基于創新創業能力培養的機械創新設計與實踐課程研究

淮旭國， 劉 健， 賈文軍， 史風棟， 徐國偉

(1. 天津工業大學 國家級實驗教學示范中心， 天津 300387； 2. 天津工業大學 工程教學實習訓練中心， 天津 300387)

基于創新創業能力培養的機械創新設計與實踐課程研究

淮旭國1,2， 劉 健1,2， 賈文軍1,2， 史風棟1,2， 徐國偉1,2

(1. 天津工業大學 國家級實驗教學示范中心， 天津 300387； 2. 天津工業大學 工程教學實習訓練中心， 天津 300387)

為了切實有效地開展創新創業教育，開設了機械創新設計與實踐課程，結合具體實例闡述了該課程的開設對學生機械設計能力、電子應用能力以及機電一體化綜合能力培養的重要意義，并介紹了基于該課程開展項目孵化的大學生創新創業項目的開展與實施。通過實踐活動的開展激發學生的創新思維和創新意識，進而提高大學生的創新與創業能力。

創新創業教育； 機械創新設計； 工程實踐課程

2015年國務院辦公廳發布了《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》，深化高等學校創新創業教育改革，是國家實施創新驅動發展戰略，是促進高校畢業生更高質量創業就業的重要舉措[1]。創新創業教育上升到建設國家創新發展的重要戰略[2]，已經成為經濟增長的引擎之一及推進高等教育綜合改革的重要工具[3]。培養大學生的創新精神和創業能力成為高校人才培養的一項戰略性任務[4]，大學創新創業教育已經成為大學教育的重要組成部分[5], 只有開展切實有效的創新創業教育，才能培養大學生的創新精神和創業能力[6]。結合我校工程教學實習訓練中心機械制造基礎實訓部實際情況，開設了機械創新設計與實踐課程，通過創新實踐課程的學習與項目開展，讓學生制作作品參加學科競賽和大學生創新創業項目，提高學生的機械設計能力、電子應用能力以及機電一體化綜合能力，鍛煉學生獨立思考、實踐動手、自主創新、團隊合作的能力，培養學生的創新創業能力。

1 機械創新設計與實踐課程的建立

教育部下發的《關于大力推進高等學校創新創業教育和大學生自主創業工作的意見》，明確要求高校把創新創業教育納入專業教育和文化素質教育教學計劃和學分體系[7]。我校工程教學實習訓練中心機械制造基礎實訓部在學校教務處實踐教學部門的推動下，結合實際情況面向學校工科學生開設了2學分機械創新設計與實踐課程。課程包括創新思維和方法、常用機械結構實例應用、Solidworks建模、智能控制與單片機應用、機械加工工藝分析等內容。除上述課程外，教師會向學生介紹各種學科類競賽及創新創業活動項目、歷屆獲獎作品創新點、學生組隊的原則以及參加比賽對學生學習生活的重要性，讓學生結合各類國家性競賽、各級(包括校級、市級、國家級)大學生創新創業活動項目，利用學到的知識制作出作品。

實踐是開展創新教育活動的重要載體和途徑[8]，如果沒有實踐活動，創新創業能力的形成就缺少外部環境和條件[9]。將課程跟各類競賽及創新創業活動項目有機結合，搭建實踐平臺，為學生進行創新創業教育奠定基礎。

2 課程對學生創新創業能力的培養

2.1 機械設計能力的培養

大學生機械創新設計能力的培養是建立在現有機械設計理論基礎上，改進完善生產或生活中現有機械產品的技術性能、可靠性、實用性等，或創造設計出新機器、新產品[10]。全國大學生機械創新設計大賽和全國大學生工程訓練綜合能力競賽為大學生提供了鍛煉的平臺，機械類學生對這2項賽事格外感興趣。

王澤輝等學生設計的復合數控機床(見圖1(a))，一方面可作為教師在教師講課的演示設備，借助機床燈和攝像頭將運動結構實時投射到大屏幕，方便學生學習，另一方面可讓學生自己編程操作，加工簡單零件。于波等學生設計的3D夢幻教室(見圖1(b))，主要利用偽全息投影技術，使零件、機構運動及機器裝配過程的展示效果更加立體、直觀、形象。這2組學生將作品用于參加第六屆全國大學生機械創新設計大賽，大賽主題為“幻·夢課堂”，內容為“教室用設備和教具的設計與制作”。加強了學生動手能力的培養和工程實踐的訓練，提高了學生針對實際需求進行機械創新、設計、制作的實踐工作能力。

圖1 全國大學生機械創新設計大賽作品

李忠遠等學生將興趣放在了全國大學生工程訓練綜合能力競賽，針對性地制作作品。無碳小車包括車架、原動機構、轉向機構、行走機構、微調機構、傳動機構等，設計要求精度高，理論可行。首先利用機械設計、機械制圖的知識通過Solidworks三維軟件建立無碳小車各零部件模型，并添加約束關系進行裝配獲得無碳小車的裝配模型(見圖2a)，并進行仿真。設計完成后利用車床、數控銑床等設備進行加工制作，對加工完成零部件進行裝配(見圖2b)，裝配完成后對無碳小車進行調試。建模過程培養了學生的機械作品設計能力，加工過程中提高了學生的制造工藝能力、實踐操作能力，裝配過程中鍛煉了團隊協作能力。調試階段提高學生在生產實際中發現問題、分析問題和解決問題的能力，完全與全國大學生工程訓練綜合能力競賽的主旨相符合。最終這項作品獲得了“S”型越障無碳小車全國二等獎。

2.2 電子應用能力培養

楊心齊[11]等學生采用以HT66FU50單片機為主控芯片設計了花草魚蟲智能生態一體機(見圖3)，該設備分為智能魚缸部分和智能養花部分，智能魚缸部分通過隔膜水泵、步進電機等元件協同作用完成排水、注水、喂食等動作，利用雙浮球水位傳感器、濁度傳感器進行實時監測水位、水質及光強，實現自動換水、過濾、清理魚糞的功能；智能養花部分可以自動澆水，實時監測土壤濕度，利用清理出的魚糞給花兒施肥。該設計作品參加“合泰杯”第十屆天津市大學生單片機應用設計競賽，獲得天津市二等獎。通過參加天津市大學生單片機應用設計競賽，加強了學生動手能力的培養和工程素質的訓練，提高了學生面對實際問題進行單片機研究、制作的能力，及創新能力和協作精神。

圖2 “S”型越障無碳小車

圖3 花草魚蟲智能生態一體機

2.3 機電一體化綜合能力培養

現有的紅膠印章胚料加工工藝中切除余料和磨平基本是半人工操作，技術落后、勞動強度大。韓陸宇等學生研制出紅膠印章胚料切磨一體化的加工設備(見圖4)。紅膠印章數控切磨機采用西門子S7-200控制器，設計了基于該PLC控制器的控制電路，實現數控切磨機對紅膠印章胚料的余料切除環節和刻章面磨平環節的控制。紅膠印章胚料數控切磨機通過上料機構、夾緊機構、切除機構、磨削機構以及進給機構這些機械結構(見圖5)實現印章胚料從上料、余料切除、切除面打磨、卸料的自動化加工。學生對印章生產企業進行市場調研和市場分析，并撰寫設備的創業項目計劃書進行產品的市場推廣。產品參加了2016年西門子杯中國智能制造挑戰賽工程創新賽。西門子杯中國智能制造挑戰賽分為邏輯控制、設計開發、工程創新、運動控制以及硬件研發5個部分，為學生提供交流與學習的平臺，培養學生的科技應用能力和創新能力。

圖4 印章胚料數控切磨機整體實物圖

圖5 印章胚料數控切磨機機械結構圖

2.4 大學生創新創業項目開展與實施

大學生創新創業訓練計劃(下稱“大創計劃”)的目的是促進高校轉變教育觀念，強化創新創業能力訓練，增強高校學生的創新能力及創業能力[12-13]。我校自實施大創計劃以來，遵循“興趣驅動、自主實踐、重在過程、培養能力”的原則，依托各實驗中心、學生創新實驗室等，以項目為載體，面向本科專業開展創新創業訓練活動，培養學生的創新能力和在創新基礎之上的創業能力。王澤輝等學生的復合數控機床項目獲得國家級大創計劃資助，楊心齊等學生的花草魚蟲智能生態一體機項目獲得校級大創計劃資助，除此之外還有其他學生也獲得了國家級、市級、校級大創計劃資助。通過機械創新設計與實踐課程制作的作品與大創計劃相結合，用競賽和大創計劃共同培養學生創新創業能力。

3 結語

通過機械創新設計與實踐課程的學習，提升了學生的理論學習能力及動手實踐能力，以學科競賽活動為導向，為學生搭建實踐平臺，讓學生根據興趣、愛好以及學科競賽的特點制作自己的作品，制作過程中遇到問題進而開展學習并對問題進行解決，最終體會成功解決問題的喜悅。這些過程提高了學生獨立思考能力、實踐動手能力、團隊合作能力，激發學生的創新思維和創新意識，進而提高大學生的創新與創業能力。

References)

[1] 馬永斌，柏喆.創新創業教育課程生態系統的構建途徑:基于清華大學創業教育的案例分析[J].高等工程教育研究，2015(5):137-140.

[2] 曹瑞明，冉清文.關于深化大學生創新創業教育的思考[J].中國青年社會科學，2016，35(1):104-108.

[3] 馬永斌，柏喆.大學創新創業教育的實踐模式研究與探索[J].清華大學教育研究，2015，36(6):99-103.

[4] 榮海平，武偉強.大學生創新精神與創業能力培養[J].大學教育，2015(4):47-48.

[5] 薛成龍，盧彩晨，李端淼.“十二五”期間高校創新創業教育的回顧與思考:基于《高等教育第三方評估報告》的分析[J].中國高教研究，2016(2):20-28.

[6] 張向明,劉新瓊.構建創新創業大平臺，培養學生創新創業能力[J].中國高教研究，2013(6):30-32.

[7] 劉玉榮，張進，涂銘旌，等.搭建創新創業平臺，培養學生創新創業能力[J].實驗科學與技術,2016,14(6):138-140.

[8] 馮林，路慧，賀明峰.國家精品課程“創新教育基礎與實踐”建設的經驗與體會[J].中國大學教學，2011(11):40-42．

[9] 魯學軍，王增國，馮震.全面推進高校創業教育的方法研究[J].中國大學生就業，2009(13):49-51.

[10] 韋林，陳勇，棠劉馳.機械創新設計能力培養的探索與實踐[J].機械職業教育，2009(10):13-14.

[11] 楊心齊，劉健，鄧榮濤，等.花草魚蟲智能生態一體機設計與開發[J].機電工程技術，2015,44(11):40-42.

[12] 郭莉，王菡，王栩楠．探索“大學生創新創業訓練計劃”的管理模式[J].現代教育技術，2012，22(6):118-121.

[13] 于斌，顏賢斌.“大學生創新創業訓練計劃”項目管理探索與實踐[J].實驗技術與管理，2015,32(9):30-33.

Research on mechanical innovative design and practice based on cultivation of innovative and entrepreneurial ability

Huai Xuguo1,2, Liu Jian1,2, Jia Wenjun1,2, Shi Fengdong1,2, Xu Guowei1,2

(1. National Experimental Teaching Demonstration Center, Tianjin Polytechnic University ,Tianjin 300387, China;2. Center of Engineering Practice Training, Tianjin Polytechnic University ,Tianjin 300387, China)

In order to carry out innovative and entrepreneurial education practically and effectively, this paper sets up the mechanical innovative design and practice course, which is combined with its own characteristics. Through examples, this paper indicates that the course study has important significance on mechanical design ability, electronic application ability, mechanical manufacture and automation ability for students, and introduces the development and implementation of the college students’ innovations based on the course carrying out the project incubation. Through the development of the practical activities, it can stimulate students’ innovative thinking and consciousness, and lead them to improve innovative and entrepreneurial ability.

innovative and entrepreneurial education; mechanical innovative design; engineering practice courses

10.16791/j.cnki.sjg.2017.06.042

2016-12-14 修改日期：2017-02-20

天津市教育科學“十三五”規劃課題(HE3007)

淮旭國(1983—)，男，河北邢臺，工學碩士，工程師，主要從事機械設計與制造實訓教學.

E-mail：xuguo.huai@163.com

G642.0

A

1002-4956(2017)06-0168-04