培养高职学生创新意识与机械创新设计能力的研究与实践

培养高职学生创新意识与机械创新设计能力的研究与实践

高新红　易磊隽　周　青　肖晓兰　申爱民

培养和提高学生的创新能力是高等教育的一项十分重要的任务，特别是对于机械类学生来说，更应该把培养学生的创新设计、创新思维和动手能力摆在重要的位置。本课题针对高职学生思维特点与机械基础教育水平，通过几年的实践，形成了涵盖创造力与创新思维训练的专题训练，适合高职学生机械创新活动的具体方法，课程教学渗透、第二课堂课外活动、全院选修课、项目制作、企业设计、大赛锻炼等多样灵活的方式，有“点”有“面”地培养学生创新意识和创新能力的提高学生创造力和机械创新能力的培养模式。在全院系统开展的第二课堂“创新设计小组”活动，有优秀的教师团队进行指导，有完善的组织机构，每学期都有明确的工作目标、规划、总结和效果评估，建立了丰富的教学资源库，并逐步加强创新设计教学设备的建设，教学方式灵活有效，有专项制作资金，保证作品后期制作顺利进行。积极探索适合高职学生机械创新活动的方式方法，在课题组教师精心指导下，创新制作30余项，设计创意100余项，曾在省级、全国高职高专、院级各种创新比赛中屡屡获奖。课题组教师自身能力不断提高，2004年以来公开共发表论文20余篇。

一、对高职学生特点进行调查分析以扬长避短

高等职业教育是高等教育体系中的一个重要组成部分，其人才培养目标是“培养高技能应用型人才”，应综合培养学生的“专业能力、方法能力、社会能力、个性能力、交流能力、学习能力”。高职院校不仅培养学生岗位所需的职业能力与知识，也要培养学生的职业素养和严谨的科学态度以及后续的技术创新能力，使学生“学会做人、学会学习、学会适应、学会创造”。技术应用不只是对现有知识、技术、方法的应用，更为重要的是通过不断地学习新知识、新技术、新方法，创造性地分析新情况，解决新问题。这就要求高等职业教育要加强学生的创新意识和创新能力的培养。目前，高职院校在学生专业创新能力培养方面的研究与实践尚处于起步阶段。对于机械类学生来说，培养学生的创新意识、创新思维能力、动手能力和机械创新设计能力，是专业创新的核心能力。在高考应试教育的背景下，高职院校的生源特点决定了我们所有工作的基础应立足于高职层次学生智力特点下的研究。通过课题组成员对学生创造力的测试研究发现：高职学生的创造力与创新思维能力并没有特别明显的弱势，虽然他们的入校成绩和教育特点决定了其平均理论水平与逻辑思维能力不够高，其形象思维能力、对机械的观察和动手实践能力以及人际沟通的能力并不比普通高校学生差，而且高职院校在重视程度、实训基地建设、教师工程实践能力

*荣获2008年成都航空职业技术学院第二届高等教育教学成果奖三等奖

等方面也有相当的优势，能够有针对性地对学生进行创新能力和动手能力的培养。

二、高职学生创新能力培养模式的探索与实践

（一）把激发学生创造力、开发创新思维与具体机械创新活动相结合

从早期的教师带个别学生的创新实践，结合后期教师系统学习创造学理论，形成“开发学生创新思维能力”与“机械创新设计实践”结合的模式，通过讲座、训练、头脑风暴等方式激发学生的创造力，提高学生创新的自信心，在实践活动中敢于发表意见，敢于表达不同想法；同时具体的机械创新实践活动也提高了学生的创新能力。

（二）针对不同学生需求进行不同方式培养，探索了“三阶段”培养流程

学生培养方式有教师个别辅导、第二课堂、选修课、课程教学的渗透等多种方式。目前第二课堂“创新设计小组”已经系统开展活动：有优秀指导教师团队（其中副教授3人、讲师1人、助教2人，“双师型”教师3人、专业带头人1人、课程负责人1人），每学期工作有计划、有组织、有总结，培养目标明确，“创新设计小组”组织机构完善，有完整授课PPT、习题及讲座录像，定期授课、讲座、讲评学生设计作业，有专项制作资金支持。开展学生机械创新活动的规模和影响，在四川省高职院校中首屈一指。为使广大学生在创新教育中收益，在机械专业基础课程和专业课程中渗透“创新教育”，如在机械设计基础课程渗透“创新方法”与“机械创新设计方法”的教学，增加机构创新设计大作业等。

机械创新设计对学生综合能力要求比较高，只依赖课程及课程设计的基础铺垫还远远不够，因此必须循序渐进，分阶段培养：第一阶段是机械结构部分的命题强化训练（强化学生常规机械综合设计能力）；第二阶段是创新设计训练阶段（选题与方案分析的训练，包括创新思维、创新方法的训练，要求学生完成选题报告与作品方案设计论文）；第三阶段是实物或模型制作阶段（围绕作品加工、装配、调试，提高学生实践能力）。在第一阶段，如通过机械产品的命题强化训练，使学生提高机械产品的反向设计能力、机械零件的结构设计能力、材料与零件市场的调研能力、工程图的设计能力，该阶段是创新设计作品后期制作的基础，因此在高职学生中，特别强调此阶段的重要性。

通过有目的的训练，多数同学（包括基础不是特别好的同学）都可以顺利完成两个阶段的学习。而对于第三阶段，由于对学生机械功底与创新能力要求较高，通常是选择前两个阶段中选拔出来的优秀设计完成制作。

整个机械创新能力培养体系使得每个学生都有机会提高创新意识，同时对此感兴趣的同学可以通过“第二课堂”或“选修课”的形式完成前两个阶段的学习，集中选拔优秀学生完成第三阶段的训练（以参加比赛或完成企业课题的方式）。

（三）依托课程改革培养学生机械创新设计能力

创新设计教师团队来自于机械设计基础、机电一体化设计、航空机电维修等课程教学一线，在日常教学与课程设计中即做好学生的基础训练，同时将创新思想与方法引入课堂教学；配合示范院校教学改革，在机械设计基础、机械基础、工程材料与热处理等课程中增加机构创新设计大作业、“金属材料识别与切削性能”综合实验（学生自行设计实验方法进行实验）；提供创新设计作品制作场地、工具以及相关材料等，共享资源，物化创意。这些尝试，既提高了学生运用知识的能力，又促进了学生创新能力、设计能力和动手能力的培养，也强化了学生的创新意识。

（四）“项目工作法”理论与实践相结合

利用“项目工作法”培养学生的创新能力：一是通过有目的地开展创新原理、常用机械创新方法的讲座，正确引导学生进行科学选题与方案设计（项目基础以及项目选题）；二是依赖大量的有目的的直接和间接的实践活动（项目开发），对创意进行论证或将创意转化为设计和制作（项目设计与制作），即通过模拟、实做、实战提高学生的创新能力。据不完全统计，在三年的辅导中，涌现出200余种创意（含课堂中大作业）、30余种科技创新制作，参与学生达300余人。

（五）以赛代练，提高学生机械创新设计能力与综合素质

与机械系学生会、学院科技处配合，组织学生参加各类机械创新设计比赛。指导学生在选题、方案设计、作品后期加工、装配与调试、现场展示、答辩准备等各方面进行实战训练，从中积累创新设计制作经验，提高心理素质，了解市场需求与行业需求，制作了一批具有市场开发潜力的作品。这些参赛作品获奖水准高，数量多，在全国高职高专院校中也处于先进水平。

（六）多样化的课题来源使学生得到几近企业技术研发的实战演练

学生创新题目多样化：自选、大赛指定方向、企业实际需求、教师科研课题等都有，使学生的创新设计尽可能接近实际和“实战”的需要，也使学生提前接受企业技术研发的演练，促进高技能人才以后在企业进行技术革新和发明创造。

三、精选适合高职学生的具体创新设计方法

（一）差异性的选题策略

利用比较成熟的创新原理和技法，开拓“缺点列举法”、“设问探求法”来启发学生的思维，鼓励学生从身边事物的观察入手，通过调研市场获得有推广前景的设计题目。如参加比赛，尽量规避热点题目，选择来源于企业实际需求的题目。

（二）强调结合实际的深入调研

调研包括市场（用户）需求调研、相关产品对比调研、材料及零件市场调研等几个层面。充分的市场调研可能会从根本上改变作品方案，也便于后期制作。

（三）侧重作品功能与方案的创新

根据高职学生特点，扬长避短，在作品的功能上去寻找创新点，就会有很多的设计空间。例如学生从大型清扫机原理获得启发，用“移植”和“设问探求”方法设计了一套机械式小型清扫车，集清扫、吸尘、扫刷、回收、升降为一体，而且还可以支持小型机动车的改造。

创新作品方案设计蕴涵着最多的创新可能，选择直观形象的创新方法能最有效地开拓学生的思维。例如学生利用“逆向思维”的原理从医疗器械——“翻身移动床”的上部即“吊架”上做文章，用不太复杂的机构就实现了作品的核心方案；在现有“脚踏摆动自行车”原理的基础上，学生设计了手摇驱动结合杠杆省力的“变速轮椅”；模仿人扫地时“一把扫帚一个撮箕”，学生利用“联想和类比法”设计了小型“人力清扫车”；在方案的确定上，推荐学生利用“系统分析法”将作品的功能分解，每一种功能都用相对简单的方式加以实现，最后就集合成了作品整体。当然对于创新设计本身来说，所有方法都不是绝对的，只有适合高职学生的思维特点，才易于让学生找到合适的方案。

学生成功设计出创新作品及参加比赛获得奖励、设计被企业采纳就是对指导方案最大的证明。高职学生通过机械创新设计活动提高了自信心，提高了参与社会、建设国家的使命感。在几年的辅导机械创新设计工作中，也涌现出很多具有市场开发潜力的作品。如“翻身移动护理器”填补了医疗器械行业的技术空白，“自动切茶机”改国内离心式为往复式，填补国内该项空白，满足茶叶生产需要。

四、以“项目工作法”完成整个机械创新过程，培养高职学生初步的工程意识和实践能力

机械设计创新过程是在全真的社会工程环境，围绕一个真实产品的调研、开发和生产而进行的。学生亲自跟踪并参与了项目的整个过程，切身的体验可以升华为初步的工程意识；而具体题目的完成也使学生逐步认识和建立了产品质量意识、安全意识、经济意识、市场意识、环境意识和社会意识，并认识到完成工程任务中非技术因素（意志品质、团队精神）的重要性。在创新过程中，学生由“仅仅有所知”变为“尚能有所为”，从而促进学生所学知识向能力的转化；作品前期的调研、论证和后期的加工、装配，以及高职院校设备、师资的优势，有助于学生创新作品的物化和工程实践能力的培养，而这些也正是高职教育和工程教育所倡导的方向。

学生的创新设计曾在四川省高校、全国高职高专院校、院级各种创新比赛中获奖；曾经参与机械创新设计的学生在专业课学习中也如鱼得水，特别是“设计”的思想及工程意识比较突出，这些学生走上工作岗位后很快成为所在单位的业务骨干。

五、机械创新活动体现了“学生为中心”的教学理念，促进了“工作过程导向”的课程改革

在整个机械创新活动中，从调研、方案具体设计、原材料采购、小件制作、科技论文写作等方面，学生都是独立或基本独立完成的，教师所起的是引导者、咨询者、动机激发者、评价者、决策者的作用（只在方案分析论证、产品加工方面参与相对较多），“以学生为中心”的教学理念得到了很好的体现。而指导学生进行机械创新活动的方法在模具、数控专业《机械设计基础》课程改革中的推广运用，促进了以具体“机械产品”设计过程为线索，具有“咨询（逆向研究）—计划—决策—实施—检查—评价”六步法特征的“工作（设计）过程导向”的课程改革。

六、不断加强创新设计活动的教学资源建设

多年创新设计指导与研究工作，积累了众多教学资源，如各种类型讲座PPT、培养计划、学生创新训练习题、历届大赛优秀作品范例、往届学生设计案例、部分讲座录像、基于创新理念的产品设计等，引入机械设计基础课程教学，使更多学生受益。在此过程中，指导教师的专业水平也得到了提高，参与多项企业产品设计，发表论文20余篇，其中有关机械设计和学生创新能力培养的就有10余篇。

创新点

1．培养模式与具体方法（如功能创新和方案创新等）适合高职学生，创造力、创新思维训练与机械创新设计活动相结合。面向高职学生开展的机械创新设计培养模式，针对高职学生特点，培养方法实用，培养的效果通过学生比赛和创新报告等可以科学衡量。

2．通过第二课堂系统开展“创新设计小组”活动。有优秀指导教师团队、健全的组织机构，有丰富的教学资源、灵活有效的教学方式，有专项制作资金支持，开展学生机械创新活动的规模和影响，在四川省高职院校中首屈一指。

3．结合市场与企业需求，指导学生选题，创新设计有市场开发潜力。一定数量的特色作品是经过充分调研后确定的选题，且选题来源于企业、市场；强调学生设计过程的“实用性”，最大可能地提高学生工程实践能力与机械创新设计能力；一些设计作品有后续开发潜力（优秀作品经过少量改进即可进入市场）。

4．以赛代练，提高学生机械创新设计能力与综合素质。鼓励学生参加各种级别的创新设计比赛，在选题、方案设计、作品后期加工装配调试、现场展示、答辩准备等各方面进行实战训练，并在其中积累创新设计经验，了解市场需求与行业需求。比赛作品获奖等级高、数量多，在全国高职高专院校中处于先进水平。

5．“项目工作法”培养了学生的工程意识和实践能力。以创新设计项目驱动，从选题、方案设计、具体设计、制作、装配、写说明书等各环节对学生进行最大程度的训练。

6．机械创新设计能力的培养与课程教学结合。在课程教学中渗透机械创新方法，在机械设计和机电一体化设计的课程实验中引入创新型实验，在课程设计中开发体现学生创新能力的新题目，在毕业设计中引进创新设计，最大限度地将培养学生的创新能力与人才培养方案和课程教学有机结合。

实践效果及推广价值

1．本成果立足于高职学生形象思维能力较强而逻辑思维能力相对较弱的现状，解决了高职学生参与机械创新设计的途径与方法问题，使高职学生在机械创新设计领域敢想、敢做、敢尝试，增强了创新设计的信心，整个培养模式可以推广。

2．指导学生的具体方法能有效引导学生进行创新设计，使部分基础较弱的学生也能完成创意或设计制作。通过层层递进的三个培养阶段，促进学生创新设计能力逐步提高。

3．强调市场调研的重要性，使学生的创新设计适应市场需求，有比较大的市场推广价值。在此过程中，高职学生关注社会需求，增强参与社会、建设国家的责任感。如设计助残机械，感受了爱的教育；设计环保机械，增强了环保意识。

4．学生参加创新设计比赛屡次获大奖。如参加全国大学生机械创新设计大赛四川分赛区比赛（本、专科同赛）获2项一等奖、3项二等奖；参加高职高专“发明杯”获创意类金奖2项，制作类金奖1项，铜奖及优秀奖若干；参加全国大学生“挑战杯”课外活动比赛（本、专科同赛），获2项三等奖；参加院级科技创新比赛，获一、二、三等奖若干。

5．某些学生创新设计填补了技术空白。如“翻身移动护理器”的设计，未来在医疗器械行业有很大的市场推广价值；“下水道清淤装置”、“多功能无绳清洁机”已在申请专利；相当一部分优秀作品虽没有申请专利，但具有一定的市场开发潜力。

6．大多数参加过机械创新设计的学生在专业课学习与专业技能训练中表现优秀，如10534赵中源被选拔参加全国模具技能大赛（我院有三个），参与集训选拔的9名同学大多曾参加过创新设计。这些参加创新设计比赛并获奖的学生在就业时很容易找到满意的工作并很受用人单位欢迎，在企业工作中很快成为所在单位的骨干。