以學科競賽為抓手的機械類本科生創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究

范 暉，王善奎，范希營，劉鳳國

(江蘇師范大學 機電工程學院， 江蘇 徐州 221116)

0 引 言

21世紀以來我國制造業(yè)高速發(fā)展，“中國智造”“中國創(chuàng)造”迫切需要培養(yǎng)大批高層次制造業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才。2017年教育部、人社部、工信部聯(lián)合印發(fā)《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》指出：當前制造業(yè)人才培養(yǎng)與企業(yè)實際需求脫節(jié)，產(chǎn)教融合不深、工程教育實踐環(huán)節(jié)薄弱是突出問題。如何通過各種途徑強化學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，是新時期高等工程教育改革的重要內(nèi)容之一。

由于本科生較少參與社會實踐，要培養(yǎng)和強化其實踐和創(chuàng)新能力，最快捷、有效的途徑便是積極參加各類學科競賽。大學生學科競賽已成為深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的重要載體及推動產(chǎn)學研用結(jié)合的關(guān)鍵紐帶[1-7]。目前機械類專業(yè)學科競賽中，由教育部機械基礎(chǔ)課程教學指導委員會和全國大學生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽組委會舉辦的全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽最具影響力。大賽選題著眼于社會發(fā)展民生，為展現(xiàn)大學生的創(chuàng)新能力和實踐能力提供了廣闊的舞臺。

我校機電工程學院積極組織學生參加機械相關(guān)學科競賽，特別是全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽，成績斐然，展現(xiàn)了應(yīng)用型創(chuàng)新人才良好的培養(yǎng)機制。為此根據(jù)近3年來指導機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的實踐，探索產(chǎn)教融合背景下競賽指導的創(chuàng)新、改進模式，從教師和學校兩個層面對如何通過競賽模式，過程性塑造培養(yǎng)學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和保障、激勵機制。

1 參賽生創(chuàng)新、實踐能力為主體的綜合素質(zhì)培養(yǎng)模式研究

1.1 創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)環(huán)節(jié)

創(chuàng)新是人類自身的本質(zhì)屬性，是人類與自然交互影響中形成的一種自然稟賦[1]。但完善和自覺的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力并非天生而成，需要在一定條件下經(jīng)過訓練、培養(yǎng)逐步產(chǎn)生。相對研究生而言，本科生在創(chuàng)新培養(yǎng)方面存在其特殊性，理論基礎(chǔ)較為薄弱，創(chuàng)新積累較少，但思維活躍，束縛較小，容易突破固有的思維定勢。因此，只有在向?qū)W生傳授基礎(chǔ)理論的同時，不斷激發(fā)其潛在的創(chuàng)造欲望和創(chuàng)造熱情，才能使其逐步形成創(chuàng)造思維，最終孕育創(chuàng)新能力。

本科生在參加學科競賽時，為設(shè)計出好的作品、解決具體問題常面臨壓力和困境，往往會迸發(fā)出創(chuàng)造性的思維火花。此時，作為指導教師，就應(yīng)因勢利導，有意識地引導學生破除思維定勢，開展創(chuàng)新思維訓練，有針對性地傳授創(chuàng)新能力的方法、技巧，如組合創(chuàng)新、類比創(chuàng)新、逆反創(chuàng)新等思維方式[1-2]。指導老師無需全程參與學生的創(chuàng)作過程，而應(yīng)注意關(guān)鍵節(jié)點的啟發(fā)、點評，通過引導學生對資料的收集研究及分析討論，從而逐步激發(fā)學生進一步研究問題的興趣和創(chuàng)新欲望，進而有效提高觀察能力和創(chuàng)新能力，達到事半功倍的效果。

如曾獲得2018年江蘇省競賽一等獎的“一種手持草莓采摘裝置”項目。確定參賽主題后，首先帶領(lǐng)隊員總結(jié)和歸納草莓的采摘特點和相關(guān)采摘工具的現(xiàn)狀。草莓采摘的精細化固有特點決定了采摘過程一般是需要切斷根莖然后夾持，這是采摘的基本原則，而目前市場上的工具多采用剪刀式手動剪切工具。進一步帶領(lǐng)學生分析發(fā)現(xiàn)，如果設(shè)計作品僅僅是復制、沿用手動剪切式的采摘方式，雖然簡單易行，但無疑在設(shè)計水平上只是數(shù)量級別的低水平重復，而無質(zhì)的提高，不可能有較高評價。通過給予學生適度壓力，并指導學生進行小組討論，基于采摘原則反復思考，采用類比思維，從觀察皮帶輸送機這一普通機械傳動裝置入手，獲取靈感，提出了雙履帶+刀片機械結(jié)構(gòu)，巧妙地嫁接運用到采摘的過程之中，創(chuàng)新了采摘方式；又如，傳統(tǒng)采摘工具基本以采為主，未考慮果實的收集和包裝。通過引導學生破除思維定勢，以組合創(chuàng)新法在采集器上加裝收集包裝容器，由此將傳統(tǒng)、單一的采摘工具改進為集采摘、輸送、包裝一體化的手持設(shè)備。這些多點開花、系統(tǒng)性創(chuàng)新有效地提升了作品的自身價值和設(shè)計水平，從而在優(yōu)中選優(yōu)的眾多參賽作品中脫穎而出，取得較好成績。

1.2 綜合實踐能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)

作為參賽作品，如果僅有新穎的創(chuàng)新方案和設(shè)計，而沒有通過有力的實踐過程去實現(xiàn)功能、去展示效果、去接受評委的考驗，還無法獲得廣泛的認可。實踐是一種在行動中分析、解決實際問題的能力，具有實際性和綜合性，它包括觀察、思考、獲取和綜合運用知識、動手操作、人際交往和語言表達等諸多方面[8-11]。對參賽者而言，不僅要有創(chuàng)意、設(shè)計、制作，還要對作品進行調(diào)試，最后接受評委的考查。這種系統(tǒng)工程帶來的一系列環(huán)節(jié)、任務(wù)對學生的實踐能力都是較大的考驗。

在指導的2018年全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽中，參賽作品由5位同學組成的團隊相互配合而成。對每位成員的特長進行任務(wù)分解、分工負責，并根據(jù)個人特點針對性輔導，其中兩位同學起到了核心和關(guān)鍵作用。他們突出體現(xiàn)在較為扎實的動手制作能力，在作品的非標件自制中尤為突出。如切割草莓根莖用的高硬度異形刀片需自行加工，經(jīng)啟發(fā)指導，兩位同學采用特種加工方法[12-14]，在硬質(zhì)刀片表面以電火花穿孔方式加工安裝孔，并組合使用磨削加工和擴孔加工達到了零件的特定外形，實現(xiàn)了加工目的。這是實踐過程中動手能力的典型展示；又如產(chǎn)品的測試階段，針對草莓采摘的地域性、時效性等不利因素，指導學生克服困難，及時聯(lián)系草莓種植單位進行實地測試，取得測試數(shù)據(jù)和操作視頻，并根據(jù)反饋進行改進，獲得了較為滿意的效果。與之相比，很多參賽作品雖然擁有精良的設(shè)計效果，但缺乏必要的驗證性測試報告、視頻，因此遭到評委質(zhì)疑，沒有取得理想成績。這不能不說在實踐能力、意識方面存在較大欠缺，也是實踐能力重要性的又一典型體現(xiàn)；在最后的參賽環(huán)節(jié)中，針對學生松懈心理反復強調(diào)表述的重要：設(shè)計新穎、制作精良的作品固然是評委考慮的重要因素，但良好的表達、高度準確和精煉的描述則可提升評委的評價。因此，無論是在作品說明書的撰寫、視頻的制作以及現(xiàn)場答辯材料的準備都進行了嚴格要求，細節(jié)上精益求精。與此相比，某參賽隊的作品構(gòu)思巧妙、制作精良而獲得評委的高度評價，但在表述中表現(xiàn)欠佳只獲得了省賽一等獎，沒能晉級全國決賽。

由此可見，參賽學生在作品的整個制作過程中經(jīng)歷了創(chuàng)意提出、設(shè)計加工、說明書撰寫、競賽答辯不同環(huán)節(jié)，使自己的實踐能力得到了全方位的訓練和提高。在此過程中，指導教師無需全程參與，但不代表放任自流，在關(guān)鍵節(jié)點處的精心指導、嚴格要求、嚴格把關(guān)可使學生實踐能力得到充分和長足的進步，學習和工作作風甚至煥然一新。

1.3 心理素質(zhì)的培養(yǎng)環(huán)節(jié)

機械創(chuàng)新設(shè)計大賽通常要經(jīng)歷半年到1年的準備時間。在準備期和賽期內(nèi)，參賽學生在保證正常的課程學習之外，還要進行較為枯燥、繁瑣的設(shè)計工作，心理負擔較大，心理容易發(fā)生波動，出現(xiàn)不良心理表現(xiàn)。通常表現(xiàn)在以下方面：① 參賽意志薄弱，目的性不強。設(shè)計過程不可能一帆風順，方案極有可能失敗，技術(shù)路線行不通，學生心理出現(xiàn)疲憊、懈怠。同時客觀環(huán)境包括學習、考研、生活因素等造成心理負擔較重，致使消極應(yīng)對，并對其他參賽同學造成負面影響；② 緊張的情緒反應(yīng)和缺乏自信。一般表現(xiàn)為在外界壓力下，如專家的審視下進行展示、答辯，與名牌高校同場比賽產(chǎn)生怯場、焦慮、緊張、自卑心理等。過度看重比賽結(jié)果，過分關(guān)注對手的表現(xiàn)和他人對自己的看法。

根據(jù)歷年參賽輔導經(jīng)驗，提出以下對策和心理輔導：① 調(diào)整選手的參賽認知，明確參賽目的。在組建競賽團隊之初，指導教師就要進行賽前動員，明確參賽需要本著自覺自愿的原則，幫助參賽選手樹立目標，保持正確的參賽動機。項目進行過程中，對于中途放棄或持消極態(tài)度的同學需要及時談心、談話，樹立正確的參賽態(tài)度。對于方案失敗導致學生出現(xiàn)挫折心理，要及時幫助學生卸掉思想包袱，分析問題原因，解決后顧之憂，助其重新樹立信心。本科生閱歷少，遇到困難容易出現(xiàn)畏難情緒，指導教師需要適時培養(yǎng)學生堅韌頑強的意志和敢于直面困難的勇氣；② 有意識地加強心理素質(zhì)訓練，消除緊張情緒。選手緊張的心理多源于缺少比賽經(jīng)驗。在備賽期間，指導教師可安排選手和其他學校進行切磋交流，或組織預答辯，讓選手提前感受賽前的緊張氛圍。同時幫助選手分析競賽對手的比賽情況，給予良性的心理暗示，讓選手在備賽過程中，培養(yǎng)客觀分析的心態(tài)，消除慌亂情緒；③認真做好準備工作，克服參賽恐懼。充分的自信來源于腳踏實地的準備和訓練。要充分認識自身的優(yōu)勢和不足，對作品的設(shè)計思路、原理和細節(jié)要了如指掌，對于評委可能出現(xiàn)的質(zhì)詢，要充分預估考慮好應(yīng)對策略，心中有數(shù)。如果對參賽過程做到胸有成竹，自然就會提高參賽欲望、增強比賽自信，展現(xiàn)良好的表現(xiàn)。

指導教師除了培養(yǎng)學生的專業(yè)技能之外，更要注重學生心理素質(zhì)的提升。針對性地心理訓練和輔導，有利于參賽生積極努力地完成設(shè)計過程，以良好的面貌進入比賽狀態(tài)，取得理想的競賽成績。同時，參賽生的心理素質(zhì)和意志品質(zhì)也會得到相應(yīng)的鍛煉和提高。

1.4 團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)環(huán)節(jié)

團隊協(xié)作能力，是指建立在團隊的基礎(chǔ)之上，發(fā)揮團隊精神、互補互助以達到團隊最大工作效率的能力[12-14]。參賽隊員在面對一個整體任務(wù)時，必須配合默契，充分發(fā)揮集體的力量，方能在激烈的競爭中取得佳績。指導教師要選擇有擔當、有能力、肯付出的學生作為團隊領(lǐng)導者，并有責任塑造以協(xié)作和奉獻為核心的團隊協(xié)作精神。要建立獎懲機制，協(xié)調(diào)選手關(guān)系，打造默契團隊，通過營造良好的工作氣氛幫助每一位隊員樹立集體榮譽感和個人責任感，保持良好的與人合作的精神狀態(tài)和能力。

備賽過程中，隊員之間有時會出現(xiàn)摩擦和矛盾，多由隊員對比賽的精力投入不同，個性差異引起。指導教師要及時洞察學生的不良情緒，找到原因進行矛盾化解和思想工作。對于正確主張要給與充分支持，積極塑造團結(jié)、溝通、寬容、欣賞的團隊風氣。

2 學科競賽保障、激勵機制的模式對策

除教師指導方面，學校應(yīng)在平臺和創(chuàng)新實踐基地建設(shè)、資金和政策保障、教學改革等方面建立長效機制，保證學科競賽規(guī)范化、常態(tài)化，創(chuàng)造有利于優(yōu)質(zhì)競賽項目成長的土壤和生態(tài)環(huán)境。

2.1 加強實踐基地平臺建設(shè)，孵化優(yōu)質(zhì)參賽項目

學校出臺了大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)園管理暫行辦法，并每年都開展大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃，為提高大學生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)提供了平臺。機電工程學院在科協(xié)組織下，投入專門場地成立“創(chuàng)新實驗中心”或“創(chuàng)新開放實驗室”，設(shè)置常用儀器長期對學生開放，并配置專門教師進行輔導，為學生提供足夠的訓練空間，同時配套了招新制度，管理制度等。這些創(chuàng)新訓練的平臺與學科競賽有效對接，資源共享，成為先進、優(yōu)質(zhì)比賽項目的孵化器，并提供了堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)和制度保障，促進良性發(fā)展。

2.2 完善激勵和保障政策，激發(fā)參賽熱情

學校出臺并不斷完善相關(guān)政策，設(shè)立了大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目、江蘇師范大學科研獎勵辦法(蘇師大科〔2014〕1號)、學生獎助學金評定辦法、學生競賽管理辦法等一系列相關(guān)文件，從制度上鼓勵師生積極投身創(chuàng)新實踐活動。學校在優(yōu)選的基礎(chǔ)上，對于具有可行性、創(chuàng)新性、實用性的項目給予資金保障；從榮譽稱號、宣傳導向、獎學金評定、創(chuàng)新學分、研究生保送等制定了一系列有關(guān)師、生切身利益的相關(guān)條款。對于獲獎指導教師在職稱評定、工作量評定方面也給與充分肯定；學校還建立多個校外產(chǎn)學研實踐教學基地，增加學生參與社會實踐、解決具體技術(shù)問題的機會。

2.3 促進教學特別是實踐教學改革，強化參賽能力

為了促進學生的創(chuàng)新實踐能力，提高參賽水平，在教學改革，人才培養(yǎng)方案、課程設(shè)置要增加創(chuàng)新性實驗內(nèi)容和實驗課程，使課程的設(shè)置更趨合理。應(yīng)加強實踐教學特別是實驗教學，突破原有學科與課程界限，實驗類型應(yīng)由“單一型”向“綜合型”；由“驗證型”向“探索型”轉(zhuǎn)變[15-16]。探索性實驗一般由學生自主命題設(shè)計，與驗證性實驗相比，認知水平更高，理論與實踐、教學與實用的結(jié)合度更高。這些方式轉(zhuǎn)變豐富了學生分析能力和實驗動手能力，強化了其自主性和主動性，訓練了其科研思維，進而提升了學生的參賽能力。

3 創(chuàng)新實踐成效

近3年來，機電工程學院機械類本科生在工業(yè)設(shè)計大賽、全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、大學生機器人大賽、“挑戰(zhàn)杯”等科技競賽活動中不斷獲得佳績，獲 “挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽二等獎、“創(chuàng)青春”全國大學生創(chuàng)業(yè)大賽金獎、全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽二等獎等優(yōu)異成績。這些成果的獲得充分表明，學科競賽的開展為高素質(zhì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)實現(xiàn)了有效、良性發(fā)展，是培養(yǎng)大學生實踐能力和創(chuàng)新能力的有效形式。

4 結(jié) 語

如何提高、強化本科生的創(chuàng)新能力和實踐能力已成為高等工程教育面臨的突出問題。實踐證明，通過開展學科競賽，著眼于創(chuàng)新、實踐、心理素質(zhì)、團隊協(xié)作等綜合能力的培養(yǎng)，可有助于實現(xiàn)從單純的傳授、繼承知識為主的傳統(tǒng)培養(yǎng)模式向強化綜合素質(zhì)教育，著力培養(yǎng)學生獲取和應(yīng)用知識能力的新型人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變，并在轉(zhuǎn)變中，進一步塑造學生的創(chuàng)新意識、提高其創(chuàng)造力。同時，以學科競賽為導向、示范，深化創(chuàng)新實踐平臺的孵化作用，加強激勵和保障機制建設(shè)，推進課程體系、教學內(nèi)容和教學方法的改革，最終形成一條改進、完善高等工程教育的有效途徑，為國家的發(fā)展，為“中國智造”“中國創(chuàng)造”培養(yǎng)合格的高層次創(chuàng)新人才。