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應用型高校機械創(chuàng)新實驗室建設(shè)的探索與實踐
2017 年9 月, 貴州省發(fā)改委發(fā)布的黔發(fā)改高技[ 2017 ] 901 號文件, 在通知中, 貴州理工學院成為了*省級雙創(chuàng)示范基地, 同期, 貴州理工學院榮獲*批深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革示范高校, 為深入貫徹落實國辦發(fā)〔2015 〕36 號和教高廳函〔2016 〕92 號文件精神, 學校要求各專業(yè)把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育納入人才培養(yǎng)方案, 使之貫穿于應用型人才培養(yǎng)全過程。機械專業(yè)作為傳統(tǒng)工科, 想在實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)出具有創(chuàng)新意識、專業(yè)背景和批判性思考能力的應用型人才, *的工 作 就 是 要 為 學 生 提 供 其 創(chuàng) 新 實 踐 的 軟 硬 件 條 件創(chuàng)新實驗室的建設(shè)。筆者作為一線教師, 在培養(yǎng)機械專業(yè)大學生創(chuàng)新能力和動手實操能力方面的措施, 以及取得的一些成績和經(jīng)驗, 借以拋磚引玉。
1 整合實驗室資源, 搭建聯(lián)合創(chuàng)新實驗平臺
機械工程學院實驗中心初建于2013 年, 機械制造實驗室、機械基礎(chǔ)實驗室、機械基礎(chǔ)認知實驗室、電氣控制實驗室、材料成型實驗室、液壓實驗室、測試技術(shù)實驗室、公差與測量實驗室、CAD 機房、摩擦磨損實驗室、振動控制實驗室等教學科研實驗室和學生創(chuàng)新開放實驗室, 擬建仿真實驗室、智能制造與刀具實驗室、機器人實驗室。實驗室總面積超過3500 ㎡ , 主要的實驗儀器設(shè)備有數(shù)控車床、加工中心、電火花成形機、機械傳動零部件性能測試臺、機械創(chuàng)新設(shè)計方案實驗臺、電力拖動實驗臺、PLC 實驗臺、壓鑄機、注塑機、液壓教學實驗臺、測試技術(shù)虛擬儀器平臺、光學計、測長儀、工具顯微鏡、無人機、模塊化機器人、掃描式激光測振儀、摩擦磨損實驗機和中、高配置計算機等。實驗室資源整合結(jié)構(gòu)如圖1 所示, 在上述各基礎(chǔ)、專業(yè)、科研實驗室的基礎(chǔ)上, 搭建聯(lián)合創(chuàng)新實驗平臺, 要求在空余時間每個實驗室至少能抽調(diào)出一臺設(shè)備作為聯(lián)合創(chuàng)新實驗平臺的機動設(shè)備, 以備應急之需。同時在聯(lián)合創(chuàng)新實驗平臺的基礎(chǔ)上, 再建立創(chuàng)新開放實驗室, 儲備一些中小型桌面或臺式機床和設(shè)備, 便于學生隨時使用。
2 構(gòu)建師生共建的教研團隊, 合理分工
圖1 實驗室資源整合結(jié)構(gòu)圖
我院創(chuàng)新實驗室的教研團隊組織架構(gòu)如圖2 所示。
圖2 創(chuàng)新實驗室的教研團隊組織架構(gòu)
創(chuàng)新實驗室教研團隊直接由分管教學副院長直接牽頭, 為各項工作和活動順利的開展提供堅實保障。創(chuàng)新實驗室負責人由經(jīng)驗豐富的老教授擔任, 總新實驗室各項事務, 對內(nèi)主要負責年度規(guī)劃和預算,對外發(fā)揮宣傳作用。實驗室管理人員為整個實驗室做好管理服務, 負責日常實驗室內(nèi)外的工作, 可由教師與學生共同擔任。指導教師則由校內(nèi)外專業(yè)骨干老師和企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員組成, 主要負責學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、競賽和比賽的指導工作。大學生團隊由機械專業(yè)各年級的學生, 或有志于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的學生組成。競賽/ 比賽籌備組是一個臨時機構(gòu), 當有競賽/ 比賽時成立, 結(jié)束后解散, 由指導教師與有經(jīng)驗的高年級隊員以及若干學生會干部組成, 負責每年競賽/ 比賽籌備的相關(guān)事務。構(gòu)建既有教師又有學生的教研團隊,讓老師能夠安心盡心舒心地指導, 讓學生能否充分發(fā)揮主人翁意識, 自覺學習、自我督促、自我管理。
3 探索應用型人才培養(yǎng)新模式, 提高學生創(chuàng)新能力
3 . 1 培養(yǎng)模式
創(chuàng)新實驗室為培養(yǎng)人才服務, 為科研服務, 為學生量體裁衣地構(gòu)建一個有寬度、有厚度、有尖峰的培養(yǎng)模式是有必要且急需的, 具體包括兩層含義: ( a ) 為能力金字塔。學生的能力培養(yǎng)在大學期間不同階段地進行遞進階梯式的培養(yǎng)。通過基礎(chǔ)實驗項目, 培養(yǎng)基本實驗技能與實驗操作方法; 通過程序設(shè)計與綜合訓練項目, 培養(yǎng)小型程序的編寫與運行的綜合設(shè)計能力;通過機電結(jié)構(gòu)設(shè)計研究實驗項目, 培養(yǎng)系統(tǒng)級別的設(shè)計與搭建的創(chuàng)新能力; 通過科研與工程項目, 培養(yǎng)科研與工程素質(zhì)。( b ) 人才金字塔。低年級學生采取大眾培養(yǎng)方式, 逐層選拔, 直至高年級的精英教育。
3 . 2 實踐教學體系
基于“ 大工程觀” , 建立項目主體式學習方法的機械專業(yè)實踐教學體系。其核心思想是: 在機械專業(yè)的教學體系和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模式的基礎(chǔ)上, 以“ 項目” 為目的, 以“ 項目” 為工具, 以學生為主體, 以教師為主導,把項目分解為需求分析、硬件結(jié)構(gòu)研發(fā)創(chuàng)新、軟件程序研發(fā)創(chuàng)新、項目推廣創(chuàng)業(yè)等模塊, 讓“ 項目” 貫穿整個大學教育的始終, 實現(xiàn)整個“ 項目” 從研發(fā)到推廣的整個生命體系過程, 讓學生完整實踐項目的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)過程。讓學生在“ 做中學、賽中學、玩中學” , 通過以“ 做項目” 的形式促進學生對理論部分的吸收, 以理論指導項目, 由項目反芻理論, 在理論和實踐*吸收的基礎(chǔ)上實現(xiàn)工程創(chuàng)新, 真正達到學以致用的目的。讓學生從一進校就開始接觸“ 項目” , 按照理論學習的深度去實踐不同類型的“ 項目” , 以某產(chǎn)品從研發(fā)到推廣的生命周期過程為載體, 使學生通過主動的、實踐的、課程之間有機的方式學習工程問題, 使創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力得到全面提高。
3 . 3 組織形式
構(gòu)建“ 分組” 形式的機械專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐。創(chuàng)新實驗室將分為基礎(chǔ)儲備組、機械設(shè)計組、程序控制組、理論研究組和發(fā)展創(chuàng)業(yè)組。這樣分組既符合“ 大工程觀” 對工程管理的需求, 各組之間又互相制約、環(huán)環(huán)相扣。作為基礎(chǔ)儲備組的新手, 接受較為系統(tǒng)的培訓和練習, 進行通識培養(yǎng), 一年之后根據(jù)各自的特長和興趣加入其它各組。機械設(shè)計組和程序控制組作為實踐創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計和電氣、程序設(shè)計的主力, 采用創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技術(shù)進行產(chǎn)品的研發(fā), 是項目基本得以實現(xiàn)的保障。理論研究組主要學習創(chuàng)新思維、Triz 理論及創(chuàng)新設(shè)計方法等理論的學習, 為其他組提供理論基礎(chǔ)。
發(fā)展創(chuàng)業(yè)組負責將研發(fā)的產(chǎn)品在不同平臺上進行推廣銷售, 如易班跳蚤市場、淘寶、咸魚等, 收集用戶反饋,盈利部分將作為整個團隊的運營經(jīng)費。
4 師生自由組隊, 監(jiān)控實施全過程
創(chuàng)新實驗室組隊方式一般有以下兩種: 一是學生集思廣益、頭腦風暴, 提出創(chuàng)新想法, 由專家教師評估能否作為創(chuàng)新項目, 并自主尋求指導教師; 二是由指導教師事先給出項目, 以招募的形式, 學生可根據(jù)興趣自由選擇。
在整個實施過程中, 在一個大項目的背景下, 為了方便學生掌握牢固的基礎(chǔ)知識, 可分門別類地設(shè)置一些小項目進行指導實施。如圖5 所示的“ 仿人形舞蹈機器人設(shè)計” 項目過程中, 通過進行任務分解, 設(shè)置項目分解訓練, 對于不同階段的學生進行不同層次、不同難易程度的訓練, 從而鍛煉學生的雙創(chuàng)能力。以“ 虛擬仿真” 任務為例說明, 對機器人進行虛擬仿真, 進行干涉檢查, 首先要利用三維建模軟件SolidWorks 對一些常用的機械零部件建模, 并進行裝配、干涉檢查, 接著進行ANSYS 有限元仿真, zui后利用AutoCAD 設(shè)計完成機器人的工程圖紙, 自主加工或外協(xié)加工。指導教師可為學生提供研究路線, 學生則通過自主學習、師生交流等多種方式針對特定的對象進行項目訓練, 并不局限于機器人。比如, 對工程制圖的學習可通過組合體項目, 繪制手機模型圖項目等快速上手; 對機械制圖的學習可通過測繪減速器項目, 測繪千斤頂項目等掌握繪圖、識圖能力。
( a ) 任務分解 ( b ) 項目分解訓練
圖3 仿人形舞蹈機器人任務及項目
5 以管理和激勵為手段, 鼓勵大學生參與創(chuàng)新比賽活動
定期組織校級的創(chuàng)新比賽活動, 可讓學生在通過學習實踐一段時間后, 定期地檢驗自己的學習成果。
學院通過下發(fā)學生第二課堂創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學分認定、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐、科技競賽管理辦法等文件, 以賽促教、以賽促學、以賽促研。在全國性的大賽舉辦前, 都可提前在校內(nèi)事先舉辦一次校賽, 挑選的、成熟的團隊, 進入省賽, 再入國賽。
6 結(jié)語
經(jīng)過近幾年的沉淀和探索, 貴州理工學院機械專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)取得了較好的成績, 在多個全國性大賽上均取得不俗的成績。創(chuàng)新實驗室按照這種運行機制, 隨著開放時間的不斷增加, 調(diào)動了學生參與創(chuàng)新實踐活動的積極性, 學生的雙創(chuàng)能力、實踐動手能力和專業(yè)素質(zhì)能力均得以不同程度的提升。