基于本科生導師制的機械人才創新能力培養的探索與實踐

□彭 斌 張永貴 謝小正

實踐和創新能力是應用型本科院校機械類專業學生能力培養的重要環節，“實踐和創新是機械專業的根本”已成為當今國際以及國內高等工程教育界的普遍共知和共識。高等工程教育界關于如何培養學生的工程實踐能力進行了研究和探討，如提出“回歸實踐、回歸問題、回歸主體”的理念實施探究式教學；將職業資格證書引入應用型本科教育等，取得了較好的效果；目前“大眾創業、萬眾創新”已成為國家發展戰略，做好大學生創新創業工作就成為進一步深化高等教育綜合改革、提升創新創業人才培養質量的重要突破口。當前世界范圍內新一輪科技革命和產業變革加速進行，我國經濟發展進入新常態、高等教育步入新階段。新經濟、新技術、新產業的發展要依靠工程教育提供人才支撐，人才是應對未來新技術和新產業國際競爭挑戰的核心力量。而新工科建設本質上就是要為中國工業培養創新人才，使得中國工業具有世界最強的競爭力。面對第四次工業革命的到來以及新工科對工程教育培養學生的工程實踐能力、創新創業精神、團隊協作、職業素養、終身學習和社會適應能力等綜合素質提出的新要求，圍繞新形勢下產學研合作教育新內涵、新內容、新形式和新方法，蘭州理工大學機械類專業如何依托行業背景，探索與實踐適宜西部地方高校機械專業的辦學理念與產教融合、校企協同育人模式，打造出專業優勢與特色，為高校工科專業的人才培養提供借鑒的實踐經驗，培養行業急需的卓越工程技術人才，充分發揮地方高校對區域經濟發展和產業轉型升級的支撐作用，具有深遠的理論意義與實際應用價值[1～6]。

二、基于本科生導師制的機械人才創新能力培養的實施與探索

(一)構建“五位一體”的學生創新創業教育體系。近年來，蘭州理工大學科創基地的建設順應新工科發展的新形勢，主動作為，構建依托3D科創中心、機器人科創中心、機械創新設計科創中心、3J科創中心和學院實驗中心的創新創業綜合訓練基地，學院基于科創基地構建了“五位一體”的學生創新創業教育體系，以專業教育為基礎，推進創新教育與專業課堂的專創融合協同培養；以素質教育為抓手，強化學生全面素質培養，通過實施本科生導師制來大力推進創意、創新、創業“三創”教育；以實踐教育為依托，通過與企業共建實踐基地，深入開展校企合作；以國際教育為拓展，充分挖掘國際生的專長和特點，同時加大國內學生國際交流的力度，不斷開拓學生思路和視野，營造開放、自主的創新創業成長氛圍；以文化教育為熏陶，構建學院創新創業文化，有重點、分層次舉辦創新創業講座論壇，全方位、多方面開展主題活動，發掘樹立創新創業先進典型。大力完善學生創新創業教育保障體系，依托學校和學院的大學生創新創業實踐基地，為有想法沒辦法的創新創業團隊提供場地、設備和資金的保障，為各類學科競賽的組織選拔、學生的培訓提供強有力支持，提高學生創新創業技能，錘煉學生創新創業品質；依托學院的科創團隊，通過開設創新實驗班，在導師指導下開展“產教研用協同”理念下的創新創業活動，培養拔尖的創新人才；依托國家、省、校和院級創新創業訓練項目的過程管理，為學生參加科創競賽、申請專利、發表高水平的論文、參與高水平的國際學術會議、提煉創新成果提供保障與支持。不斷完善和發展創新創業教育體系，已經成為推動學生創新創業教育，助推學院培養一流人才的重要引擎。

(二)形成五個教學層次和一條競賽主線。本科生導師制實行一導到底，從大一到大四，全面規劃學生的4年科創和實踐訓練，將畢業設計的題目進行遞進式分解，通過課賽結合的方式來訓練學生的各類技能，不同階段實現不同層次的能力培養，做到年年有競賽，賽賽有收獲，真正實現科創和實踐訓練4年不斷線，100%的學生參加創新創業訓練、50%學生主持一項創新創業賽事活動，推動產學研用緊密結合和科技成果轉化應用。學生通過5+1(五個教學層次和一條競賽主線)來進行工程實踐能力和創新能力的培養，五個教學層次：工程基礎認知層次、機械基礎綜合實踐層次、專業綜合技術層次、創新實踐訓練層次和科學研究層次；通過不斷線的一條競賽主線來貫穿和牽引4年的大學生活。

1.機械工程基礎認知層次。針對不同專業、不同類別學生，開設不同的訓練模塊。在現有金工訓練模式的基礎上，依據培養目標及側重點，設置不同模塊的機械加工基礎訓練和與先進制造技術相關的認知實習，主要包含對普通機床和數控機床結構原理的認識、熟練使用和操作各類機床；通過觀看視頻、教師講解以及各種實物的參觀和操作，初步了解先進設計、制造技術的內涵及發展狀況。

2.機械基礎綜合實踐層次。在完成機械工程基礎系列實驗的基礎上，加大學生綜合設計能力的培養。針對一般的實際工程問題，使學生由數學建模、計算機輔助設計與優化設計到機電控制系統設計與調試，依次完成三個階段的綜合實踐，通過數學建模、方案論證、工程設計和優化、機構創新、機電綜合和實驗調試等環節，著重提高學生綜合應用知識來解決實際問題的能力。

3.專業綜合技術層次。加強學生機械設計、制造、機電控制技術、數控技術等專業應用能力的培養。對機械類專業本科生開設2周從設計到制造的CAD/CAM的綜合訓練；開展2周的數控機床與加工中心的拆裝、控制與數控技術的綜合訓練；3周的專業課程設計主要要求學生綜合運用所學知識對設計方案進行分析、評比和優化從而設計出簡單且經濟合理的零部件；2周的專業方向訓練主要側重于學生的有限元分析和優化設計能力培養。整個專業綜合技術層次是集信息與制造于一體；集知識與技能于一體；集設計與工藝于一體。

4.創新實踐訓練層次。強化學生綜合創新能力的培養。對機械專業本科三、四年級的學生開展機電一體化柔性生產綜合訓練、機器人綜合訓練與創新、機電一體化嵌入式運動控制創新實驗等。并為參加科技創新競賽的學生提供理論實踐相結合的培訓課程，并將創新實踐貫穿于學生整個四年的本科教育教學全過程，根據不同專業、不同學生類型、在不同的學習階段的創新需求，因材施教。

5.科學研究層次。開展虛擬現實技術、反求工程、機器人視覺與遠程控制等相關實驗課程；并借助于中心的資源條件和教師科研項目，對本科生以及紅柳基地班、紅柳卓越班等進行畢業設計(論文)和研究生課題研究，吸納一批對研究感興趣的同學參與到各種層次科研開發項目中。

6.科創競賽。不斷線的一條競賽主線主要是通過創新實驗班、課賽結合以及興趣導向等手段和方法來實現，大一熟練掌握三維造型軟件，學習各類優秀機械視頻、資料；大二進行從創新設計到綜合性機械產品研發的訓練，參加各類全國機械類大賽；大三進行小型綜合類訓練，參加各類綜合性大賽；大四進行總結和整合訓練，參與卓越工程師畢業設計大賽，選擇好今后的路。近幾年，學院學生在“互聯網+”全國大學生科創競賽、全國大學生機械創新設計大賽、全國3D大賽和卓越工程師教育聯盟“恒星杯”畢業設計大賽中屢屢獲獎，展示了學院創新人才培養的新成就[7～10]。

二、取得的成效

目前機電工程學院已完成了新一輪人才培養計劃和實驗中心的總體建設規劃，針對現有和規劃的實驗設備進行了新實驗項目的修訂，對于人才的培養提出了重在強調“學生自己設計實驗方案、自己動手進行實驗、自我思考進行實驗結果分析”的過程，重點在于通過實驗，加強學生能力的培養，可以考慮實驗時間因素，容許學生的實驗失敗(沒有做出預想的結果)，但必須如實完整地撰寫實驗報告，對失敗的內容進行詳盡分析，并針對性地提出改進措施。以培養學生針對工程實際問題，獨立或協作進行實驗方案設計的能力、自己動手進行實驗搭接的操作能力以及獨立進行實驗結果分析的思考能力。目前的實驗平臺、實習基地、實驗中心、科創基地的總體建設規劃和專業認證的持續改進工作為學生創新和實踐能力的提升提供了良好的硬件支持和理論導向。