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摘要：实践教学是培养学生创新能力的有效途径之一。本课题通过围绕笔者所在学校机械类专业的实践教学改革研究，参照国外有关的培养体系与内容，提出构建多层次、全方位应用型创新型人才培养体系的改革思路，在实践教学体系、教学方法和手段、实践教学内容、实践基地建设、学生课外科技创新活动和本科生工程实践等方面进行全方位改革，培养既懂专业知识和技能，又具有创新素质的应用型人才。
关键词：实践教学；创新能力；系统化实践项目
作者简介：米洁（1971-），女，河北唐山人，北京信息科技大学机电工程学院，教授。（北京 100192）
基金项目：本文系北京市高等学校教育教学改革项目（项目编号：PXM2010_014224_099008）、北京信息科技大学研究生优质课程建设项目（项目编号：YKJ201101）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）25-0148-02
普通高校机械类专业教育是培养应用型人才的大学教育，其核心是应用能力、创新意识的培养，关键在于如何将教育体制、教学环境与学生的主动性有机结合，更新实验教学的理念，[1]而如何发挥学生的主观能动性是重中之重。文章探讨了如何从培养学生创新思维、实践能力，[2，3]强化工程训练、提高学生运用现代科学技术方法解决工程实际问题的能力和实践动手能力入手，建设全方位、立体化实践教学体系。
一、国内外研究概况、水平及发展趋势
2009年4月14日至2009年5月15日，我们对伊利诺伊大学芝加哥分校、伊利诺伊理工大学进行了为期一个月的深入考察和访问，旨在深入了解美国普通高校机械工程专业应用型人才培养模式。针对机械工程专业的办学指导思想、人才培养目标以及整个教学体系进行了全面和深入细致的实地调查、研究和对比分析。全面考察了美国大学的课堂教学、课程实验、复习考试、毕业设计答辩、毕业设计展示会以及全美特有的年度跨专业毕业设计展示会。
通过调研了解到国外在培养应用型人才方法上，教育实践活动强调“教、学、做”要有机结合，培养模式一定要做到理论与实践有机结合。机械工程的专业培养目标是使学生掌握适当深度和广度的机械工程专业知识，能够在工业企业胜任机械工程师工作职位。要求学生具有终身自我学习能力，以及具有良好的技术交流、沟通能力，具有独立和以团队方式完成工程设计的经验与能力。与其相比，国内学生的教育实践环节弱、缺乏工程实践锻炼是主要问题。
在创新方面，国外没有明确提出创新型人才培养的概念，但是其教学与实践却处处体现这一观念。20世纪70年代，美国教育界提出培养具有创新精神的跨世纪人才的目标；80年代，日本的教育改革力求建构创新教育体系，并把发展创造能力视为国策，提出“创造性科技立国”的口号；英国学者深入地探讨了创造性与智力、个性的关系问题。[4，5]
虽然目前国内普通高校机械类人才培养已走出一条有自身特色的教育之路，但仍然存在，学生的理论学习与实践结合不紧密、与企业实际用人需求不匹配等本质性问题，在此方面的改革探索也一直在进行，以应用型人才为主要培养目标的普通高校，实践教学是解决学生创新能力培养的关键。1997年清华大学发起的“清华大学创业计划大赛”标志着我国高校创新教育的开始。同年，首届“挑战杯”大学生创业大赛掀起我国各高校探索、发展大学生创业教育的高潮。目前已形成以“大学生机械设计创新大赛”等全国性创新活动为主体的创新体系。这些无疑都在推动着大学创新教育的发展。
通过围绕北京信息科技大学机械类专业的实践教学改革研究，参照国外有关的培养体系与内容，提出“更新办学理念，找准自身定位，突出人才的应用及创新能力培养，构建基于大工程理念的多层次、全方位应用型创新型人才培养体系”的改革思路，在实践教学体系、教学方法和手段、实践教学内容、学生课外科技创新活动和本科生工程实践等方面进行全方位改革，培养既懂专业知识和技能，又具有创新精神、创新素质和创新能力的复合型人才。
二、构建层次化、模块化实践教学体系
1.与时俱进、面向社会经济需求，进行实践教学体系改革
根据国家经济和科技发展对人才需求的形式变化，进一步明确机械类专业应用型人才培养的定位，坚持本校人才培养目标是基础知识扎实、专业视野宽、实践和创新能力强的一线工程技术人才。从专业内涵上，传统机械专业向机电结合转变，机械工程与信息技术融合；从人才定位上，从高级技术人才向实践能力强的应用型人才转变；从知识结构上，加强现代先进设计、制造、控制技术的传授。据此对实践教学环节设置和教学内容进行系列改革，特别在机械设计类课程中探索加强专业交叉性和工程系统性教育。
（1）多种实践教学方式和手段相结合。实践教学课程也要采用各种教学手段相结合的方法，包括用文字、声像和电子实验教材以及CAI课件进行多媒体授课，实现部分实验内容网络化。开出实验课程的教学方式由讲课、演示、动手操作相结合。
（2）课程实验和综合实验相结合。课程实验是必须进行的实践内容，在一门和多门课程的基础上设置动手要求高、具有设计性质的综合性实验。如包含方案设计、结构设计、建模仿真、有限元分析的设计类综合实验；由造型、工艺编制、数控编程、实际操作加工组合而成的制造综合实验；控制、测量、驱动组合而成的机电综合实验项目等。
（3）传统实验与先进技术内容相结合。在保留掌握机械工程必须的传统实验的基础上，改进和增设先进技术内容的实验项目，以适应当代技术发展需求。机械工程实验教学中心增设高速、高效、高精、复合加工技术、特种加工技术、自动化制造系统等先进制造技术实验项目，将传统基础制造设备与高新技术加工设备按照现代制造技术体系重新整合，组建包括机械、电气、数控、信息、CAD/CAM 等多种高新技术集成的“网络化集成设计制造系统”。
（4）引导学生参加创新实践和科研。实验教学中心在实验教学中，将与课程相关的最新科研成果及时介绍给学生，将教师科研成果引进实验教学，更新、丰富实验教学内容。在学生学习的各个阶段引导学生参加科研和课外科技活动，并鼓励其参加各种学科竞赛。通过实验教学改革不仅培养学生的创新意识和综合能力，而且在团队精神、交流沟通能力和职业责任感培养方面取得很好效果。
（5）建立实验教学开放制度。实行全方位开放式教学模式，扩大开放实验内容、扩大实验中心的服务群体。不仅为机械类专业服务，在认知层面向全校所有专业开放，包括文、管等专业，使其他专业学生感性地了解制造技术、信息化、机电一体化的基本概念和基础知识，扩大知识面。在机械类和相关专业的实践环节，学生可以在教师引导下，组成实验组，选择创新、集成等类型实验，按照选修课程计算学分。如创新机构设计制作、机器人、自动化制造模块等。另外，不仅对校内开放，而且对兄弟院校和社会企业开放，校企联合，建立校外实验、实习基地，学校与社会相结合。
（6）建立科学合理的理论教学和实践教学关系。工程实践能力是重要且有特色的培养环节，实践环节与理论教学密不可分。实验环节包括课程实验、综合实验、独立实验课等，围绕理论教学的实际动手应用，突出培养学生应用所学理论知识解决工程实际问题。
2.以应用型人才培养为目标，实施人才培养模式的改革
突出对学生工程实践能力和创新精神的培养，强化先进制造技术的应用型教学及实践训练，提出应用型、创新性人才培养的大工程概念，科学延伸实践教学的时间和空间，实施多层次、全方位实践训练。把课堂实验教学延伸到开放性实验、第二课堂科技活动、学科竞赛、科学研究等。增进了理论教学的实效性，使创新思维成为学生的行为理念。建立如图1所示的本科四年、研究生二年不断线的层层递进的实践教学模式，使学生从专业认识的启蒙阶段开始起步，提高专业兴趣，进入专业课实验和课程设计，进一步进行到提升阶段的工程训练，在大学最后一年进入解决工程实际问题的工程实战阶段，如果进入研究生阶段，要参与并完成实际科研项目工作。
3.以典型机械融合机械类专业实践教学环节的教学内容改革
选取典型的机械产品，构建机械设计系统化实践项目。即让学生在从本科到研究生阶段一年级的理论知识学习基础上，在实践环节上建立产品的认知、测绘、绘图、材料、设计、建模、分析、加工、控制、综合的各个环节训练，实践内容分别和相关的理论课程对应，使学生对所学的理论知识与工程实践的结合有更深层次的理解。目前已经建立以选用典型部件（减速器）、典型产品（书本打包机、灌装机）等由简单到难的典型产品为例的系统化实践项目。
三、数字化实践基地建设
创新能力是一种综合能力，既是不同科学知识的综合，又是科学知识和实践经验的综合。要培养应用型人才和具有创新精神和实践能力的人，不仅需在课程内容、授课方法上进行改革，还必须为学生创造工程实践环境，使实践教学与理论教学平行，使学生在综合性、感知性、设计性、创造性的实践环境下获得第一手知识和体验，从而能激发灵感，培养创新思维与设计能力。
1.以强实践创新能力为目的，加强创新基地建设
基于WEB技术将实验教学中心开发的各个模块实验项目数字化，包括项目设计、内容、准备、实施、考核、安全、教学效果分析与反馈等全过程。建立实验项目关键过程视频化，支持网络检索、播放等。需要解决的问题包括网络传输系统、实验基础数据管理系统、虚拟实验仪器系统、学习工具、学生学习服务等。
将适合网络化操作的数字化单机实验系统，如轴系零部件拆装实验等通过网络将其与实际工程案例或金工实习车间现场相结合，引入课堂教学，提高教学环境真实性。需解决的问题有视频传输系统、在线交流与讨论系统、现场加工与任务管理系统开发等。
以开设的实验课程为主线，进行多媒体课件建设。课件将综合应用Flash动画、三维立体动画、Authorware、JavaScript和Powerpoint等多媒体编程技术，将文字、图形、图像、声音、动画、影像等多种媒体素材在时间和空间两方面进行建设，使其融为一体并赋予交互特性。突出其丰富的表现力、良好的交互性和极大的共享性，将实验原理、方法、操作注意事项、效果等完美展示。
2.拓展第二课堂，大力推动学生参加各种科技竞赛
开展课外科技活动是培养学生创新意识与提高学生创新能力的有效途径。多年来，我实验教学中心积极开展创新教育与实践活动，组织学生参加全国机械创新设计大赛、机器人大赛、大学生先进图形技能创新大赛等各种学科竞赛，取得了一定的成绩。应进一步梳理科技竞赛与课程设计、毕业设计的关系，建立相应的完善的实践教学规范，鼓励学生用所学的理论知识解决实际问题。同时，通过对学生的大赛作品进行信息化建设与管理，展现其独特、优秀的特点，不仅可以作为教学参考资源，而且能激发学生对专业知识的学习兴趣，促进教学效果。另外，可以通过与国内外优秀大学的横向实验交流建设以及优秀教师科研教学项目的说明等，加深学生对前沿技术领域的认识，便于有目的地选择自己的专业方向。
四、总结
以改革普通高校传统工科教学模式中的实践环节为切入点，优化整合我国传统教育模式与国外先进教育方法，从理论上提出应用型、创新型人才培养的系统工程概念，在实践教学体系中注重实现理论和实际相结合、课堂和实验室相结合、课内和课外相结合、校内和校外相结合、学习和应用相结合、应用与创新相结合，从而有效养成学生的创新能力思维和实践动手能力。在学科知识层面上，加强机、电、信息、管理等技术的融合，提高专业综合素质。另外，充分利用学校和社会的各种资源，科学延伸实践教学时间和空间，拓展专业人才的内涵，实施的多层次、全方位的实践训练，在应用型人才培养上具有一定成效。
参考文献：
[1]王光义.实验教学理念与创新能力培养[J].实验室研究与探索,2008,27(8).
[2]韩明荣,等.专业基础实验在创新能力培养中的作用[J].实验室研究与探索,2009,28(9).
[3]李冬梅,等.以创新能力培养为目标的设计图学课程改革的研究与实践[J].工程图学学报,2010,(3).
[4]莫凯林.高校课堂教学应实现五个转变[J].新课程研究(职业教育),2007,(10).
[5]张辉,吴松强.美、日、欧创新人才培养研究综述[J].亚太经济,2010,(2).
（责任编辑：刘辉）
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词：实践教学；创新能力；系统化实践项目
作者简介：米洁（1971-），女，河北唐山人，北京信息科技大学机电工程学院，教授。（北京 100192）
基金项目：本文系北京市高等学校教育教学改革项目（项目编号：PXM2010_014224_099008）、北京信息科技大学研究生优质课程建设项目（项目编号：YKJ201101）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）25-0148-02
普通高校机械类专业教育是培养应用型人才的大学教育，其核心是应用能力、创新意识的培养，关键在于如何将教育体制、教学环境与学生的主动性有机结合，更新实验教学的理念，[1]而如何发挥学生的主观能动性是重中之重。文章探讨了如何从培养学生创新思维、实践能力，[2，3]强化工程训练、提高学生运用现代科学技术方法解决工程实际问题的能力和实践动手能力入手，建设全方位、立体化实践教学体系。
一、国内外研究概况、水平及发展趋势
2009年4月14日至2009年5月15日，我们对伊利诺伊大学芝加哥分校、伊利诺伊理工大学进行了为期一个月的深入考察和访问，旨在深入了解美国普通高校机械工程专业应用型人才培养模式。针对机械工程专业的办学指导思想、人才培养目标以及整个教学体系进行了全面和深入细致的实地调查、研究和对比分析。全面考察了美国大学的课堂教学、课程实验、复习考试、毕业设计答辩、毕业设计展示会以及全美特有的年度跨专业毕业设计展示会。
通过调研了解到国外在培养应用型人才方法上，教育实践活动强调“教、学、做”要有机结合，培养模式一定要做到理论与实践有机结合。机械工程的专业培养目标是使学生掌握适当深度和广度的机械工程专业知识，能够在工业企业胜任机械工程师工作职位。要求学生具有终身自我学习能力，以及具有良好的技术交流、沟通能力，具有独立和以团队方式完成工程设计的经验与能力。与其相比，国内学生的教育实践环节弱、缺乏工程实践锻炼是主要问题。
在创新方面，国外没有明确提出创新型人才培养的概念，但是其教学与实践却处处体现这一观念。20世纪70年代，美国教育界提出培养具有创新精神的跨世纪人才的目标；80年代，日本的教育改革力求建构创新教育体系，并把发展创造能力视为国策，提出“创造性科技立国”的口号；英国学者深入地探讨了创造性与智力、个性的关系问题。[4，5]
虽然目前国内普通高校机械类人才培养已走出一条有自身特色的教育之路，但仍然存在，学生的理论学习与实践结合不紧密、与企业实际用人需求不匹配等本质性问题，在此方面的改革探索也一直在进行，以应用型人才为主要培养目标的普通高校，实践教学是解决学生创新能力培养的关键。1997年清华大学发起的“清华大学创业计划大赛”标志着我国高校创新教育的开始。同年，首届“挑战杯”大学生创业大赛掀起我国各高校探索、发展大学生创业教育的高潮。目前已形成以“大学生机械设计创新大赛”等全国性创新活动为主体的创新体系。这些无疑都在推动着大学创新教育的发展。
通过围绕北京信息科技大学机械类专业的实践教学改革研究，参照国外有关的培养体系与内容，提出“更新办学理念，找准自身定位，突出人才的应用及创新能力培养，构建基于大工程理念的多层次、全方位应用型创新型人才培养体系”的改革思路，在实践教学体系、教学方法和手段、实践教学内容、学生课外科技创新活动和本科生工程实践等方面进行全方位改革，培养既懂专业知识和技能，又具有创新精神、创新素质和创新能力的复合型人才。
二、构建层次化、模块化实践教学体系
1.与时俱进、面向社会经济需求，进行实践教学体系改革
根据国家经济和科技发展对人才需求的形式变化，进一步明确机械类专业应用型人才培养的定位，坚持本校人才培养目标是基础知识扎实、专业视野宽、实践和创新能力强的一线工程技术人才。从专业内涵上，传统机械专业向机电结合转变，机械工程与信息技术融合；从人才定位上，从高级技术人才向实践能力强的应用型人才转变；从知识结构上，加强现代先进设计、制造、控制技术的传授。据此对实践教学环节设置和教学内容进行系列改革，特别在机械设计类课程中探索加强专业交叉性和工程系统性教育。
（1）多种实践教学方式和手段相结合。实践教学课程也要采用各种教学手段相结合的方法，包括用文字、声像和电子实验教材以及CAI课件进行多媒体授课，实现部分实验内容网络化。开出实验课程的教学方式由讲课、演示、动手操作相结合。
（2）课程实验和综合实验相结合。课程实验是必须进行的实践内容，在一门和多门课程的基础上设置动手要求高、具有设计性质的综合性实验。如包含方案设计、结构设计、建模仿真、有限元分析的设计类综合实验；由造型、工艺编制、数控编程、实际操作加工组合而成的制造综合实验；控制、测量、驱动组合而成的机电综合实验项目等。
（3）传统实验与先进技术内容相结合。在保留掌握机械工程必须的传统实验的基础上，改进和增设先进技术内容的实验项目，以适应当代技术发展需求。机械工程实验教学中心增设高速、高效、高精、复合加工技术、特种加工技术、自动化制造系统等先进制造技术实验项目，将传统基础制造设备与高新技术加工设备按照现代制造技术体系重新整合，组建包括机械、电气、数控、信息、CAD/CAM 等多种高新技术集成的“网络化集成设计制造系统”。
（4）引导学生参加创新实践和科研。实验教学中心在实验教学中，将与课程相关的最新科研成果及时介绍给学生，将教师科研成果引进实验教学，更新、丰富实验教学内容。在学生学习的各个阶段引导学生参加科研和课外科技活动，并鼓励其参加各种学科竞赛。通过实验教学改革不仅培养学生的创新意识和综合能力，而且在团队精神、交流沟通能力和职业责任感培养方面取得很好效果。
（5）建立实验教学开放制度。实行全方位开放式教学模式，扩大开放实验内容、扩大实验中心的服务群体。不仅为机械类专业服务，在认知层面向全校所有专业开放，包括文、管等专业，使其他专业学生感性地了解制造技术、信息化、机电一体化的基本概念和基础知识，扩大知识面。在机械类和相关专业的实践环节，学生可以在教师引导下，组成实验组，选择创新、集成等类型实验，按照选修课程计算学分。如创新机构设计制作、机器人、自动化制造模块等。另外，不仅对校内开放，而且对兄弟院校和社会企业开放，校企联合，建立校外实验、实习基地，学校与社会相结合。
（6）建立科学合理的理论教学和实践教学关系。工程实践能力是重要且有特色的培养环节，实践环节与理论教学密不可分。实验环节包括课程实验、综合实验、独立实验课等，围绕理论教学的实际动手应用，突出培养学生应用所学理论知识解决工程实际问题。
2.以应用型人才培养为目标，实施人才培养模式的改革
突出对学生工程实践能力和创新精神的培养，强化先进制造技术的应用型教学及实践训练，提出应用型、创新性人才培养的大工程概念，科学延伸实践教学的时间和空间，实施多层次、全方位实践训练。把课堂实验教学延伸到开放性实验、第二课堂科技活动、学科竞赛、科学研究等。增进了理论教学的实效性，使创新思维成为学生的行为理念。建立如图1所示的本科四年、研究生二年不断线的层层递进的实践教学模式，使学生从专业认识的启蒙阶段开始起步，提高专业兴趣，进入专业课实验和课程设计，进一步进行到提升阶段的工程训练，在大学最后一年进入解决工程实际问题的工程实战阶段，如果进入研究生阶段，要参与并完成实际科研项目工作。
3.以典型机械融合机械类专业实践教学环节的教学内容改革
选取典型的机械产品，构建机械设计系统化实践项目。即让学生在从本科到研究生阶段一年级的理论知识学习基础上，在实践环节上建立产品的认知、测绘、绘图、材料、设计、建模、分析、加工、控制、综合的各个环节训练，实践内容分别和相关的理论课程对应，使学生对所学的理论知识与工程实践的结合有更深层次的理解。目前已经建立以选用典型部件（减速器）、典型产品（书本打包机、灌装机）等由简单到难的典型产品为例的系统化实践项目。
三、数字化实践基地建设
创新能力是一种综合能力，既是不同科学知识的综合，又是科学知识和实践经验的综合。要培养应用型人才和具有创新精神和实践能力的人，不仅需在课程内容、授课方法上进行改革，还必须为学生创造工程实践环境，使实践教学与理论教学平行，使学生在综合性、感知性、设计性、创造性的实践环境下获得第一手知识和体验，从而能激发灵感，培养创新思维与设计能力。
1.以强实践创新能力为目的，加强创新基地建设
基于WEB技术将实验教学中心开发的各个模块实验项目数字化，包括项目设计、内容、准备、实施、考核、安全、教学效果分析与反馈等全过程。建立实验项目关键过程视频化，支持网络检索、播放等。需要解决的问题包括网络传输系统、实验基础数据管理系统、虚拟实验仪器系统、学习工具、学生学习服务等。
将适合网络化操作的数字化单机实验系统，如轴系零部件拆装实验等通过网络将其与实际工程案例或金工实习车间现场相结合，引入课堂教学，提高教学环境真实性。需解决的问题有视频传输系统、在线交流与讨论系统、现场加工与任务管理系统开发等。
以开设的实验课程为主线，进行多媒体课件建设。课件将综合应用Flash动画、三维立体动画、Authorware、JavaScript和Powerpoint等多媒体编程技术，将文字、图形、图像、声音、动画、影像等多种媒体素材在时间和空间两方面进行建设，使其融为一体并赋予交互特性。突出其丰富的表现力、良好的交互性和极大的共享性，将实验原理、方法、操作注意事项、效果等完美展示。
2.拓展第二课堂，大力推动学生参加各种科技竞赛
开展课外科技活动是培养学生创新意识与提高学生创新能力的有效途径。多年来，我实验教学中心积极开展创新教育与实践活动，组织学生参加全国机械创新设计大赛、机器人大赛、大学生先进图形技能创新大赛等各种学科竞赛，取得了一定的成绩。应进一步梳理科技竞赛与课程设计、毕业设计的关系，建立相应的完善的实践教学规范，鼓励学生用所学的理论知识解决实际问题。同时，通过对学生的大赛作品进行信息化建设与管理，展现其独特、优秀的特点，不仅可以作为教学参考资源，而且能激发学生对专业知识的学习兴趣，促进教学效果。另外，可以通过与国内外优秀大学的横向实验交流建设以及优秀教师科研教学项目的说明等，加深学生对前沿技术领域的认识，便于有目的地选择自己的专业方向。
四、总结
以改革普通高校传统工科教学模式中的实践环节为切入点，优化整合我国传统教育模式与国外先进教育方法，从理论上提出应用型、创新型人才培养的系统工程概念，在实践教学体系中注重实现理论和实际相结合、课堂和实验室相结合、课内和课外相结合、校内和校外相结合、学习和应用相结合、应用与创新相结合，从而有效养成学生的创新能力思维和实践动手能力。在学科知识层面上，加强机、电、信息、管理等技术的融合，提高专业综合素质。另外，充分利用学校和社会的各种资源，科学延伸实践教学时间和空间，拓展专业人才的内涵，实施的多层次、全方位的实践训练，在应用型人才培养上具有一定成效。
参考文献：
[1]王光义.实验教学理念与创新能力培养[J].实验室研究与探索,2008,27(8).
[2]韩明荣,等.专业基础实验在创新能力培养中的作用[J].实验室研究与探索,2009,28(9).
[3]李冬梅,等.以创新能力培养为目标的设计图学课程改革的研究与实践[J].工程图学学报,2010,(3).
[4]莫凯林.高校课堂教学应实现五个转变[J].新课程研究(职业教育),2007,(10).
[5]张辉,吴松强.美、日、欧创新人才培养研究综述[J].亚太经济,2010,(2).
（责任编辑：刘辉）
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文