基于PROJECT BUS驅動的機械類本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

蒙艷玫， 盧福寧， 唐治宏， 董 振， 陳遠玲， 陸冠成

(廣西大學 機械工程學院，廣西 南寧 530004)

0 引 言

中共中央國務院在《關于深化教育改革、全面推進素質(zhì)教育的決定》中指出：“實施素質(zhì)教育要以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力為重點”。如何更好的提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)當代大學生的創(chuàng)新能力，是擺在高等教育工作者面前的重要問題。創(chuàng)新能力屬于能力中最高層次的一種，其培養(yǎng)與發(fā)展只有通過個體的主動實踐才能得以實現(xiàn)[1]。這種主動實踐最根本的要義是“學以致用”，即用所學知識解決實際問題[1]。從目前機械類本科生的情況來看，學生大部分創(chuàng)新實踐能力不強，缺乏項目研究的實際經(jīng)驗，對所學的理論一知半解。從學生工作就業(yè)情況看，那些基礎知識扎實、有項目經(jīng)驗的學生可以較順利地找到工作，但是，基礎知識不牢固，實踐創(chuàng)新能力差，缺乏團隊合作精神的學生，一般在面試過程中或試用期間被篩掉。因此目前許多學校開始研究推行項目驅動教學方式，常見的項目教學法，一種是基于課程內(nèi)容開展的課程設計項目；一種是作為項目模擬教學的綜合實訓方式，如綜合性、設計性實驗、生產(chǎn)實習和畢業(yè)實習等；另一種就是畢業(yè)論文設計項目。這三種模式和真正的項目研發(fā)運作模式有很大區(qū)別，它們本質(zhì)上都是一種理論學習模式，而不是真正的項目實踐教學模式[2-5]。因此，需要研究一種新型的以真實項目為載體，通過新型項目驅動的自主學習實踐模式來培養(yǎng)和發(fā)展學生的創(chuàng)新能力，才能適應現(xiàn)代制造業(yè)新型生產(chǎn)模式的人才需求。

廣西大學機械工程實驗教學中心于2007年評為國家級實驗教學示范建設中心。在示范中心建設的過程中，深入研究了機械類本科生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)理論和實踐，構建了特色鮮明的基于PROJECT BUS(項目總線)驅動的本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式,有效解決了目前機械類本科生缺乏實際項目研發(fā)經(jīng)驗和團隊合作精神，創(chuàng)新實踐能力弱的關鍵問題[3]，在理論研究和實踐探索取得了顯著成效，作為我校機械工程及自動化專業(yè)主要特色獲2010年國家級特色專業(yè)。

1 基于PROJECT BUS驅動的機械類本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的研究

新型培養(yǎng)模式以創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標，以人才質(zhì)量為根本，以本科生導師制為依托，以PROJECT BUS驅動為主線，啟迪學生的創(chuàng)造思維、開發(fā)學生的創(chuàng)新潛能、鍛煉學生的創(chuàng)新能力、使學生掌握創(chuàng)新設計方法、提高學生的工程能力素質(zhì)。主要圍繞如何抓住廣西面臨東盟區(qū)位優(yōu)勢、發(fā)達地區(qū)的制造產(chǎn)業(yè)和技術向廣西轉移的機遇，研究和探討現(xiàn)代機械工程背景下以項目BUS驅動的學生自主實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。

1.1 PROJECT BUS 的內(nèi)涵

PROJECT BUS意指項目總線，BUS是項目各環(huán)節(jié)聯(lián)系的載體，是從項目選題、立項、研究內(nèi)容、實施到最終效果及評價的一種運行和管理機制。所謂基于PROJECT BUS 驅動培養(yǎng)模式是指在社會需求真實的背景下，構建一個或多個系列化項目貫穿本科階段主干課程知識。項目實施一般從本科生大二開始到畢業(yè)結束，整個過程嚴格按工程實際項目開展和管理。把創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程從社會需求的熱點技術分析開始，到項目的需求分析、設計、實施、測試、項目管理及最終對人才培養(yǎng)的作用、效果和評價等，各環(huán)節(jié)通過項目BUS有效串聯(lián)起來組成有機整體，實現(xiàn)相互間信息的交流和知識融會貫通[4-10]。在所構建PROJECT BUS 環(huán)境下，對學生進行完整的專業(yè)實踐訓練，鞏固學生的基礎知識，引導學生自覺學習新知識，強調(diào)整體化專業(yè)實踐訓練和專業(yè)思維訓練密不可分的結合，并圍繞專業(yè)實踐訓練重組教學和評價體系，同時對項目實施過程適時進行反饋、調(diào)整和完善，確保創(chuàng)新人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

1.2 基于PROJECT BUS驅動的創(chuàng)新能力培養(yǎng)框架的構建

基于PROJECT BUS驅動的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式以貫穿機械類本科生主干課程的PREJECT BUS驅動為抓手，創(chuàng)新實踐環(huán)境構建、專業(yè)導師制實施和創(chuàng)新能力評價體系為保證，形成了獨特的以項目驅動的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。PROJECT BUS驅動的創(chuàng)新能力培養(yǎng)框架如圖1所示。以市場需求定制人才培養(yǎng)目標，以實驗中心開放性實驗室和本科生專業(yè)導師制為依托，以面向工程實際的產(chǎn)學研真實項目研發(fā)作為學習載體，將知識的拓展與項目研究開發(fā)過程的迭代相結合，用項目研發(fā)的漸進思想與知識構建的思路相對應地組織自主實踐內(nèi)容，并圍繞專業(yè)實踐訓練重組評價體系，通過項目總線BUS貫穿機械專業(yè)主干課程知識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程的始終。同時深入分析在專業(yè)導師指導下，PROJECT BUS驅動培養(yǎng)模式的實際過程。研究面向工程實際的有利于提高學生實踐能力、創(chuàng)新設計能力、綜合應用能力的開放性自主實踐教學方法，以及科研成果與本科開放性自主實驗結合的方法，充分利用科研優(yōu)勢增強自主實踐教學的能力。同時，創(chuàng)新符合“項目驅動”整體化實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的多元化評價體系，通過客觀公正的評價，肯定學生的成績，發(fā)現(xiàn)學生的問題，促進學生總結成功的經(jīng)驗和失敗的教訓，從而樹立不斷學習的勇氣和信心。培養(yǎng)框架如圖1所示。

圖1 基于 PROJECT BUS驅動的創(chuàng)新能力培養(yǎng)框架

1.3 新型培養(yǎng)模式具有三大明顯特色

(1) 全程性。學生參與了整個項目的研發(fā)和實施過程，從查閱資料分析項目需求和研究內(nèi)容、設計研究方案、制作相關裝置，開展實驗并進行分析總結，全過程中學生必須主動地綜合運用各方面的知識, 從而達到了學生將理論知識和實踐技能相結合的訓練效果。

(2) 全面性。合理設置的創(chuàng)新實踐項目覆蓋了機械工程專業(yè)的主干課程知識和技能，實現(xiàn)本科階段知識學習融合貫通的完整訓練，同時項目研發(fā)培養(yǎng)學生的團隊合作精神，有效提高學生的綜合素質(zhì)。

(3) 長時性。項目實踐時間橫穿整個大學階段，學生從大二開始到大四畢業(yè)，在課余時間嚴格按照項目管理制度參與項目研發(fā)。在一個或多個系列化項目研究學習中，學生可以從實踐到理論，然后從理論到實踐多次反復，通過時間跨度較長真實項目研究實踐學習，有效地成為一名卓越的工程師。

2 改革實踐探索

2.1 改革目標和思路

從加大市場需求熱點技術研究入手,構建基于本科生導師制，以PROJECT BUS驅動的貫穿機械專業(yè)主干課程的自主實踐和課外科技創(chuàng)新的教學模式，以適應“面向經(jīng)濟全球化、消費多樣化、產(chǎn)品個性化、更新短期化” 的新型制造模式的人才培養(yǎng)特點。實現(xiàn)“啟迪學生的創(chuàng)造思維、開發(fā)學生的創(chuàng)新潛能、鍛煉學生的創(chuàng)新能力、使學生掌握創(chuàng)新設計方法、提高學生的綜合素質(zhì)”。全面培養(yǎng)了學生分析問題和解決問題的思想、方法，提高了學生的團隊合作精神、自我學習能力、自我調(diào)控能力和創(chuàng)新能力。

2.2 改革內(nèi)容

構建以PROJECT BUS驅動為主線的實踐教學模式，以融合機械基礎、專業(yè)基礎和專業(yè)技術教學PROJECT BUS驅動的實踐內(nèi)容貫穿整個本科培養(yǎng)過程。將教學的目光從學科體系的知識形成過程轉向知識應用的技術項目實體，從原有學科體系課程轉向項目任務導向的自主實踐的特征和行為。實踐內(nèi)容根據(jù)本科各階段學習的特點，并積極融入學科發(fā)展的先進技術及科研成果。根據(jù)社會需求從科研和教學入手組建項目，通過大量系列化的項目形式規(guī)劃的可選做課題，鼓勵個性發(fā)展。組建學生創(chuàng)新實踐團隊，按照真實項目研發(fā)模式進行管理和運作。從基本技能、綜合應用、創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)和協(xié)同合作精神多方位進行基于PROJECT BUS驅動的主動實踐訓練，逐步形成自主式、合作式、研究式、開放式的學習方式。改革完善時間、空間和內(nèi)容開放的實踐環(huán)境建設，組織實施本科生專業(yè)導師制，創(chuàng)新符合PROJECT BUS驅動多元化的創(chuàng)新能力培養(yǎng)評價方法和質(zhì)量保障制度。

2.3 創(chuàng)新實踐項目建設

創(chuàng)新項目設置是PROJECT BUS驅動實踐的核心，要充分體現(xiàn)對學科知識的融會貫通。首先，針對 “項目”任務，確定和描述所對應的學習領域的知識、能力、態(tài)度內(nèi)涵，確定項目的學習目標和學習內(nèi)容。并進而對技術實踐知識和技術理論知識進行目標分解，圍繞項目任務為中心，按其性質(zhì)、功能以及內(nèi)容和它們相互間的內(nèi)在聯(lián)系的整合，從具體到一般，從應用到基礎，完成基于項目BUS驅動的立項與選題。主要的創(chuàng)新實踐項目有：

2.3.1自主實驗項目

自主實驗項目是由學生自己設計實驗內(nèi)容，自己準備實驗、完成實驗操作，自己完成實驗總結與論文，自己寫匯報材料并進行交流。自主實驗項目依據(jù)學習階段由淺入深設置，學生可以結合自身感知和社會實踐，自主探尋并選擇項目。實驗中心已自主研發(fā)了可靈活開展學生自主實踐的實驗平臺27臺套，其中有4個實驗平臺獲全國高校自制實驗教學設備優(yōu)秀成果獎，為自主實踐項目的開設提供了良好的硬件支撐。

2.3.2創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)項目

包括工程實際項目、立項的創(chuàng)新實踐項目和各類機械學科競賽作品的設計。創(chuàng)新產(chǎn)品研發(fā)項目很好地覆蓋機械學科系統(tǒng)全面的知識。同時通過建立校企聯(lián)合實驗室，校外實習基地，使項目內(nèi)容從內(nèi)涵體系上更符合工程設計的實際情況。

典型案例多功能綠籬苗木修剪機項目。本科生項目組由15位2006級和2007級學生組成，學生研究團隊在蒙艷玫教授等4位導師指導下，在2～3年時間里，從創(chuàng)新實踐項目、創(chuàng)新設計大賽以及畢業(yè)設計和論文，系統(tǒng)展開相關的系列設計研究，取得的良好成效。2008年立項為國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目，2009年結題被評為“優(yōu)秀”。研制成功的修剪機獲全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽二等獎、廣西一等獎。以“多功能景觀苗木修剪機”項目為背景組建的模擬創(chuàng)業(yè)團隊，在第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽獲得廣西一等獎和全國決賽銀獎。項目實施過程中，已申請2項發(fā)明專利，1項獲授權。項目從本科生學科競賽作品制作開始立項，目前已在研發(fā)面向市場的產(chǎn)品。本科生項目組長韋錦同學是大學二年級參加課題研究的，在基于PROJECT BUS 驅動的科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式下，迅速成長，獲得了多個賽事獎項、廣西大學優(yōu)秀獎學金和校長獎學金、南寧市西鄉(xiāng)塘區(qū)“青少年科技創(chuàng)新區(qū)長獎”等，項目小組有5位同學已免試推薦讀研，3位同學考取研究生。目前，該項目繼續(xù)吸收了6個本科生參與研發(fā)。

2.3.3科研創(chuàng)新項目

創(chuàng)新能力培養(yǎng)科學理念的滲透和貫穿是不容忽視的，對于培養(yǎng)學生科學的思維方法和嚴謹認真的實驗態(tài)度、提高學生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力起到關鍵的作用，參加教師的科研項目是有效手段。在參與科研項目研究中，學生可以感受濃厚的科研氛圍, 了解教師的科研思想來源、本研究領域國內(nèi)外的最新科研動態(tài),生產(chǎn)實際中急需解決的問題,通過參與科研實踐, 全面學習掌握了科研工作具體過程,全過程中學生必須主動地綜合運用各方面的知識, 從而達到了學生將理論知識和實踐技能相結合的訓練效果, 使學生的綜合能力產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

典型案例可再生能源建筑應用系統(tǒng)監(jiān)控平臺項目。成立項目小組的目標是利用了當代測試和控制的大型工程應用軟件MATLAB和LabVIEW為開發(fā)工具，構建面向工程實際的“可再生能源建筑應用系統(tǒng)監(jiān)控平臺”，項目組成員為2007和2008年級16位本科生。成立3年來，已完成了10多個監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)并已投入使用，申請發(fā)明專利1項，獲全國性和省部級等創(chuàng)新設計大賽1、2、3等獎5項，發(fā)表論文2篇(文章被EI收錄)。項目組成員均得到了很好的鍛煉，組長龐海峰同學多次獲學校獎學金，獲西鄉(xiāng)塘區(qū)青少年科技創(chuàng)新區(qū)長獎、區(qū)優(yōu)秀畢業(yè)生稱號等。小組成員3位同學獲免推讀研，2位同學考上研究生。

2.4 “漸進式”學生創(chuàng)新團隊建設

PROJECT BUS驅動模式是采用真正的項目團隊管理模式，而且貫穿整個大學學習階段，按照不同階段制定漸進式的創(chuàng)新能力培養(yǎng)方案。按項目管理模式設立不同的角色，并由高年級學生帶低年級學生。團隊將按項目的特征以及學生的個人愛好或者特長進行組織。項目任務以學科專業(yè)課題探討,學生通過小組合作, 共同確立課題、分析課題、搜集課題研究資料, 進行課題論文寫作的形式開展，共同完成研究任務和撰寫學術論文。項目驅動的模型以學生為主體，不斷地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、團隊合作精神和團隊領導能力。目前，機械工程實驗中心已經(jīng)組建了6個大學生科技創(chuàng)新活動小組，機電產(chǎn)品創(chuàng)新團隊是其中之一，主要圍繞“機電一體化產(chǎn)品創(chuàng)新設計”這一研究方向開展創(chuàng)新實踐活動，團隊成員學習實踐側重點各有不同，相互合作，在視野上得以拓寬，并極大提升團隊成員的自我創(chuàng)新與動手實踐能力。團隊在專業(yè)成績、學科競賽等方面均取得優(yōu)異成績，2011年獲廣西大學評選的每兩年僅1項的廣西青少年發(fā)展基金會“芙蓉學子.榜樣力量”團隊合作獎。

2.5 金字塔型導師隊伍建設

組建金字塔型的導師團隊: 團隊由具有豐富工程經(jīng)驗和創(chuàng)新精神的教授領銜、青年教師以及企業(yè)工程師構成金字塔主體、參與日常教學實踐管理的研究生和優(yōu)秀高年級學生筑成塔的底部。教學團隊以教師為主導，同年級學生團隊互學為主體、研究生和高年級學生帶低年級學生為輔助手段, 實踐探索出教師與研究生、本科學生三贏的良性循環(huán)、可持續(xù)發(fā)展的教學組織形式[10-13]。金字塔型的多年級、多層次教與學緊密結合的教學團隊, 大大減輕了在大眾化教育的形勢下, 師資力量不足的問題。

2.6 創(chuàng)新項目的組織實施

在本科生導師制實施的前提下，具有社會需求的各類項目以立項方式交給學生，學生組成研究小組，申請進入開放性實驗室，在規(guī)定時間內(nèi)進行設計性研究性項目實踐。項目的全過程，從查閱文獻、制訂研究方案、研發(fā)產(chǎn)品原型、組裝測試到撰寫研究總結報告，是對課堂知識的深化和檢驗，從中掌握較系統(tǒng)的科學研究方法和開發(fā)技能，完成本科生實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)由單純的學習型向社會型轉變，增強社會責任感，豐富了工作經(jīng)驗，提升掌控自我發(fā)展軌跡的自信心。

2.7 質(zhì)量保障制度建設

建立了一系列PROJECT BUS驅動的實踐教學質(zhì)量保障制度，從實驗條件、師資力量、制度規(guī)范等方面提供了有力的保障[14-15]，制定了相應的管理辦法和實施細則。創(chuàng)新項目內(nèi)容的設立必須經(jīng)過專家評估和論證，設計了“創(chuàng)新項目計劃及運行表”、“創(chuàng)新實踐教學及管理質(zhì)量調(diào)查表”等與教學質(zhì)量監(jiān)控相配套的記錄文檔。采用分組管理、項目考核、結題答辯、項目驗收、座談會、調(diào)查問卷等形式，通過周期性評估、階段性考核、實地查驗、日常監(jiān)控、信息反饋等手段抓好項目實施進度、評價結果分析診斷、評價結果信息反饋幾個環(huán)節(jié)，確保創(chuàng)新實踐項目落到實處。

3 改革成效

基于PROJECT BUS驅動的自主實踐和科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式已經(jīng)應用于我校機械工程專業(yè)本科生中，大量貫穿各個學習階段的個性化選修項目和科技實踐項目極大提高學生學習的興趣。項目驅動的創(chuàng)新實踐培養(yǎng)實行全方位開放式教學模式，對校內(nèi)開放，而且對兄弟院校和社會企業(yè)開放，建立校企聯(lián)合實驗室，校外實驗、實習基地。實驗中心學生課外實踐和科技創(chuàng)新平臺已經(jīng)建立開放多年，設置的創(chuàng)新項目大都直接來自工程實際，真題真做。為企業(yè)解決了實際問題，使學生通過實踐拓寬了視野，同時也培養(yǎng)了創(chuàng)新能力。改革實踐成效顯著。

實驗中心目前已建立了6個學生科技創(chuàng)新實踐活動小組，每年有200多名學生在中心開展創(chuàng)新實踐活動。創(chuàng)新實踐選題緊密結合科研、工程和社會應用，培養(yǎng)出較高素質(zhì)的復合型工程人才很受企業(yè)歡迎。學生受益面的廣度從近5年來我校機械工程學生均超過95%的一次性就業(yè)率可見一斑。在2011年機械學院組隊到區(qū)內(nèi)多家企業(yè)的走訪調(diào)查結果顯示：廣西大學機械學院學生基礎扎實，實踐創(chuàng)新能力強。目前中心每年開放性實驗學時數(shù)達80000學時，占中心每年總實驗學時數(shù)近25%。近5年來，有本科生參與的教師立項實驗教改項目53項，學生立項創(chuàng)新實踐項目95項；本科生參與申請專利40項，其中發(fā)明專利18項，實用新型專利22項。學生參加各類大學生創(chuàng)新設計大賽獲獎91項，其中全國總決賽一等獎8項，二、三等獎13項。37人的畢業(yè)論文評為校級優(yōu)秀。

創(chuàng)新實踐教學模式還用于為社會技術服務，每年開辦全國遠程數(shù)控工藝師、CAD等數(shù)期職業(yè)資格證書培訓班等，在區(qū)內(nèi)起到積極教學示范作用。老師學生積極參與先后為玉柴股份公司、柳州機械股份公司等提供技術服務，完成科研項目60多項，獲得顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

4 結 語

新型培養(yǎng)模式在搭建的“產(chǎn)學研結合創(chuàng)新實踐項目”、“漸進式項目團隊”和“金字塔型教師團隊”三位一體的科技創(chuàng)新環(huán)境下，圍繞PROJECT BUS展開以真實項目為背景,融會貫通本科階段知識和技能的自主實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)專業(yè)訓練，有效解決了目前機械類本科生缺乏實際項目研發(fā)經(jīng)驗和團隊合作精神，創(chuàng)新實踐能力弱的關鍵問題。該新型培養(yǎng)模式特色鮮明，成效顯著，獲2012年廣西大學優(yōu)秀教學成果特等獎，廣西壯族自治區(qū)優(yōu)秀教學成果一等獎。

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