建設機械工程實驗教學示范中心 突出應用型人才工程實踐和創新能力培養

黃 民，李啟光，孫江宏，鄭 軍，郝靜如

（北京信息科技大學機電工程學院，北京 100192）

北京信息科技大學是由原北京機械工業學院和北京信息工程學院合并組成的北京市屬普通高等學校，學校歷來十分重視實踐教學。機械工程實驗教學中心2008年被評為北京市機械工程實驗教學示范中心（下稱中心）。中心堅持按照學校“全面貫徹科學發展觀，堅持育人為本，積極推進素質教育，突出特色，努力培養應用型人才”的辦學指導思想，堅持“立足北京，服務首都，面向全國，培養創新能力較強的高素質應用型人才”的人才培養定位，堅持“打好基礎，加強能力，拓寬口徑，面向生產一線”的辦學思路，配合機械類系列課程教學改革與實踐，從培養學生創新思維、實踐能力、強化工程訓練，到提高學生運用現代科學技術方法解決工程實際問題的實踐動手能力及創新能力，建設理論教學與實踐教學、課內與課外、學習與應用、應用與創新緊密結合的應用型人才培養實踐教學新體系，開展了實驗教學示范中心的建設與教學改革，顯著提升了本校機械工程專業應用型人才培養的實踐動手能力、工程應用能力和創新能力，成效顯著［1］。

1 確立應用型、創新型人才培養的大工程理念

為了實現新的應用型人才培養目標和模式的轉變，中心提出采用大工程理念，即廣泛開發和利用校內、社會和企業的各種實踐教學資源，構建系統完整的實踐教學培養體系，實施多層次、全方位的實踐訓練，科學延伸實踐教學的時間和空間，拓展實踐教學的內涵。各種實踐教學資源包括校內實習實訓基地、專業實驗室、學科重點實驗室以及校外人才培養基地、科研合作企業等；延伸時空是指開放性實驗、第二課堂、創新實踐、學科競賽、科學研究等工程實踐環境；拓展內涵是指注重學生創新意識、科學態度和團隊精神的培養。

2 構建面向應用型、創新型人才培養的分層次、模塊化實驗教學體系

基于學校的“培養創新能力較強的高素質應用型人才”的人才培養定位和中心建設的指導思想，本著“以能力培育為重點，以工程技術為主線，突出應用型人才工程實踐和創新能力培養”的原則，構建了面向應用型、創新型人才培養的分層次、模塊化實驗教學體系。

實踐教學體系沿著思維的成長軌跡，遵循在理論基礎和深入感知上引發閃光點的科學邏輯，形成了層層遞進、不斷攀升的培養模式，包括：普通勞動實踐→工程訓練實踐→教學實驗實踐→工業訓練實踐→研究創新實踐5個層次（參見圖1），貫穿學生在校4個學年，實施了理論與實踐、課內與課外、校內與校外、學習與應用、應用與創新的5個結合［2－3］。

中心由工程實訓、機械基礎訓練、先進技術訓練、創新實踐訓練共4個平臺組成（見圖2），包括40多個模塊，如工程實訓平臺包括了車、銑、刨、磨、鉗、鑄、焊等機加工基本技能訓練、電工電子技術訓練、數控基本技能訓練等；創新實踐訓練平臺包括了基礎普及型創新訓練（機構創新設計、機加工創新設計等）、重點提高型創新訓練（結合第二課堂和科研項目的單項創新訓練等）以及綜合創新實踐（機械設計創新大賽、機器人大獎賽等）［4］。

圖1 應用型、創新型人才培養體系的5個層次

3 注重實踐教學的工程實用性和系統性

（1）重視實踐教學內容的工程性、系統性和綜合性。強調課程設計等實踐性強的環節，以綜合性培養方案為核心，實用為目標，在設置實驗項目及實踐環節的內容和形式時，強調工程與實踐導向，追求貼近工程實際的培養環境，培養方法體現實用性和目的性［5－6］。增加實驗學時，提高設計性、綜合性實驗比例，專業課設計性、綜合性實驗的比例平均達到70%以上；開設開放性實驗70 余項，鼓勵學生課余時間走進實驗室；開設融合多門課程知識和內容的綜合性課程設計［7］。

（2）加強校外人才培養基地建設。在不斷完善校內教學實驗室和實驗教學中心建設的同時，高度廣開社會和企業資源，積極開展校企合作，加強校外實踐、實習基地建設，目前已建成穩定的校外人才培養基地有北京京城機電控股有限公司、第一汽車集團公司、北汽福田、北京廣宇大成數控機床有限公司、北京華德液壓、北京京儀集團、北京東方振動和噪聲技術研究所、北京京航公司等10余個，其中與北京聯合大學共建的北京京城機電控股有限責任公司，2012年被評為市級校外人才培養基地。校內外資源共享的應用型、創新型人才培養實踐教學新體系不僅能滿足教學計劃的需要，還給學生創造了發展個性、培養創新能力的課外活動時空。

4 畢業設計改革與創新

畢業設計是學生大學階段最重要的綜合實踐環節，目的是讓學生綜合應用大學所學的專業知識，對現代工程問題進行求解和系統設計，培養和提高其實踐動手能力［8－9］。為了使畢業設計切實起到應用的作用，我們不斷探索開展畢業設計改革，包括選題與設計內容、組織形式、考核方式及過程管理等幾個方面。

圖2 機械工程實驗教學示范中心結構組成框圖

（1）合理選題、注重實效、鼓勵開展實物型畢業設計。在畢業設計選題方面，強調選題的實踐性和工程性，倡導4個結合：與工程實踐相結合、課外科技創新活動相結合、與學科競賽相結合、與教師的實際科研項目相結合，力爭絕大多數選題均來源工程實踐。在內容及要求方面，力求內容具體、貼近工程實際，提倡小而精、不追求大而全，鼓勵自主設計、大膽創新。近年來90%以上的選題來源于工程實踐，自主創新設計成分明顯增加。

鼓勵實物型畢業設計，每屆約有20%的學生在學校專項政策的支持下開展實物型畢業設計，2010 年在全校范圍舉辦了實物型畢業設計作品專題展覽，受到廣泛關注和好評，其中部分作品獲得全國或北京市科技競賽獎勵，參加了北京市大學生科技創新作品展。

（2）革新畢業設計組織形式、培養合作精神和創新意識。在組織形式上，嘗試跨專業或跨專業方向小組形式的畢業設計、與學生課外科技創新及活動競賽相結合形式的畢業設計，為跨專業綜合性、小組形式的畢業設計營造更為開放的設計環境和氛圍。畢業設計選題時，首先由學院經研討確定部分綜合性畢業設計選題，然后根據題目內容和要求由學院內不同專業或專業方向的學生組成畢業設計小組，如地震救助機器人設計、多足救援機器人設計，均分別由機械設計專業方向和機械電子專業方向的4名學生合作完成。同組學生既有明確分工又需要密切合作，發揮各自專業特長，完成共同的設計目標，小組由相應專業的教師聯合指導。這種形式的畢業設計既鍛煉了畢業生專業知識的綜合運用能力，又有利于拓展學生的視野和專業知識，培養和提升了學生的團隊協作精神和組織溝通能力。同時對于促進不同學科專業的交叉與融合、不同專業師生的交流合作亦具有重要的實際意義。

（3）畢業設計與學生課外科技創新及科技競賽相結合。與學生課外科技創新及活動競賽相結合形式的畢業設計，形成了設計過程的長效性，同時具有激勵作用。比如學校常設的機械創新設計大賽、機器人應用技術創新設計大賽，每年都有部分的畢業設計選題來自于這兩個大賽。這些畢業設計實際是提前到大三或大二就開始啟動，學生自愿報名組隊，分工協作，在專業教師的指導下進行較長時間的系統設計及實物制作，參加學校、北京市、全國乃至國際的創新大賽。參賽畢業生完成的相關設計內容，在畢業設計指導教師的指導下，按照畢業設計的標準、要求和形式來完成。

5 積極引導并大力開展學生課外創新活動

應用與創新能力蘊含于人的自覺意識和屬性，是經過長期培養、體驗、積累而形成的，固化于個體的潛質，可使人們的思維和行動進入融會貫通、創造性發揮的自由王國。要使學生真正具備該屬性和素質，就需拓展對學生進行培養、熏陶、養成的時間與空間，從課內到課外、從校內到校外，形成全方位的育人環境。

（1）通過制度化營造鼓勵學生創新的氛圍，使創新活動成為學生的日常理念和思維習慣。設立校內科技創新計劃及學科競賽專項經費；制定學生科技創新的獎勵學分政策；定期組織科技競賽；鼓勵教師的科研課題吸納本科生參加；鼓勵學生自發命題邀請教師指導。定期組織校內科技競賽活動，學院設有機械創新設計大賽、機器人應用技術創新設計大賽、汽車應用技術創新設計大賽、制圖技術大賽等科技競賽，本專業60%以上的學生參與，有力地營造了科技創新氛圍。

（2）成立科技創新活動小組、擴大創新活動的專業交叉和受眾范圍，將科技創新活動作為提高人才質量的重要手段。組織跨年級、跨專業、跨學院的專題小組，使更多的學生有機會參與創新活動，如：機器人研發團隊是機械設計、機械電子、機械制造、計算機與信息技術不同專業方向的學生組合而成；卡丁車組成員有機械設計制造、車輛工程、工業設計專業的學生。科技創新活動小組增進了各專業師生之間的交流合作，擴大了學生的知識面，培養了學生的團隊協作精神和組織溝通能力。

（3）積極組織學生參加校外創新競賽活動，以及鼓勵學生參加各類科技創新競賽活動，進一步激發其學習積極性。近些年中心組織成立課外科技創新團隊20多個，學院約30%的學生參加過北京市、全國及世界各類科技競賽活動，獲市級以上獎勵百余項，包括2010、2011年蟬聯RoboCup 機器人世界杯中型組足球機器人比賽世界冠軍，以及捷能車隊連續4年以優異的成績蟬聯全國Honda節能競技大賽唯一最佳技術獎，2012年還首獲大賽最佳設計獎及鑄夢車隊在中國大學生方程式汽車大賽中獲得年度綜合獎和2項單項比賽亞軍。此外還獲得世界季軍2項、國家級獎勵20余項、北京市級獎勵80余項。突出的競賽成果引起了同行和社會的廣泛關注，中央電視臺、光明日報、北京晚報、北京晨報、手機報等多家媒體對此進行了直播、采訪和深度報道。

6 構建在學科建設、產學研結合和國際交流基礎上的應用型人才培養平臺

把中心建設與學科建設、科學研究和國際交流有機結合起來，豐富中心的實踐教學資源，提高人才培養質量。

（1）中心建設與學科建設的有機融合。依托我校機械工程北京市重點建設學科、機械電子工程北京市重點學科、機械工程領域工程碩士點、教育部重點實驗室、機電系統測控北京市重點實驗室、中國機械工業重點實驗室等學科及學科建設基地，將學科基地建設與機械工程實驗教學示范中心的建設緊密結合，為本科生的課程實驗、課程設計、畢業設計、課外科技活動及競賽提供更為豐富的優良實驗條件和設備資源。

（2）走產學研結合之路，豐富培養模式和資源。同科研合作企業建立了穩定的合作關系，開展實踐教學、科研協作，部分學生直接參與了企業產品的技術改造、升級、新品研制等實際工作。大部分本科畢業設計的選題結合工程實踐、科研課題或源于與企業合作研發項目，真實的工程與科研鍛煉，不僅提高了學生的工程應用能力和實踐動手能力，而且有效地縮短了就業適應期，提升了就業競爭力。

（3）加強國際交流及合作辦學。注重學習國外高校工程技術人才培養的經驗，多年堅持與日本福井大學、德國耶拿應用科技大學、英國桑德蘭大學的校際交流，實行雙方互認學分制。交流工作對促進中心學習國外高等工程教育先進經驗、與時俱進、博采眾長，起到了積極的作用。

7 結束語

綜上所述，我校機械工程實驗教學示范中心在機械類專業應用型、創新型人才工程實踐能力、創新能力培養方面取得了一些成果和經驗，可歸結為：實施大工程理念，構建多層次、全方位應用型、創新型人才培養實踐教學新體系，注重理論教學與實踐教學的有機融合，強化實踐教學內容的工程性、實用性和綜合性，積極引導并大力開展學生課外科技創新活動，科學延伸實踐創新教育的時間和空間，使應用型、創新型人才培養在實踐教學示范中心的外延和內涵建設中得到全面落實并取得實效。

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［1］郝靜如.找準學校定位，培養高素質的應用型人才［C］／／機械設計教學研究.北京：機械工業出版社，2008：7－9.

［2］米潔，高宏.遞進式實踐教學模式的探索與實踐［J］.實驗技術與管理，2012，29（2）：138－140.

［3］米潔.機械類專業實踐教學體系改革與實踐創新能力培養研究［J］.中國電力教育，2011（25）：148－149.

［4］王科社，王雪雁，韓鳳蓮，等.機械設計創新實踐實驗室建設［C］／／機械設計教學研究，北京：機械工業出版社，2007：25－27.

［5］黃小龍，劉相權，郝靜如，等.基于CDIO 工程教育理念的“機械原理課程設計”教學研究與探討［J］.哈爾濱工業大學學報：社會科學版，2011，13（增1）：131－133.

［6］鐘建林，王紅軍，劉忠和.機械設計制造及其自動化專業課程設計的改革與實踐［J］.中國電力教育，2009（1）：146－147.

［7］劉國慶，楊慶東.制造技術課程體系集成實驗系統研究與應用［J］.中國電力教育，2009（5）：132－133.

［8］王紅軍.以培養學生創新能力為導向的畢業設計教學改革探索［J］.中國電力教育，2008（12）：139－140.

［9］黃小龍，王紅軍，劉忠和.大學生機械創新設計能力培養的探索［J］.中國電力教育，2010（18）：18－19.