信息技術視野下機械類專業大學生工程創新能力提升及實踐

周果君+周勇+李榮華+李小松+陳華

摘 要：湖南理工學院機械工程學院始終注重本專業學生工程實踐能力和創新精神的培養。利用實驗、實習、實訓、課程設計、畢業設計等實踐教學環節，通過開放實驗室，結合“大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目”、“機械創新節”、“工程訓練綜合能力競賽”、“機械創新設計競賽”、“數控仿真加工競賽”和“數字化設計及仿真”等活動，構建了旨在培養學生工程實踐能力和創新精神的實踐訓練體系，使學生掌握扎實的基礎知識和較強的工程應用能力，并具備深厚的自我發展潛力和“能說、會做、敢闖”的素質。

關鍵詞：創新訓練；實踐體系；信息化

基金項目：湖南省教育科學“十二五”規劃2011年項目（湘教科規領[2011]003號）湖南省機電工程及控制大學生創新訓練中心、湖南省機械類校企合作人才培養基地、湖南省機電工程虛擬仿真實驗教學中心建設項目。

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

實踐教學是加深理論認識、鞏固理論知識和夯實理論基礎的有效手段，是拓展知識視野、培養創新意識的必要環節，是理論聯系實際、培養學生掌握科技技術和提高工程實踐能力的重要平臺。系統的實踐教學和專業的應用能力培訓，能有效幫助大學生挖掘潛在的興趣，引導和激發他們的求知欲、培養他們的探索精神和探索能力，讓他們在理論學習和工程實踐中成長為社會需要的人才[1]。湖南理工學院機械電子工程（集成化傳動控制、機電運動控制方向）、材料成型及控制工程（模具、焊接方向）和機械設計制造及其自動化（機械設計、機械制造方向）等專業一直注重培養本科生的工程實踐能力、創新意識和創新精神，提出了“基礎實踐—綜合提高—課外拓展—工程創新”分步驟、分層次的大學生創新訓練體系。依托湖南省機電工程及控制大學生創新訓練中心，通過在時間、空間等方面全方位開放實驗室、提供與課程內容銜接緊密的自主實踐活動等方式，探索和構建基于信息技術的開放性實踐育人模式，實現教-學-研—用互動共贏，切實為地方經濟發展培養機械類高素質應用型人才。

本文以信息技術環境和活動理論為基礎，分析了它們的開放特性和分布特性。通過揭示信息技術環境下的實踐活動實質，研究地方理工院校如何針對培養具有創新精神工程技術人才構建實踐訓練體系。

1 信息技術視域下的實踐活動分析

數字化是信息技術環境最突出的特征。因此可以說基于信息技術的實踐活動是一種數字化的學習實踐。“數字化實踐”是一種新型的、以先進的信息技術為重要支撐的學習形態[2]。要想開展以數字化技術為支撐的實踐活動，人們必須創建多種多樣的信息化平臺。活動理論不僅為我們提供了分析傳統實踐活動中所存在問題的理論基礎，還為我們提供了信息技術背景下學習創新、工程創新和教學改革的思路。

1.1 活動的交互性

新學習觀認為：學習是信息技術支撐下主客體社會性的交互活動[2]。這觀點包括兩個方面的含義：首先，活動理論認為學習是學習者主體的一種主動的自覺的活動；其次，這種活動可以以當前先進的信息技術作為支撐。有學者把活動當作一個維度，把技術當作另外一個維度，從而建立了一個二維坐標，并以此把學習活動分為四種類別：低技術含量且學生消極被動的學習活動，傳統的填鴨式教學方式就是如此；中等技術含量，但學習者卻比較主動自覺的學習活動，傳統課堂環境下的發現式教學學習方式便是這種活動的代表；高技術含量但學習者消極被動的學習活動，一些技術神化思潮下的教育信息化所帶來的書本搬家、黑板搬家、課堂搬家就屬于這一類；技術含量高且學習者積極主動的學習活動，這種信息技術背景下的學習活動集成了前述幾種學習活動的優點，摒棄了它們的不足[3]。

活動理論認為人類的所有經驗都或多或少的受到其所用工具和符號系統的制約[4]。信息技術背景下的活動理論認為學習是一種以目標為導向的積極主動活動，這種活動非常重視學習者之間的分工和合作，并且強調以工具、技術來加強和促進學習對象和學習者之間的主體、客體交互以及社會交互。對于信息技術背景下的學習實踐來說，理清以下內容非常重要：學習者應如何借助信息技術手段與學習內容進行有效的交互；學習者主體之間如何開展有效的社會性交互；學習者主體之間如何創建和諧的共同體及共同體的社會性發展。

1.2 活動的類型

活動理論認為：信息技術環境下的學習活動是以學生為中心的活動，必須充分發揮學習者的主觀能動性或者說主體性。信息技術背景下的學習活動具有開放性、分布式特點，這些特征不僅克服了傳統教學所固有的制度方面約束，還消除了教師在這種帶有集權式特征教學形式的權威，使學習者主體所享有的權利實至名歸。以活動理論作為指導，以信息技術為支持的學習環境于是便能突破傳統思維的框架，從而形成以學習者積極主動活動為重要核心的新型實踐教學范式。

以活動理論作為框架，我們可以將信息技術背景下學習者主體的活動分為三種類型：① 以外在的客體為對象的主體活動。這種活動主要是學習科學知識，了解生產的活動。這是學習者主體與作為客體的學習內容之間的交互；② 以外在的其他主體、團隊共同體和社會作為對象而開展的主體性活動。這是學習者主體之間的一種社會性交互；③ 以內在的客體自我為對象開展的主體活動。相對于前兩種活動，這是一種層次更為深刻的活動，說明學習者主體已經經歷了一個否定之否定的發展、提升過程。經過這一自我意識和自我超越的過程，學習者便能獲得最深層次的情感體驗[2]。

1.3 活動的動機激發與知識內化

信息技術背景下的以外在的客體為對象的主體活動類型要求學習者必須有明確的目標，以此為導向從而實現作為客體的知識在學習者主體上實現內化[5]。信息技術背景下的學習活動明確要求學習者主體必須以具體明確的目標為導向。這意味著在面對具體學習內容時，學習者主體時時刻刻應保持強大而純正的學習動機以及濃厚高漲的學習興趣。信息技術背景下學習者主體學習動機的激發，雖然包含了傳統教學環境下學習者主體動機的激發過程和保持持續性，但更為重要的是要怎樣讓眾多學習者主體所組成的目標共同體始終保持高昂濃厚的學習動機。只有這樣，才能夠讓學習者主體在社會性實踐活動中敢于面對不同挑戰，并一直保持和充滿好奇心；也才能讓學習者主體所組成的目標共同體中的個體在這些實踐活動中既能維持良性的競爭態勢，又能促進個體相互之間的親密無間的協同合作。

對于信息技術背景下學習活動的其它兩種類型，他們不單單涉及到知識內化，還要涉及到有關社會性交往的其它問題。活動理論指出個體心理機能的發展過程，主體和與之起中介作用的人造制品和社會情境的互動作用有著非常重要的影響。同時很多學者也一致認為人類所有經驗在不同程度上都受到我們所使用的工具和相應符號系統的制約[3]。以信息技術作為技術支撐的信息化學習環境附有多種數量龐大的技術工具，從而幫助學習者主體來完成知識內化。這些技術工具（如認知工具）可以幫助學習者搭建知識體系，并獲得可以遷移的、相對更有意義的知識。學習者主體還可以充分利用這些工具來分析當前社會和現實世界，并建構出新的知識或體系，從而展示學習成果和水平；甚至可以進行批判性反思，并進一步實現個體自身知識的內化。同時，信息技術支撐的學習環境還配有大量的供協同學習的即時通信工具和移動終端，這些工具和裝置既是學習者個體或所組成的共同體賴以存在以及今后發展的基礎，也是學習者主體之間開展協同合作以及進行社會性交往的載體。學習者可以在實踐活動中利用這些工具相互之間進行交流探討，并以此來傳遞顯性和隱形的學習內容和經驗，從而達到促進自身知識轉化和社會性交往順利開展的目的[6]。

2. 信息技術視域下大學生創新訓練體系構建

信息技術環境下基于工程教育的大學生創新訓練體系的建立將會有效地促進學生工程素質的提高[7]并激發學生的創新精神。依據按照活動理論框架，工程實踐教學強調學生能力培養，體現在在工程實踐教學中就是要打破陳規，在學生掌握基本實驗技術的基礎上，更加注重學生在動手實踐的同時多動腦思考。通過采用現代信息化的教學手段，增強實踐訓練的趣味性，使學生認識到具備工程實踐能力對于今后自身發展的重要性。同時使學生形成自我創新的意識。

2.1 創新工程訓練過程分析

大學生創新訓練過程應注重學生基礎理論的積累、沉淀和創新思維的培養。通過改革訓練內容和訓練方法，利用信息化技術手段，將實踐訓練化繁為簡、化難為易，使學生在訓練中加深對基礎理論的理解，同時提高實際動手能力，促使學生逐步形成主動思考的意識。工程訓練過程應注重實踐教學內容和質量評價的建設。涉及到訓練大綱和訓練內容的完善，訓練資源的設計和制作，甚至包含學生從自主設計到動手制作出作品的過程。

人才培養是高校的重要功能之一，而社會對高校人才培養質量的評價是最為客觀的。其中學生就業能力便是重要指標之一。因此，刨新型工程訓練過程還應著重關注學生在就業能力方面提升的實效。就業能力的強弱，不但反映出社會對學生認可的程度，還反映出學生在自身綜合素質的高低。為達到這一目的，湖南理工學院機械工程學院在本科四年的創新實踐訓練中，圍繞“基礎實踐—綜合提高—課外拓展—工程創新”的層次開展教學實踐，通過信息技術手段讓學生在虛擬和真實的工程氛圍中去體驗，通過體驗提高自身的工程素質，激發自身的創新意識。

由此可見，信息技術環境下的創新訓練過程應體現出四方面的特點：① 數字化課程訓練資源應有連續性，在本科四年的培養過程中，學生均有條件和機會參與訓練；② 訓練內容應結合技術發展不斷更新，在保留必要的傳統訓練內容前提下，應突出以計算機應用為基礎的虛實結合的新技術、新工藝訓練；③ 創新訓練學方式應靈活多樣，以激發學生參與的興趣和積極性；④ 評價體系應多元，既包含實踐理論知識的評價，更應包含工程實踐能力的評價。

2.2 基于工程的創新訓練體系構建

工程創新訓練也就是通過運用工程實踐的手段和方式，將主體所掌握的專業知識和專業技能充分的消化吸收，最后被掌握者轉化為社會經濟發展和個體發展所需要的能力[8]。對于大學生特別是工科專業大學生而言，實施工程創新訓練的主要目的就是牢牢鞏固和適當拓展專業理論知識，使工程實踐能力得以鍛煉和提高，同時使創新意識、創新精神得到激發和培養，從而提高自身綜合素質和工程創新能力。地方本科高校實施旨在培養學生工程創新能力的工程訓練體系的改革，是實現學校人才培養目標的重要前提和培養工程創新型人才的必要手段。在當前技術環境下，也就是必須和信息技術深度融合。湖南理工學院機械工程學院經過多年的探索，構建了基于信息技術環境的創新訓練體系，如圖1所示。

創新訓練體系的實施顯著增強了學生的創新實踐能力，所培養學生實踐能力得到社會的高度認可。近五年來，學生發表在學術刊物和學術會議論文集30多篇，獲批專利5項，學生主持國家級大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目5項，主持省級大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目27項，主持校級大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目100多項，獲得市級以上各類獎項多項，包括獲國家級競賽獲獎12項。近五屆機械類專業學生就業率一直保持在96%以上，其中，前往北京、上海、廣州、深圳等一線城市就業約55%，并逐年成上升趨勢；所培養學生因實踐能力較強，大大提升了考研競爭力，以機械設計制造及其自動化專業為例，考研錄取率從2011屆的14.3%，提高到2013屆的24.7%，錄取學校包括浙江大學、中南大學、湖南大學、南京航空航天大學等985、211高校。

3. 結論

地方高校多以培養高級應用型人才為目標。基于信息技術的工程創新訓練的教學實踐改革應以培養學生現代工程意識和工程能力為要旨，將知識傳授、能力培養、素質提高結合起來，依托虛擬仿真實驗教學中心、大學生創新訓練中心等實踐教學平臺，達到學生自我管理、自發實踐、自主提升。經過幾年的努力，湖南理工學院機械工程學院在創新訓練方面形成了以真實體驗為主體，虛擬仿真為重要補充的創新訓練體系，有效地提高了學生的工程應用能力和創新精神。

參考文獻

[1] 別榮海，俞海洋.地方“211工程”高校建構新型實踐教學體系的研究與實踐[J].實驗技術與管理，2013（3）： 1-3.

[2] 嚴莉. 信息技術環境下的學習活動研究[D]. 華中師范大學博士學位論文，2011.

[3] 鄭太年. 從活動理論看學校學習[J]. 開放教育研究， 2005， 2： 64-68.

[4] 柴少明， 趙建華， 李克東. 基于活動理論的CSCL意義建構研究[J]. 電化教育研究， 2009（7）： 96-10.

[5] Seth Chaiklin， Jean Lave. Understanding practice： perspectives on activity and context[M]. Cambridge， MA： Cambridge University Press， 1996.

[6] 嚴莉. 信息技術環境下的學習活動研究[D]. 華中師范大學博士學位論文，2011.

[7] 林健.面向卓越工程師培養的課程體系和教學內容改革[J].高等工程教育研究， 2011（5）： 1-9.

[8] 馬鵬舉，王亮，胡殿明，等. 綜合創新訓練課程體系構建與實踐[J]. 實驗技術與管理，2009（6）： 18-22.

作者簡介：周果君（1975.9-），男，漢族，副教授，博士后，主要從事材料與結構和機械類專業實踐教學方面的研究。