創新教育融入高校機械類實驗課程探究

韓素華， 邵明輝

（1.徐州開放大學新能源與機電工程學院，江蘇 徐州 221111；2.江蘇師范大學機電工程學院，江蘇 徐州 221116）

0 引言

目前，隨著我國高校畢業生的數量逐年增長，其就業壓力也隨之增大。如何提升高校畢業生的就業率，成為高校乃至整個社會關注的熱點［1］。在此背景下，“大眾創業，萬眾創新”的提出為高校創新教育指明了方向，提出了更高的要求。教育部、財政部、國家發展改革委在《關于深入推進世界一流大學和一流學科建設的若干意見》（教研〔2022〕1 號）中提出，要對標2035年建成教育強國、人才強國的目標，實現“0 到1”的原始創新性突破，需完善大學創新體系，全面提升創新型、應用型優秀人才培養能力，從教學設施和師資力量上保證專業教育和創新教育的實施［2］。培養大學生創新思維能力已成為時代發展的迫切需要。

要實現“大眾創業、萬眾創新”和“建設創新型國家”的強國夢，就必須重點培養當代大學生創新思維，來推動社會的進步和發展［3］。但在實際踐行中，很多學校的創新創業教育與專業課程教學存在“兩張皮”現象，具體表現為以選修課或必修課的形式在專業課程之外增加創新創業相關課程和內容，而在專業課程中未真正體現創新創業的理念與精神。究其原因是當下各高校的創新教育與專業教育各自為營，缺乏深度融合；校園創新創業文化氛圍薄弱，缺少多樣化的創新創業教育形式；專業課教師仍然沿襲傳統的教學方法和模式，教學內容亟待豐富等［4］。

因此，本文以本科高校專業實驗課程融合創新教育的教學改革為例，探索本科高?！皩撊诤稀苯逃男峦緩?。

1 高校推進“專創融合”現狀

1.1 學生的創新潛能亟待挖掘

學生的創新潛能，如弗洛伊德冰山理論中的潛意識般，如潛藏水下的冰山，仍有待挖掘。①在現行教育體系下，小、初、高教育階段皆實行大班教育。②為更好地實行班級管理及教學活動的順利開展，大部分教師在教學過程中樹立了權威形象，在學生心中是引領者、傳道授業者，乃至權威者。在這兩方面的作用下，課堂教學呈現“老師說什么，學生就聽什么”的教學現狀，無形中壓制了學生創新性思維的發展，學生形成了“老師說什么，自己就做什么”的思維定式。

該思維定式伴隨到高等教育階段，致使在本科的教學中，學生的創新潛能如深藏水下的冰山般，有待挖掘。如何在實踐課程的安全情況下，充分挖掘學生的創新潛能，成為本科創新教育的重點。

1.2 傳統教學模式亟待調整

當前，多數本科高校的專業課程實踐教學活動仍沿用傳統的教學模式。教師講授理論知識后，選取具有較強專業背景的經典案例作為實踐教學的主要內容。以機械類數控加工技術課程的實驗教學為例，其教學過程可概括為3 個步驟：①由教師講授經典零件加工指令的重點、難點；②由學生根據實驗指導書及圖紙進行相關指令的編寫；③學生將編寫的指令導入數控系統，經指導教師核驗后關閉安全門，按下循環啟動按鈕，任務式完成了實驗內容。這種教學活動以教師為主導，教學過程停留在結論性知識點講解和實踐操作流程的模仿，缺少根據專業特點為學生提供相應創新意識、思維、能力、方法等方面的指導和培養。

如何在實踐教學過程中，夯實學生專業基礎的同時，又做到培養學生的創新思維、能力，成為本科院校專業課程實踐教學的難點。

1.3 創新教育的融入路徑有待探索

在“專創融合”背景下，專業課程教材的建設不僅要以專業課程知識為基礎，還要融入創新教育元素，但現有的專業課程教材在建設過程中未能夠充分考慮“專創融合”教育的現實需求［5］。

當前本科高校專業課程實踐教學活動，多沿用傳統教學內容開展實踐教學活動。傳統教學內容的設計和編排重視學校的行業背景、學生的專業需求、教學實施的難易程度等。傳統教學內容對于不利于教學實施或短時間內不能見到成效的教學內容，一般不設置在實踐教學中，而創新教育的教學內容具有較強的挑戰性和不確定性，需要長期的堅持方能取得成效，其教學內容和成果需要與時俱進變更和調整。

現有教材及教學內容的特點與創新教育特性之間的矛盾，導致本科高校創新教育和實踐教學的內容、深度、路徑等亟待探索。如何在實踐教學過程中融入創新教育元素，合理地分配教學時間規劃教學內容，兼顧專業知識的傳授與創新教學之間的平衡，成為本科實踐教學中不可忽視的問題。

1.4 多重因素影響下的“專創融合”型師資匱乏

教師不僅是高校教育實施的主導者，還是影響創新創業教育水平的最關鍵因素［6］。隨著創新教育的廣泛開展，專業課教師已充分認識到培養學生創新思維的重要性，但由于對創新教育理念的認識存在局限性，導致專業教學活動仍在延續傳統的教學方式、方法，未能與時俱進地引入新的教學策略。雖有部分教師主動嘗試在相關的實踐教學過程中融入創新教育，但因自身創新知識和能力的欠缺，不能把握已有課程內容與創新知識之間的聯系，不能敏銳地發現兩種教育的融合契機，設計出科學的教學模式，導致兩種教育的融合過程略顯生硬，融合方式缺少創新，融合后的教學效果差強人意。師資匱乏加劇了“專創融合”教育的難度。另外，在傳統實踐教學模式固化、實踐軟硬件設施有限、實踐教學過程與施教學時數待優化等多重因素的影響下，當下的專業課教師實施創新教育呈現有心無力狀態。

1.5 考核方式有待優化

科學合理的考核方式能夠激發學生參與創新創業教育的主動性。本科高校的實踐課程通常具有較強的理論性，當前本科高校實踐教學活動多采用結果性考核方式，以靜態評價指標為主，即根據學生提交的圖紙、報告、程序、產品實物等成果，對照考核標準，逐條檢驗、評價，缺少對學生查閱資料、內容思辨等實踐過程的考核。這種考核方式以教師評價為主，考核形式單一，考核內容缺少挑戰性。結果性考核、靜態評價的考核方式不能及時發現學生學習過程中的思辨行為，忽視學生學習過程中的創新性、創造性，學生參與專業教育和創新創業教育的積極性不高，不利于教師依托專業課程開展創新創業教育活動，更不利于學生創新精神和創新能力的培養。

2 本科高校推進“專創融合”的途徑

本科高校推進“專創融合”工作，要因地制宜，要根據高校人才培養目標、專業特色、教學條件、學生特點等，建設“專創融合”課程體系，制定創新課程教學管理辦法，設計依托專業課程開展創新教育的教學模型，轉變實踐課程的教學模式、策略等，多途徑營造“專創融合”的教學環境。

2.1 制定創新教育管理辦法

為進一步加強實踐教學創新團隊建設與管理，更好地培養學生的工程素養、創新能力和精神，根據《普通本科學校創業教育教學基本要求（試行）》《國家級大學生創新創業訓練計劃管理辦法》等文件精神，結合本科高校專業教育與創新創業教育的實際情況，制定本科高校專業課程融合創新教育的教學管理辦法等系列文件［7-8］。文件對課題來源、申請資格、團隊組成、實施方案、管理過程、獎懲措施、組織辦法、驗收形式等均做出明確規定。通過建章立制保證教師的權益，調動專業教師主動參與專業課程融合創新教育教學改革的積極性，從制度上保證依托專業課程開展創新創業教育活動。

2.2 開發“專創融合”新課程

本科高校作為培育國家拔尖人才的重要場所，必須要構建科學的創新創業教學理念，營造專業教育與創新創業教學元素融合的校園環境，推動教師緊跟時代步伐，結合專業領域的前沿動態和學生的職業發展規劃，更新專業課程與創新課程內容，推進專業教育與雙創教育的深度融合［9］。根據不同專業的專業特點、培養目標、行業背景等，編寫包含創新知識和專業技能的新教材，開發融合專業知識、技能的創新創業課程。只有與時俱進調整、完善課程內容，才能發揮課程教學的基礎作用，讓全體學生踴躍參與到創新創業教育活動；在培養學生專業素養的同時，幫助其樹立創新意識和創新思維；推進創新創業教育與專業教育的融合發展。

2.3 構建“專創融合”教學模式

在國家創新創業教育文件指導下，結合專業實踐課程內容和學生的專業需求，構建“專創融合”的教學模式，如圖1 所示。

圖1 “專創融合”教學模式

該教學模式主要由課程建設、教學設計、教學實施、教學總結等4 個環節組成。課程建設環節充分考慮學生的專業需求、高校的教學環境、教師的教學目標等。通過靈活設置教學項目，調動學生將理論知識運用到實踐創新過程的積極性，有效解決傳統教材內容單一且長期固定不變的問題；教研討論環節重點關注專業教育和創新教育的融合契機、實施方式方法等，旨在使專業教師掌握更多的創新教育方法，提高其創新教育教學能力；教學實施過程環節注重創新方法和教學方法的綜合運用，保證創新教育教學的效果，提高專業教師將創新創業教育融入專業教學過程的能力；教學總結環節引入教師和學生的雙向評價活動，利于形成教學反思，進而優化創新教育的教學過程，規范創新教育的教學行為?？傊摻虒W模式完整、穩定，指向性和操作性強，為創新創業教育融入專業課程提供了有益的借鑒，利于提升創新創業教育的教學效果。

3 融合創新教育的實驗課程教學實踐

“數控原理與加工技術”課程是本科院校機械類專業的主干課程之一，具有理論教學與實踐教學兩大模塊。在實踐模塊，多數本科院校仍沿用傳統的教學模式，依托傳統的教材，以典型機械零件的編程加工為例，采用“理實一體化”的教學方法，講授數控加工工藝和編程指令?！皵悼卦砼c加工技術”課程使用的傳統教材多以某種傳統零件的生產制造為例。然而，企業產品更新換代快，教材中的產品零件案例長期固定不變，二者之間的差異導致專業教師很難將行業前沿技術、創新方法、思維等系統地融入教學內容，從而造成實踐訓練與產業界脫節、教學理念陳舊、實踐課程邊緣化等現象［10］。

在數控加工教學中，應確立清晰、準確的人才培養目標，整合各類軟硬件條件，優化課程體系。只有注重創新能力與專業技能的融會貫通，強化綜合實踐訓練，才能培養出具有創新能力和專業素養的領軍人才［11］。因此，需要開發具有創新方法和技能知識的新教材。針對以上問題，依托本科高校重點建設的工程訓練中心，以“數控原理與加工技術”實驗課程教學改革為主線，以礦用防爆燈殼座零件生產加工為例，對上述“專創融合”教學模式開展實踐探索。

3.1 課程建設分析

基于學生的就業意向和職業規劃，結合創新教育和實踐教學的內容，指導教師選擇某公司生產的礦用防爆燈為“專創融合”教育的教學載體。礦用防爆燈是煤礦井下生產使用最多的防爆燈具之一，其中殼座是連接防爆燈電源主體和工作主體的重要零件，如圖2、3 所示。殼座由鋁合金材料鑄造成型后，經車削加工才能滿足安裝要求。零件的主要加工內容包括：左側裝夾基準面、右側端面、卡槽、隔爆面、內孔、內螺紋、退刀槽等，其中卡槽、防爆結合面及內螺紋的加工質量直接影響產品的防爆性能。殼座零件的幾何特征、加工方法和工藝等與教學目標一致；零件的加工質量要求高，在加工工藝上存在較大的創新空間；零件組成產品的應用場景特殊，學生好奇心強、創新積極性高。因此，選擇該零件作為課程的教學案例，易于創新教育與專業知識的融合。

圖2 防爆燈實物圖

圖3 防爆燈殼座零件圖及實物

3.2 教學實施過程

以礦用防爆燈殼座零件加工為例的創新教育教學活動集中在1 個教學周內連續進行，計40 學時，借鑒企業“班組制”管理模式，組織管理教學活動。根據班級學生的特長和男女生比例進行分組，每組5 或6 人，組內推選1 人擔任組長，負責分工、協調、匯報。指導教師定崗、定責跟組指導，教學過程中采用探究式、合作式、研討式、案例式等教學方法，堅持課堂觀察，注重過程性評價［12-13］。每日實踐結束前30 min，由組長組織召開班組會，對已經完成的實踐任務開展分析討論，并向指導教師匯報工作思路與方法。對表現優異的班組和學生，指導教師做好記錄并適時召開經驗分享會。具體實施過程如圖4 所示。

圖4 創新教育教學實施過程

（1）安全教育。首先以班級為單位集中觀看《安全生產教育警示錄》《機械加工安全事故案例及原因分析》等安全教育視頻，然后指導教師結合工程實訓中心工作實際，帶領學生學習數控車床操作規程、工程訓練中心安全管理制度等，重點強調勞動紀律、防護用品的穿戴、使用等［14-15］。安全教育結束后，組織學生參加工程訓練安全教育準入考試，只有安全教育準入考試合格，才能準許參加實踐教學活動。

（2）基礎教育。安全教育完成后，將學生分成若干班組并推選出班組長，專業教師全程跟蹤指導1 ～2個班組并做好指導記錄；通過抽簽選擇的方式，每個班組選擇1 臺數控機床及對應區域作為開展實踐活動的場地，每個班組發放3 張圖紙、3 張工藝卡片和3 個壓鑄成型的殼座零件毛坯以及對應的工具、量具、輔具；指導教師按照設計的教學內容和流程，選用恰當的教學方法，指導學生開展實踐創新活動。

（3）創新教育。當第一個零件加工完成，指導教師帶領學生對加工的殼座零件進行檢測，重點檢查內螺紋、槽和防爆面的加工精度，并利用班組會時間對發現的問題進行討論，然后開展創新教育實踐，對零件加工工藝、刀具、程序等進行創新設計，直至3 個毛坯零件全部加工完成；每個班組選擇1 位代表，結合實踐成果向指導教師和全體同學匯報創新過程、心得體會，指導教師根據教學管理辦法的相關規定，以安全生產、零件質量、生產工藝、創新價值和意義等作為主要考核內容，對每個班組進行考核評價。班組成員的成績評定，則采用問辯形式，由指導教師結合教學記錄、實踐報告、實訓日志等過程材料給予評定。對于在創新教育教學過程中表現優異的學生，指導教師給予高度評價，并根據其職業發展需求給予職業發展規劃指導；對于不遵守勞動紀律，不遵守機床操作規章制度，發生安全事故的學生，則實行一票否決制度，本次實踐成績計為不及格等級。

3.3 教學總結分析

以礦用防爆燈殼座零件生產制造為例的數控車削加工創新教育教學活動，營造了學生主動參與、師生通力合作、積極創新的學習氛圍。教學過程中指導教師圍繞設定的教學目標、教學內容，采用“探究式”教學法，引導學生發現殼座零件內孔加工的工藝問題，即殼座零件內孔深，待加工面多且精度要求高，普通數控車床的4 工位刀架安裝標準車刀的生產方法，生產效率低，存在安全隱患，且產品質量不能滿足防爆要求。通過設置開放性的問題，指導教師將創新教育引入專業課程教學活動中，引導學生采用“頭腦風暴”等創新方法積極開展創新實踐，最終成功研制一款殼座零件生產專用刀具，如圖5 所示。專用刀具可以在1 個工位完成多個工序的加工內容，減少了換刀次數，提高了加工效率；又因創新設計的車刀刀柄粗、剛性強，加工表面震紋大幅減少，零件表面質量大幅度提高。

圖5 實踐教學創新成果

“專創融合”教學過程中，專業教師創設情景引入教學內容，激發學生學習專業知識和創新實踐的欲望；通過設置開放性的問題引入創新思想，利于學生工程素養和創新精神的培養；創新教育過程中適時點撥，既為學生探究活動指明了方向，又保證了創新教育的教學效果。教學活動的不足之處：僅用單一的創新方法解決了某一具體問題，未應用創新原理對發明創造的內在規律進行深入細致的剖析，未將“奧斯本檢核表法”“TRIZ理論”等更專業的創新方法引入專業課程教學活動。

4 結語

本文針對創新教育脫離專業教育的現象，設計了一種新的教學模式，進而依托專業實踐課程開展教學活動對設計的教學模式進行實踐檢驗。實踐表明，這一教學模式能夠從根本上解決創新創業教育脫離專業教育的問題，切實能在專業教育教學實踐中培養學生的工程素養和創新能力，為依托專業課程開展創新創業教育奠定堅實基礎，可以開展大范圍的實踐探索，但其教學內容、管理模式、評價方式、創新方法等仍有待進一步改進完善。