选拔方式存在“掐尖”效应，不利于其他专业的发展。随后的机制创新班选拔，都应要求发生在专业分流完成之后，再根据实际情况在本专业内部自主选拔产生创新教育实验班，以免影响其他专业的发展。
2014级机制创新班选拔调整至专业分流后（2016年春季）进行二次选拔。选拔考核的重点是学生的创新精神、综合素质、主动实践能力和参加各种形式课外科技创新活动的情况；选拔流程分三轮进行，第一轮优先考虑课程成绩排名，第二轮、第三轮则优先考虑参加课外科技创新活动的情况。经过选拔，2014级机制创新班共由30名优秀学生组成。
2015级机制创新班选拔（2017年春季）在2013级、2014级选拔方案的基础上，选拔流程仍然分三轮，进一步突出考核学生主动实践能力和参加各种形式课外科技创新活动的情况，并将《画法几何及机械制图》、AutoCAD拼画装配图实训的课程成绩作为重要参考依据。经过选拔，2015级机制创新班共由31名优秀学生组成。
机制创新班的实施带来了专业分流优质生源走向的新趋势，机制专业录取全院学分绩前100名学生的比例从24%增长到了67%，显著提升了机制专业对于学生的吸引力。

3  全面落实双导师制培养

机制创新班实施双导师制，同时配备“班导师”和“学业导师”，促进学生全面发展、个性发展以及创新能力的培养，引导学生开展研究性学习、主动实践和科技创新活动。
为了给优秀的学子们配备最适合的导师，学院采取了“量体裁衣”的新模式：创新班的学生按照自己计划参加的科技创新活动以及考研、出国学习的意向挑选导师，导师们也需明确自己科技创新活动成果的形式，进行“双向选择、双向考量”。
为了让学生享受到优秀的教师资源，保证导师制的实施效果，规范导师的选派和管理，本院讨论制定了相应的导师制实施办法，对创新班导师的基本条件、选派程序、基本职责以及导师考核等事项给出了明确规定。
为2013级、2014级、2015级3个“机制创新班”的100名学生分别选派了导师。导师来自全院机制、机电、力学、过控4个专业以及机械设计与工程图学学部。导师通过师生之间建立的“导学”关系，以学生为中心，因材施教，注重开发学生潜能，贯彻全过程育人、全方位育人的现代教育理念，引导学生积极开展研究性学习、主动实践和科技创新活动，并对学生的考研、出国学习和实现高端就业等提供引导支持。
在完成常规学习任务之外，导师们会结合自身优势安排灵活多样的课程和实践活动：为了增强学生对软件的应用能力，打好扎实的专业基础知识，要求同学们必须掌握三维CAD软件技巧；为了培养学生的创新意识、开阔视野，老师们带领学生参加各种科技比赛；为了培养同学们的动手能力，尽快掌握社会实践能力，安排他们去工厂实习锻炼，为今后走向社会打下扎实的基础。
学业导师结合自身科研实际，创造有利条件，从多层次、多方位引导学生开展丰富多彩的课外科技创新活动，组织、指导学生参加大学生工程训练综合能力竞赛、“挑战杯”大学生课外术科技作品竞赛、CaTICS网络赛、大学生机械创新设计大赛、“创青春”大学生创业大赛、“互联网+”大学生创新业赛等重要学科竞赛和创新创业比赛，并指导学生申报湖北省大学生创新创业训练计划项目和武汉工程大学校长基金项目。
在学业导师的指导下，鼓励学生早进实验室、早进课题，开展科研活动，如参与课题项目的研究与实践、尝试撰写学术论文和专利申请、参加学术报告等。

4  精心组织创新学业评价

2015年10月，面向“2013级机制创新班”组织进行了“2014—2015年度创新学业评价考核”，并将考核情况和改进建议反馈给了每位同学以及班主任，以引导创新班学生更快、更好地成长。
创新学业评价分为成绩、参加的科技创新活动、参加的院校活动、获奖情况、年度自我总结、班导师意见、学业导师意见、学院意见以及获奖证书复印件附件等方面。机械造创新班创新学业评价表首页如图1所示。 通过创新学业评价发现，2013级机制创新班是一个以“知识和创造力并重，梦想与自制力并驱”的优秀班集体，学校新闻“一线聚焦”以题名“创新，创出未来”进行了专题报道（见图2）。 2015年12月，组织机电工程学部全体教师对“机械设计制造及其自动化”专业以及“机制创新班”的建设情况进行了梳理和讨论，并由曹鹏彬老师作为代表在全院的教学研讨会上就“专业概况，存在的主要问题，专业建设下一步计划和建议”等内容进行了汇报、交流。通过教学研讨，集思广益，开阔思路，促进了“机械设计制造及其自动化”专业建设，进一步推动了机制创新班的各项建设。
在各类科技活动中，机制创新班的同学们成绩斐然，各类科技比赛的总参与率达到了80％以上。他们在为学校赢得荣誉的同时，不仅大幅提高了对机械领域的认知，也锻炼了自身的实践能力，培养了团队意识（见表3、4）。在2014年10月启动的“湖北省大学生工程训练综合能力竞赛”中，“机制创新班”派出两支队伍共六人，均获得省级二等奖，是本校本次参赛所获最高奖项。在2015年6月由北京菁华锐航主办的“CaTICs”网络赛中，“机械创新班”与其他班级一同组成三支队伍共十五人，顺利通过学校初试，其中两支队伍在比赛中获得二等奖，另一支队伍获得优秀奖。在2015年9月12日开始的“高教杯”全国大学生数学建模竞赛中，本班三名同学合作的论文被湖北省组委会推送至全国组委会参与国家级奖项的争夺。2017年，2013级机制创新班高旭同学荣获第三届“长江学子”优秀毕业生。
表3 机制创新班课外科技活动获奖
（省级及以上，部分）

序    号	姓    名	奖    项
1	王子圆 等	2015年第五届“国药工程杯”全国大学生制药工程设计竞赛二等奖
2	高旭 等	2015年高教社杯全国大学生数学建模竞赛二等奖
3	高旭 等	2015年第十二届CaTICS全国网络赛本科组团队二等奖
4	王聪 等	2015年第十二届CaTICS全国网络赛本科组团队二等奖
5	黄翼 等	2015年第十二届CaTICS全国网络赛本科组团队优秀奖
6	黄应超 等	2015年第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛湖北省二等奖
7	高旭 等	2015年第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛湖北省二等奖
8	石欣平 等	2016年第七届全国大学生过程装备实践与创新大赛优秀作品奖
9	黄森铭 等	陈锐2016年第七届全国大学生机械创新设计大赛湖北省二等奖
10	高旭 等	2016年第七届全国大学生机械创新设计大赛湖北省三等奖
11	杨正蒙 等	2016年“创青春”湖北省大学生创业大赛银奖
12	杨正蒙 等	2017年“挑战杯”湖北省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
13	杨正蒙 等	2017年“互联网+” 湖北省大学生创新创业大赛金奖

表4  机制创新班立项的部分创新创业训练计划项目

序    号	姓    名	项    目	类    别
1	马建武	硬币清点提取便捷装置（201610490003）	省级大学生创新创业训练计划项目
2	黄森铭	硬币分离和包装装置（201610490001）
3	魏亮亮	高校全景+志愿填报服务（201610490045）
4	高  旭	硬币清点提取便捷装置（2016010）	校长基金
5	黄森铭	硬币分离及打包装置（2016014）
6	魏亮亮	武汉工程大学大学生在线教育情况调查（2016012）

5  结语

本文在对比分析国内外创新人才培养模式的基础上，总结得出系统开发和优化配置创新人才培养资源对于创新人才培养的重要性，从而提出了本校机械设计制造及其自动化专业依托机制创新班实施创新人才培养的新思路。机制创新班的实施参照国际工程教育CDIO模式，多层次、多方位整合学院和导师资源，精心设计了培养方案修订、生源选拔、双导师制培养、创新学业评价等教学环节，得到了本校机械大类本科生的认同，显著提升了机制专业对于学生的吸引力。
然而，正如公认的创新人才培养存在的“起步难”“行动难”和“持续难”困境，机制创新班经过三年探索，取得了一定的成果，如何持续下去还需要有更深的考量，需要有一个持续的机制来确保资源的长期整合。

参考文献

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