應用型高校機械創(chuàng )新實(shí)驗室建設的探索與實(shí)踐

2017 年9 月， 貴州省發(fā)改委發(fā)布的黔發(fā)改高技[ 2017 ] 901 號文件， 在通知中， 貴州理工學(xué)院成為了*省級雙創(chuàng )示范基地， 同期， 貴州理工學(xué)院榮獲*批深化創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)教育改革示范高校， 為深入貫徹落實(shí)國辦發(fā)〔2015 〕36 號和教高廳函〔2016 〕92 號文件精神， 學(xué)校要求各專(zhuān)業(yè)把創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)教育納入人才培養方案， 使之貫穿于應用型人才培養全過(guò)程。機械專(zhuān)業(yè)作為傳統工科， 想在實(shí)踐環(huán)節培養出具有創(chuàng )新意識、專(zhuān)業(yè)背景和批判性思考能力的應用型人才， *的工 作 就 是 要 為 學(xué) 生 提 供 其 創(chuàng ) 新 實(shí) 踐 的 軟 硬 件 條 件創(chuàng )新實(shí)驗室的建設。筆者作為一線(xiàn)教師， 在培養機械專(zhuān)業(yè)大學(xué)生創(chuàng )新能力和動(dòng)手實(shí)操能力方面的措施， 以及取得的一些成績(jì)和經(jīng)驗， 借以?huà)伌u引玉。
1 整合實(shí)驗室資源， 搭建聯(lián)合創(chuàng )新實(shí)驗平臺
機械工程學(xué)院實(shí)驗中心初建于2013 年， 機械制造實(shí)驗室、機械基礎實(shí)驗室、機械基礎認知實(shí)驗室、電氣控制實(shí)驗室、材料成型實(shí)驗室、液壓實(shí)驗室、測試技術(shù)實(shí)驗室、公差與測量實(shí)驗室、CAD 機房、摩擦磨損實(shí)驗室、振動(dòng)控制實(shí)驗室等教學(xué)科研實(shí)驗室和學(xué)生創(chuàng )新開(kāi)放實(shí)驗室， 擬建仿真實(shí)驗室、智能制造與刀具實(shí)驗室、機器人實(shí)驗室。實(shí)驗室總面積超過(guò)3500 ㎡ ， 主要的實(shí)驗儀器設備有數控車(chē)床、加工中心、電火花成形機、機械傳動(dòng)零部件性能測試臺、機械創(chuàng )新設計方案實(shí)驗臺、電力拖動(dòng)實(shí)驗臺、PLC 實(shí)驗臺、壓鑄機、注塑機、液壓教學(xué)實(shí)驗臺、測試技術(shù)虛擬儀器平臺、光學(xué)計、測長(cháng)儀、工具顯微鏡、無(wú)人機、模塊化機器人、掃描式激光測振儀、摩擦磨損實(shí)驗機和中、高配置計算機等。實(shí)驗室資源整合結構如圖1 所示， 在上述各基礎、專(zhuān)業(yè)、科研實(shí)驗室的基礎上， 搭建聯(lián)合創(chuàng )新實(shí)驗平臺， 要求在空余時(shí)間每個(gè)實(shí)驗室至少能抽調出一臺設備作為聯(lián)合創(chuàng )新實(shí)驗平臺的機動(dòng)設備， 以備應急之需。同時(shí)在聯(lián)合創(chuàng )新實(shí)驗平臺的基礎上， 再建立創(chuàng )新開(kāi)放實(shí)驗室， 儲備一些中小型桌面或臺式機床和設備， 便于學(xué)生隨時(shí)使用。
2 構建師生共建的教研團隊， 合理分工

圖1 實(shí)驗室資源整合結構圖
我院創(chuàng )新實(shí)驗室的教研團隊組織架構如圖2 所示。

圖2 創(chuàng )新實(shí)驗室的教研團隊組織架構
創(chuàng )新實(shí)驗室教研團隊直接由分管教學(xué)副院長(cháng)直接牽頭， 為各項工作和活動(dòng)順利的開(kāi)展提供堅實(shí)保障。創(chuàng )新實(shí)驗室負責人由經(jīng)驗豐富的老教授擔任， 總新實(shí)驗室各項事務(wù)， 對內主要負責年度規劃和預算，對外發(fā)揮宣傳作用。實(shí)驗室管理人員為整個(gè)實(shí)驗室做好管理服務(wù)， 負責日常實(shí)驗室內外的工作， 可由教師與學(xué)生共同擔任。指導教師則由校內外專(zhuān)業(yè)骨干老師和企業(yè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員組成， 主要負責學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)項目、競賽和比賽的指導工作。大學(xué)生團隊由機械專(zhuān)業(yè)各年級的學(xué)生， 或有志于創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)的學(xué)生組成。競賽/ 比賽籌備組是一個(gè)臨時(shí)機構， 當有競賽/ 比賽時(shí)成立， 結束后解散， 由指導教師與有經(jīng)驗的高年級隊員以及若干學(xué)生會(huì )干部組成， 負責每年競賽/ 比賽籌備的相關(guān)事務(wù)。構建既有教師又有學(xué)生的教研團隊，讓老師能夠安心盡心舒心地指導， 讓學(xué)生能否充分發(fā)揮主人翁意識， 自覺(jué)學(xué)習、自我督促、自我管理。
3 探索應用型人才培養新模式， 提高學(xué)生創(chuàng )新能力
3 . 1 培養模式
創(chuàng )新實(shí)驗室為培養人才服務(wù)， 為科研服務(wù)， 為學(xué)生量體裁衣地構建一個(gè)有寬度、有厚度、有尖峰的培養模式是有必要且急需的， 具體包括兩層含義： （ a ） 為能力金字塔。學(xué)生的能力培養在大學(xué)期間不同階段地進(jìn)行遞進(jìn)階梯式的培養。通過(guò)基礎實(shí)驗項目， 培養基本實(shí)驗技能與實(shí)驗操作方法； 通過(guò)程序設計與綜合訓練項目， 培養小型程序的編寫(xiě)與運行的綜合設計能力；通過(guò)機電結構設計研究實(shí)驗項目， 培養系統級別的設計與搭建的創(chuàng )新能力； 通過(guò)科研與工程項目， 培養科研與工程素質(zhì)。（ b ） 人才金字塔。低年級學(xué)生采取大眾培養方式， 逐層選拔， 直至高年級的精英教育。
3 . 2 實(shí)踐教學(xué)體系
基于“ 大工程觀(guān)” ， 建立項目主體式學(xué)習方法的機械專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系。其核心思想是： 在機械專(zhuān)業(yè)的教學(xué)體系和創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)模式的基礎上， 以“ 項目” 為目的， 以“ 項目” 為工具， 以學(xué)生為主體， 以教師為主導，把項目分解為需求分析、硬件結構研發(fā)創(chuàng )新、軟件程序研發(fā)創(chuàng )新、項目推廣創(chuàng )業(yè)等模塊， 讓“ 項目” 貫穿整個(gè)大學(xué)教育的始終， 實(shí)現整個(gè)“ 項目” 從研發(fā)到推廣的整個(gè)生命體系過(guò)程， 讓學(xué)生完整實(shí)踐項目的創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)過(guò)程。讓學(xué)生在“ 做中學(xué)、賽中學(xué)、玩中學(xué)” ， 通過(guò)以“ 做項目” 的形式促進(jìn)學(xué)生對理論部分的吸收， 以理論指導項目， 由項目反芻理論， 在理論和實(shí)踐*吸收的基礎上實(shí)現工程創(chuàng )新， 真正達到學(xué)以致用的目的。讓學(xué)生從一進(jìn)校就開(kāi)始接觸“ 項目” ， 按照理論學(xué)習的深度去實(shí)踐不同類(lèi)型的“ 項目” ， 以某產(chǎn)品從研發(fā)到推廣的生命周期過(guò)程為載體， 使學(xué)生通過(guò)主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機的方式學(xué)習工程問(wèn)題， 使創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)能力得到全面提高。
3 . 3 組織形式
構建“ 分組” 形式的機械專(zhuān)業(yè)創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)實(shí)踐。創(chuàng )新實(shí)驗室將分為基礎儲備組、機械設計組、程序控制組、理論研究組和發(fā)展創(chuàng )業(yè)組。這樣分組既符合“ 大工程觀(guān)” 對工程管理的需求， 各組之間又互相制約、環(huán)環(huán)相扣。作為基礎儲備組的新手， 接受較為系統的培訓和練習， 進(jìn)行通識培養， 一年之后根據各自的特長(cháng)和興趣加入其它各組。機械設計組和程序控制組作為實(shí)踐創(chuàng )新結構設計和電氣、程序設計的主力， 采用創(chuàng )新思維和創(chuàng )新技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)， 是項目基本得以實(shí)現的保障。理論研究組主要學(xué)習創(chuàng )新思維、Triz 理論及創(chuàng )新設計方法等理論的學(xué)習， 為其他組提供理論基礎。
發(fā)展創(chuàng )業(yè)組負責將研發(fā)的產(chǎn)品在不同平臺上進(jìn)行推廣銷(xiāo)售， 如易班跳蚤市場(chǎng)、淘寶、咸魚(yú)等， 收集用戶(hù)反饋，盈利部分將作為整個(gè)團隊的運營(yíng)經(jīng)費。
4 師生自由組隊， 監控實(shí)施全過(guò)程
創(chuàng )新實(shí)驗室組隊方式一般有以下兩種： 一是學(xué)生集思廣益、頭腦風(fēng)暴， 提出創(chuàng )新想法， 由專(zhuān)家教師評估能否作為創(chuàng )新項目， 并自主尋求指導教師； 二是由指導教師事先給出項目， 以招募的形式， 學(xué)生可根據興趣自由選擇。
在整個(gè)實(shí)施過(guò)程中， 在一個(gè)大項目的背景下， 為了方便學(xué)生掌握牢固的基礎知識， 可分門(mén)別類(lèi)地設置一些小項目進(jìn)行指導實(shí)施。如圖5 所示的“ 仿人形舞蹈機器人設計” 項目過(guò)程中， 通過(guò)進(jìn)行任務(wù)分解， 設置項目分解訓練， 對于不同階段的學(xué)生進(jìn)行不同層次、不同難易程度的訓練， 從而鍛煉學(xué)生的雙創(chuàng )能力。以“ 虛擬仿真” 任務(wù)為例說(shuō)明， 對機器人進(jìn)行虛擬仿真， 進(jìn)行干涉檢查， 首先要利用三維建模軟件SolidWorks 對一些常用的機械零部件建模， 并進(jìn)行裝配、干涉檢查， 接著(zhù)進(jìn)行ANSYS 有限元仿真， zui后利用AutoCAD 設計完成機器人的工程圖紙， 自主加工或外協(xié)加工。指導教師可為學(xué)生提供研究路線(xiàn)， 學(xué)生則通過(guò)自主學(xué)習、師生交流等多種方式針對特定的對象進(jìn)行項目訓練， 并不局限于機器人。比如， 對工程制圖的學(xué)習可通過(guò)組合體項目， 繪制手機模型圖項目等快速上手； 對機械制圖的學(xué)習可通過(guò)測繪減速器項目， 測繪千斤頂項目等掌握繪圖、識圖能力。

（ a ） 任務(wù)分解          （ b ） 項目分解訓練
圖3 仿人形舞蹈機器人任務(wù)及項目

5 以管理和激勵為手段， 鼓勵大學(xué)生參與創(chuàng )新比賽活動(dòng)
定期組織校級的創(chuàng )新比賽活動(dòng)， 可讓學(xué)生在通過(guò)學(xué)習實(shí)踐一段時(shí)間后， 定期地檢驗自己的學(xué)習成果。
學(xué)院通過(guò)下發(fā)學(xué)生第二課堂創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)學(xué)分認定、創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)實(shí)踐、科技競賽管理辦法等文件， 以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促研。在全國性的大賽舉辦前， 都可提前在校內事先舉辦一次校賽， 挑選的、成熟的團隊， 進(jìn)入省賽， 再入國賽。
6 結語(yǔ)
經(jīng)過(guò)近幾年的沉淀和探索， 貴州理工學(xué)院機械專(zhuān)業(yè)應用型人才的培養取得了較好的成績(jì)， 在多個(gè)全國性大賽上均取得不俗的成績(jì)。創(chuàng )新實(shí)驗室按照這種運行機制， 隨著(zhù)開(kāi)放時(shí)間的不斷增加， 調動(dòng)了學(xué)生參與創(chuàng )新實(shí)踐活動(dòng)的積極性， 學(xué)生的雙創(chuàng )能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和專(zhuān)業(yè)素質(zhì)能力均得以不同程度的提升。