高校机械工程类专业创新人才培养研究与实践

高虹霓　瞿珏　刘晓卫　曾番

摘  要：在分析当前机械工程类专业创新教育现状、创新人才培养目标以及急需解决的关键问题基础上，重点研究“中国制造2025”背景下提升机械工程类专业创新人才培养的主要途径，并结合空军工程大学机械工程类专业创新人才培养的实践，总结归纳在创新人才培养方面的主要经验做法，对高校机械工程类专业创新人才培养具有参考价值。

关键词：机械工程专业；创新人才；人才培养；创新能力；教育目标

中图分类号：C961         文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）26-0160-04

Abstract： On the basis of analyzing the current status of innovation education of mechanical engineering specialty， the goal of innovation talent training and the key problems that need to be solved， the main ways to improve the innovation talent training of mechanical engineering specialty under the background of "Made in China 2025" are emphatically studied. And combined with the practice of cultivating innovative talents in mechanical engineering majors at Air Force Engineering University， the main experiences and practices in cultivating innovative talents are summarized， which is reference value to the cultivation of innovative talents for mechanical engineering major in universities.

Keywords： mechanical engineering specialty; innovative talents; personnel training; innovation ability; educational objectives

“中國制造2025”给机械工程类专业创新人才培养提出了极大挑战与机遇，从“中国制造”到“中国创造”，机械加工发生了转变，从传统转变为智能化。在此背景下，高校机械工程类专业应当面向未来智能制造培养具有机械创新设计能力的高素质、复合型的机械工程技术人才[1]。

一  机械工程类专业学生创新教育目标

机械工程类专业创新人才培养是学生在完成本专业基础知识学习后，在创新意识和创新思维的合力激发下，通过教师的创新教学行为和学生的创新学习过程，综合运用先进制造、智能和信息等技术，采用类比、逆反、组合、还原和仿生等创新技法，能够集成创新设计智能类产品或改进智能生产工艺，实现学生创造能力的教育活动[1]。目前还存在创新教育认识不足、教师创新能力欠缺、教学模式方法僵化、学生创新知识水平不够及创新活动时间有限等诸多问题。为此，机械工程类专业创新人才培养目标在专业培养基本目标的基础上，还应基于牢固的专业知识与技能，提高学生独立的创新品质和深刻的创新实践体验，以及具备强烈的团队协作精神与协作能力。

“中国制造2025”为我们培养创新人才指明了方向，为此机械工程类创新人才培养需重点解决以下关键问题：建立全校全员创新教育意识；按照机械类创新人才培养目标，建立课程体系和教学与考核体系，构筑新的教学模式，在整个教学过程中应当贯穿创新意识、创新素质和创新能力的培育，激发创新潜力，提升创新品质；研究如何从“教”与“学”的动态关系上全面评价教师与学生及其教学行为，激发创新教育的积极性和主动性，提升创新素质、创新精神；研究学科建设与本科教育的关系，以及如何以学科为龙头，提高学科整体水平，促进和凸显高校本科专业特色优势，开展与本专业密切相关的课外科技创新活动，培养课外科技活动创新体系，构筑学生创新能力培养的展现平台；研究学校与企业联合、产学结合的模式、机制、规律、方法和实施规则，促进创新人才培养。

二  机械工程类专业创新人才培养途径研究

培养创新人才应把握“广、实、新、活”的基本原则。“广”是指课程体系设置应当宽泛、专业基础扎实；“实”是指教学内容应当管用实用，重点强化实践环节；“新”是指教材内容要新颖，始终追踪科技前沿；“活”是指“教”与“学”的方式方法要灵活多样。

（一）  加强教师创新意识和创新能力

教师自身创新意识和创新能力的高低，对学生创新能力培养有着直接的影响，教师只有不断将创新意识和创新精神潜移默化地传递给学生，才能进一步激发和推动学生创新思维能力的发展演进[2-3]。对机械工程类专业学生而言，创新的途径：一是研究现有机器或机构，发现不足之处，加以改进，这是改造创新；二是把一个机器的设计用在另一个机器上实现新的用途，这是应用创新；三是标新立异，全新设计，解决新的问题，这是发明创造。其实创新的本质是要求具有开放的思维，善于观察、研究，发现问题，找到解决问题的方法。如果能够发现生活或工作中的诸多不便，利用机械设计的方法进行设计，使生活和工作变得更方便，这就是创新。所以教师应告诉学生，不能把创新想得太难，把设计想得太高，更不要有任何畏惧心理，其实创新就在身边。

（二）  优化创新教育课程体系

创新教育要贯穿人才培养的全过程，应当构建集通识与专业教育、创新教育与实践于一体的全新创新教育课程体系，使学生能够完成从创新意识形成、创新知识储备到创新能力提高的完整链条式培塑过程[4]。主要包括：①通识教育，通识教育阶段应围绕创新意识和创新知识储备，分步骤地开设，诸如创新基础、创新方法等通识课程[4]。通过邀请校内外、国内外知名学者专家做学科前沿和发展动态的讲座和报告，使学生了解学科研究的最新动态，扩大视野和知识面。②专业教育，调整课程体系，在专业任选特色课程中增加机械创新设计、智能制造、人工智能、机器人和PRO/E、UG、CATIA等应用课程，增加实践教学环节，突出设计综合性和工程性。在机械工程类专业课程教学过程中，改革课堂教学模式，加强创新教育，有机将专业教育与创新教育融为一体。③创新教育，举办创新教育培训，介绍做科研和搞创新的方法，对于选择创新项目，查找文献资料，撰写学术论文和研究报告，申请专利和软件著作权等都应对学员做知识传授；形成创新训练、教育、实践、师资综合作用的机械工程类专业学生创新能力培养体系，充分激活学生创新意识，全面激发学生创新思维潜力，不断提升学生的创新实践能力。

（三）  探索新型课堂教学方法

课堂教学是培养创新人才的关键环节。教师所要做的不是如何原封不动地“复制”出书本知识并强制性地将其“粘贴”到学生大脑，把学生培养成懂知识的“机器人”，而是要探寻如何从内心深处激发学生强烈的求知欲望，由内而外地引导学生去探索和认知客观世界，培养成能思考的人。不会思考就谈不上创新，要真正提高教學质量，培养创新人才，就是设计一个包括讲授指导、自学总结、独立实践的切实可行的教学程序，促进学生动脑、动口、动手，将教师在课堂主导作用的发挥与学生主观能动性的激发有机结合。为此，在课堂教学中，教师应当把主要精力放在探讨适宜于具体教学内容的各种教学环节上，通过形式多样的方法手段激发学生的学习兴趣，从内心深处充分调动其主观能动性，以达成培养学生创造性思维能力之目的。

（四）  拓宽创新能力培养渠道

企业是学生的就业主渠道，学生创新能力的培养应以企业对学生创新能力的需求为牵引，加强高效创新人才培养的针对性。从企业诉求的视角，应当积极参与高校人才创新能力培养的实践过程，即可发挥企业的平台优势又可契合企业的人才需求；从学生的视角来说，应当进一步明确个人的发展规划，充分利用企业实践平台提升个人的创新能力；对学校而言，通过三方的通力合作既促进了创新人才培养模式的多元化融合，又逐步构建了应用型人才培养的特色与文化[1]。加强大学与企业合作，同时可构建院校内外、实践基地等创新能力培养渠道。

（五）  开展有效实践性教学

在人才培养计划中优化课程设置，增加实践性教学环节。实验内容紧贴学科发展最新动态，融入专业新技术、新理论。同时顺应时代发展的新要求，体现实验内容的时代性、信息化和综合化特质，提高综合性、设计性和研究性的实验内容比重，合理配置技能训练实验和综合设计实验，使传统实验与虚拟实验相结合，构建机械专业“多层次、立体化”的实践教学体系。大一、大二注重思维与学习能力培养；大三、大四注重工程实践与创新能力培养。将课内与课外、校内与校外等多种实践性教学活动计入实践学分，由单项实践到综合实践、由技术探究到工程创新，通过开放性实验、多样化实习、自主式课程设计、创新性学科竞赛、毕业设计和岗位认证等环环相扣的实践环节，逐渐完成基本技能、专业技能、综合技能及科研创新能力训练四个层面。

（六）  构建竞赛训练体系

从目前来看，机械工程类专业大学生竞赛主要有机械创新设计大赛、力学竞赛、大学生信息技术大赛、先进成图技术与产品信息建模大赛和机器人竞赛等，这一系列竞赛为培养机械类专业创新人才提供了非常重要的实践平台，其旨在促进教育观念转变，改革人才培养模式，增强大学生的自主创新意识和创新能力，培养适应“中国制造2025”目标所需要的高水平精英型创新人才。

（七）  建立科学考核评价方法

充分考虑用人需求和学生实际，改革学分评价制度，设立高校创新奖学金，增加创新学分的比重，激发学生积极主动地加入各类创新实践活动中。创新学生评价机制，改革传统的以理论考核为主的考核方式，创新复合型的综合能力评价方式方法，构建一套以激励学生自觉创新、主动创新的评价导向体系，调动学生内在的创新潜质与意识，形成良性的校园创新氛围与创新文化[3]。

三  机械工程类专业创新人才培养实践

（一）  基于“五个结合”培养教师队伍创新活力

通过实践，我们探索出教师创新意识和创新能力培养“五个结合”的途径。

1  理论与实践相结合

在教研室掀起学习创新理论、心理学和教育学高潮，形成时时想创新，处处谈创新的教学氛围，有的放矢地进行教学实践，提高教师教学创新水平。同时组织教师到企业代职培训、到科研院所学习提高等，加强教师工程实践经验积累，提升他们指导学生创新活动的能力。注重人才引进，大力聘请企业、地方高校的兼职教师，建设由专业工程技术人员和管理人员组成的教师队伍，兼职指导学生参加各种大赛等创新实践活动。

2  指导与带教相结合

挑选专业基础扎实、教学能力强、创新意识好的优秀教师组建教学专家组，与年轻教师结成帮带对子，形成新老结合的创新教学团队，重点围绕教学设计、教案编写、教学方法和课堂掌控等教学环节与年轻教师进行系统交流，同时发挥年轻教师娴熟的信息技术优势和机敏活跃的思维，使他们对教学充满兴趣，大胆创新。

3  示范与演练相结合

安排帮带教师进行课堂教学的现场演示示范，结合不同的教学内容如何引入问题，如何选择最佳的教学方法，教学内容如何转接启承，如何设计互动环节，板书与多媒体应如何协调配合，课程思政如何融入教学环节等进行重点示范讲解。同时组织其他教师有针对性地进行教学演练，尤其是年轻教师应当反复试讲，同时邀请教学专家组教师进行听课并对存在的问题及时进行指导。

4  研讨与交流相结合

教研室组织教师和教学专家定期研讨与交流，同时组织教师集体备课，相互学习与讨论，解决教学中存在的疑问与困惑，同时研讨同一教学内容的不同教法，竭力提高教师的创新教学能力。

5  检查与讲评相结合

专家组成员定期对教师教学模式和方法进行检查，考核其创新性。同时检查教师的课程教学设计、教案、多媒体课件等的创新性，并现场听课与讲评，表彰教学模式、方法改革先进个人。

（二）  构建创新教育知识体系，优化更新课程内容

创新思维产生全新的思考结果，具有新颖、独创及突破性。但是，创新思维是基于基础知识及创新知识的。知识的掌握程度对创新思维的发展意义重大，可以说掌握知识的多少决定了学生在创新思维方向上能够走多远。

1  改革人才培养方案，创新知识结构体系

机械工程类专业以工程应用作为主线，以技术工程师应具备的知识能力结构制定人才培养方案、设置课程和教学内容体系，优化实践环节，加强学生创新能力培养。公共课设置精炼、够用，专业课设置实用先进有针对性，体现宽口径、广适应的原则，选修课设计应力求模块化，以满足适应人才培养的广泛需求。依据机械工程类专业特点，以工程应用为主线，以机、电为支撑，围绕通用基础、专业理论和装备原理与实操三个教学阶段，计算机应用、机械基本技能、装备操作实习、装备优化设计和科研创新能力五个实践模块，以及工程机械设计、机电一体化系统设计、液压与液力传动、测试技术与信号处理和数控技术六大主干课程等，建立了知识、能力、素质的培养协调发展、综合提高的知识框架体系[4]。

2  建设特色专业教材，优化课程教学内容

本科教材建设应当兼顾应用性和创新性。教材选择注重知识应用，突出专业特色，选择质优教材，同时及时更新教材内容，确保教材适应专业教学需要。结合本专业的特色及培养目标，对教学内容进行优化、调整和充实。依据本学科专业相关领域的最新发展和要求，将相关新概念、新理论和新技术及时补充到核心专业教材之中，使新教材及时反映专业特色和发展动向，符合现代工程教育要求，更加适应本专业的特色及创新型人才的培养需要[5]。

（三）  探索“察、思、集、用”新型课堂教学方法

积极探索以学生为主体的课堂教学方法手段的改革，我们采用研讨式教学方法，积极引导学生思考、争辩，教师给予恰当评价，肯定正确的、有创新性的论点，同时指出模糊的、甚至错误的见解，帮助学生提高认知水平和创新思维。同时采用“参与式”教学方法，将“静态”的书本知识转化为“动态”的问题探究，在对问题的不断探究中培养学生的创新思维与创新能力。经过实践探索，我们提出“察、思、集、用”四步“参与式”教学法[6]。

1  “察”即全面观察，发现问题，引入内容

上课开始，动员学生仔细观察教学资源，通过看、听或触摸，多种感官了解机构或机械零件，同时设置疑问，让学生主动探究去发现问题，进而引入课堂内容，学生带着疑问和好奇去听课，就会产生要探究问题的内在学习动机。随着提出问题的深入探讨和最终解决，学生就自然有获得新知识的成就感与满足感，学习兴趣和动力就会不断递增，这又进一步强化了学生的求索精神和开拓创新的信心与魄力。

2  “思”即多方位思考，探寻规律，研讨理论

通过“观”，教师创设了一种以问题为导向的课堂学习情境，然后逐步啟发学生对学习材料的多方位思考，探寻其中的科学规律，研讨其中的理论方法，学生在此情境中不自觉地采用自主、探究与合作的方式进行有效的学习活动[7]。这就要求教师在教学准备阶段应根据教学内容，精心设计课堂组织形式，根据不断变化的课堂情况时时调整自己的行为，根据自己对课堂各种各样信息的综合把握，及时作出正确的判断，运用教师富有感染性、启发性的课堂教学语言，激发学生多角度思考并增强克服学习困境的底气。

3  “集”即广泛研讨，集思广益，得出结论

教师应充分尊重学生的认知观点和见解，鼓励学生充满兴趣地分析、思考和设想，并对学生自主构建过程中相关的主要问题和提出的主要观点给予评价，站在理论高度概括和总结，并在广泛研讨的基础上，集思广益，得出结论。这种自主构建其实就是一种创新思考，不仅掌握了知识，更重要的是提高了学生的创新思维能力。

4  “用”即结合工程实际，综合应用，不断创新

课后给学生布置结合工程应用的习题做练习是培养机械类专业学生工程应用能力和创新能力可不或缺的重要途径，同时还应针对机械工程专业的特点，通过做各种机械类实验、课程设计和参加各级各类机械创新设计大赛等实践活动，不断固强学生的实际工程综合应用能力和创新能力。

（四）  拓展多渠道实践性教学，提高学生创新活动参与度

拓展多渠道实践性教学。机械工程类专业拓展与其他院校创新实践基地培养渠道，依托省级实验教学示范中心、学生综合创新实验室促进教学发展、辅助科学研究，为学生学科竞赛、课外活动和科技创新实践活动提供硬件保障。机械创新实验室配备了数控车床和3D打印机等新型仪器设备，为学生创新实践项目的机械设计、加工与调试等提供开放性实践平台[4]。同时结合虚拟维修技术、专业教室、金工实习和实装训练等，打造多维度混合式机械创新教学实践平台。

提高学生创新活动参与度。积极鼓励学生组队参加省级和全国大学生机械创新设计大赛是两年一届（偶数年），除此之外，每两年（奇数年）还举办一次科技创新月，以机械创新设计大赛为抓手，对带动专业建设和培养学生动手技能和创新能力起到了很好的示范带动作用[8]。教研室还成立了机械创新俱乐部，带领更多学生参与到学科竞赛和科技创新中，让学生完成机械产品的材料认知、建模分析、制造加工等过程，使学生得到了各环节的综合能力强化训练[9]。

（五）  改革考评奖励机制，激励学生自主创新

建立完善考评激励机制，可使更多学生积极参加到创新活动中。改革考评机制，采取“考试+实验+作品设计（大作业）”或“考试+平时+创新成绩”等考核方式，实行形成性考核为主，其中创新成绩是指学生在工程实践、实验创新、学科竞赛等系列创新实践活动中所取得的成绩。同时设置创新奖学金，激励学生积极主动创新。

参考文献：

[1] 李永梅，钱茹，张卫芬，等.“中国制造2025”与应用型本科机械专业创新能力培养的教学研究与实施[J].百家论点，2017（2）：229-230.

[2] 高虹霓，李彦彬，张佳丽，等.教学团队教学能力培养策略[J].教育教学论坛，2020（45）：255-257.

[3] 高虹霓，王崴，刘海平，等.基于创新人才培养的教学模式探索[J].教育教学论坛，2018（47）：166-167.

[4] 张元祥，倪成员，吴军.“四位一体”机械类专业创新创业能力培养体系的研究与实践[J].高教学刊，2018（24）：31-32.

[5] 郝杰，吴爱华，侯永峰.美国创新创业教育体系的建设与启示[J].高等工程教育研究，2016（2）：7-12.

[6] 高虹霓，王和明，刘海平，等.《机械设计基础》课程教学改革研究与实践[J].教育教学论坛，2016（11）：157-159.

[7] 高虹霓，王崴，张佳丽，等.课堂教学改革的理论与实践[J].教育教学论坛，2017（42）：150-152.

[8] 贺利乐，原思聪，张小龙.机械类专业创新型人才培养模式探索[J].教育与现代化，2010（2）：42-41.

[9] 哈艳.高校创新创业教育研究[J].河北大学学报（哲学社会科学版），2014，39（11）：148-150.

基金项目：国家自然科学基金2021年度立项课题“时间和信息压力下快速决策指控界面直觉交互设计方法研究”（52175282）

第一作者简介：高虹霓（1966-），女，汉族，陕西宝鸡人，硕士，副教授。研究方向为机械电子工程，管理科学与工程。