劉新強(qiáng) 閔為 劉文蘭 曹文斌 張人會

[摘 要]專業(yè)知識創(chuàng)新競賽注重知識的交叉融合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與能力，是在新工科背景下提高本科教學(xué)質(zhì)量的有力抓手。文章首先分析了機(jī)械電子工程專業(yè)知識結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與學(xué)生的認(rèn)知能力，進(jìn)而提出“每周一創(chuàng)意”創(chuàng)新體驗(yàn)競賽、液壓動力站創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽、液壓元件創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽系列與相關(guān)課程協(xié)同的競賽實(shí)施方案，最后通過教學(xué)試驗(yàn)證實(shí)了以賽促教的教學(xué)效果，明確了教學(xué)持續(xù)改進(jìn)方向，這對機(jī)械電子工程及相關(guān)專業(yè)的學(xué)科競賽教學(xué)具有一定的參考價值。

[關(guān)鍵詞]新工科;專業(yè)知識;創(chuàng)新競賽;課程協(xié)同;教學(xué)試驗(yàn)

[中圖分類號] G640 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）01-0164-03

新工科以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。新工科的內(nèi)涵在于提高學(xué)生的適應(yīng)能力與工程創(chuàng)新能力[1-2]。學(xué)科競賽是大學(xué)創(chuàng)新教育的重要手段，是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神和動手能力的重要環(huán)節(jié)[3]。學(xué)科競賽將掌握基礎(chǔ)知識和運(yùn)用基礎(chǔ)知識進(jìn)行了完美的結(jié)合。在競賽中，學(xué)生需要依靠豐富的理論知識，在教師的指導(dǎo)下一步步地完成自己的設(shè)想，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、探索解決問題的途徑，最終達(dá)到解決問題的目的[4-5]。教育部印發(fā)的《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》指出：改革教學(xué)制度，可通過競賽活動等方式實(shí)現(xiàn)。[6]在學(xué)科競賽的組織形式方面，王英[7]提出將學(xué)科競賽與畢業(yè)論文有效融合，實(shí)施互助式培養(yǎng)，構(gòu)建以科研創(chuàng)新能力和實(shí)踐應(yīng)用能力為核心的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）模式，從而提升畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量，為本研究提供了有益借鑒。以賽促教，通過組織相關(guān)學(xué)科的競賽活動來激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，增強(qiáng)學(xué)生知識的運(yùn)用能力，有效提高教學(xué)效果。

本文以蘭州理工大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)為例，通過分析學(xué)生認(rèn)知能力與專業(yè)知識結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因地制宜地提出了適合本專業(yè)學(xué)生的與有關(guān)課程協(xié)同進(jìn)行的專業(yè)知識創(chuàng)新系列競賽實(shí)施方案：“每周一創(chuàng)意”創(chuàng)新體驗(yàn)競賽、液壓動力站創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽、液壓元件創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽，并進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)試驗(yàn)，學(xué)生參與積極性高，創(chuàng)新設(shè)計(jì)成果豐富，初步達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)。

一、專業(yè)知識結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與學(xué)生認(rèn)知能力分析

蘭州理工大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)通過多年發(fā)展，形成了液壓、氣動元件與系統(tǒng)教學(xué)的特色，培養(yǎng)掌握機(jī)械、控制和流體傳動等領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，能夠從事流體傳動與控制領(lǐng)域的產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)制造、生產(chǎn)管理及市場開發(fā)等工作，具備創(chuàng)新精神和國際視野，能適應(yīng)社會、經(jīng)濟(jì)、科技的發(fā)展，并能通過不斷學(xué)習(xí)提高個人素養(yǎng)和專業(yè)技能的高級專門人才。

（一）專業(yè)知識結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.課程體系完整，核心課程鮮明

機(jī)械電子工程專業(yè)課程體系包括通識教育課、學(xué)科技術(shù)基礎(chǔ)與專業(yè)課、選修課、實(shí)踐與創(chuàng)新類課程四大類。液壓元件、液壓傳動與系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)等是專業(yè)核心課程，其中液壓元件課程要求學(xué)生掌握液壓元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)和液壓元件的設(shè)計(jì)理論、分析計(jì)算方法;熟悉液壓泵、液壓閥、液壓缸及液壓馬達(dá)的實(shí)驗(yàn)方法及過程。此外，還有如金工實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐創(chuàng)新類課程。

2.學(xué)科基礎(chǔ)口徑寬，專業(yè)知識扎實(shí)

機(jī)械電子工程學(xué)科基礎(chǔ)涉及數(shù)學(xué)、物理、機(jī)械、電子、材料、力學(xué)、流體等，專業(yè)課程從元件到系統(tǒng)，從液壓到氣動都有設(shè)置，同時也有生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)、專業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，專業(yè)課程設(shè)置完整、齊全，專業(yè)課程學(xué)時量大。專業(yè)知識涉及流體傳動與控制技術(shù)領(lǐng)域的基本原理、基本結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的基本能力和創(chuàng)新意識。

3.學(xué)科交叉性強(qiáng)，創(chuàng)新觸發(fā)點(diǎn)多

科學(xué)史上的新理論、新發(fā)明的產(chǎn)生，新的工程技術(shù)的出現(xiàn)，經(jīng)常是在學(xué)科的邊緣或交叉點(diǎn)上。從上述分析可知，機(jī)械電子工程涉及機(jī)械、力學(xué)、電子、流體傳動等多學(xué)科，屬于交叉學(xué)科，從知識結(jié)構(gòu)上說，機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生具備新工科交叉融合和創(chuàng)新的內(nèi)涵要求。

（二）學(xué)生的思維習(xí)慣和創(chuàng)新意識

1.大三學(xué)生思想活躍，興趣愛好廣泛

隨著知識的增長，大三學(xué)生對于政治、經(jīng)濟(jì)、社會等領(lǐng)域出現(xiàn)的新事物、新情況等極為敏感，思想比較活躍，他們積極參加各種活動，重視培養(yǎng)各種能力。大多數(shù)機(jī)械電子工程專業(yè)大三的學(xué)生對新的專業(yè)知識都極為感興趣，能夠及時思考，不懂的地方及時提問，積極和教師、同學(xué)討論，尤其是一些平時積極參加學(xué)校組織的各種競賽的學(xué)生，他們經(jīng)常能夠提出一些新穎的想法?？梢姡@個階段的學(xué)生在創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面具有很大的潛力。

2.大四學(xué)生自主支配意識強(qiáng)，注重學(xué)以致用

大四是大學(xué)生從學(xué)校走向社會的心理準(zhǔn)備期，也是大學(xué)教育的最后一個階段。此時，大學(xué)生的人生觀、世界觀已基本形成，思想趨于成熟，能夠比較客觀和理智地對待各種問題，具有一定的觀察、分析和解決問題的能力。畢業(yè)去向是這個階段的大學(xué)生最為關(guān)心和憂慮的問題，他們希望找一份理想的工作，學(xué)以致用，充分發(fā)揮自己的特長。

機(jī)械電子工程專業(yè)課程體系完整，核心課程鮮明;學(xué)科基礎(chǔ)口徑寬、交叉性強(qiáng)，創(chuàng)新觸發(fā)點(diǎn)多，為學(xué)生的創(chuàng)新潛力的開發(fā)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了良好的條件。學(xué)生思想活躍，興趣愛好廣泛;自主支配意識強(qiáng)，注重學(xué)以致用，為專業(yè)創(chuàng)新競賽的開展提供了良好的主觀因素。

二、專業(yè)知識創(chuàng)新系列競賽實(shí)施方案

在分析學(xué)生認(rèn)知能力與專業(yè)知識結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，我們因地制宜地設(shè)計(jì)了適合本專業(yè)學(xué)生的專業(yè)知識創(chuàng)新系列競賽實(shí)施方案：“每周一創(chuàng)意”創(chuàng)新體驗(yàn)競賽、液壓動力站創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽、液壓元件創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽，分別依協(xié)同于液壓元件、專業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)三門課程，具體實(shí)施方案如下。

（一）“每周一創(chuàng)意”創(chuàng)新體驗(yàn)競賽實(shí)施方案

競賽以本專業(yè)大三學(xué)生為參賽對象，鼓勵學(xué)生“每周一觀察，每周一設(shè)想，每周一創(chuàng)新”，目的在于在實(shí)際專業(yè)知識教學(xué)中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，鼓勵學(xué)生敢于創(chuàng)新、善于創(chuàng)新，重點(diǎn)在于幫助學(xué)生養(yǎng)成創(chuàng)新思維習(xí)慣，讓學(xué)生善于捕捉生活和學(xué)習(xí)的創(chuàng)新靈感，及時記錄和總結(jié)，從而提高學(xué)生的專業(yè)創(chuàng)新能力。

競賽要求學(xué)生以個人為參賽單位，在一個月的參賽時間內(nèi)，每周記錄一個自己的創(chuàng)意。每個創(chuàng)意可以是一種想法、一種實(shí)際問題的解決方案或者一種新概念等。每周在液壓元件課余時間集中交流，每周由5～8名學(xué)生現(xiàn)場表達(dá)自己的創(chuàng)意，然后指導(dǎo)教師進(jìn)行點(diǎn)評優(yōu)化，交流完師生共同匯總創(chuàng)意，最后評獎總結(jié)。

（二）液壓動力站創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽實(shí)施方案

以專業(yè)課程設(shè)計(jì)——液壓站的設(shè)計(jì)為載體，實(shí)施方案有：主題化的創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽，設(shè)置符合液壓動力單元（液壓站）發(fā)展趨勢的主題，如“高集成化”“輕量化”“智能化”等;應(yīng)用型的創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽，根據(jù)企業(yè)或者某種應(yīng)用需求進(jìn)行應(yīng)用定制化設(shè)計(jì)，如“汽車舉升機(jī)液壓動力單元”，選聘企業(yè)導(dǎo)師對液壓站創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行正向講解，讓企業(yè)導(dǎo)師參與競賽評審。具體以“甲方有一執(zhí)行元件（雙活塞桿液壓缸），要求乙方設(shè)計(jì)一液壓動力站來驅(qū)動該執(zhí)行元件往復(fù)運(yùn)動”為基本要求，要求學(xué)生完成液壓動力站系統(tǒng)原理圖，液壓動力站裝配圖，油箱、電機(jī)泵聯(lián)接套和集成塊零件的生產(chǎn)用圖，集成塊閥組裝配圖，設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。競賽注重考查學(xué)生在各個環(huán)節(jié)（如原理方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等）中的創(chuàng)新意識，重點(diǎn)打造機(jī)械電子工程專業(yè)“閥控缸”核心專業(yè)能力的設(shè)計(jì)與計(jì)算分析能力。

（三）液壓元件創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽實(shí)施方案

為了推動蘭州理工大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)的新工科建設(shè)，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生對液壓技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，打造機(jī)械電子工程專業(yè)“微米級摩擦副設(shè)計(jì)”的核心專業(yè)能力，我們舉辦了“液壓元件創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽”，以液壓泵/馬達(dá)、液壓閥等液壓元件為載體，提倡在已有液壓元件產(chǎn)品型號的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、集成創(chuàng)新設(shè)計(jì)及原始創(chuàng)新設(shè)計(jì)。對于創(chuàng)新性強(qiáng)的作品，鼓勵學(xué)生申請國家發(fā)明專利。

三、專業(yè)知識創(chuàng)新系列競賽教學(xué)試驗(yàn)

（一）“每周一創(chuàng)意”創(chuàng)新體驗(yàn)競賽實(shí)踐

“每周一創(chuàng)意”競賽以2016級機(jī)械電子工程紅柳基地班56名學(xué)生為參賽對象，競賽時間為2019年4月1日到2019年4月28日，累計(jì)收到創(chuàng)意34項(xiàng)，其中專業(yè)類創(chuàng)意8項(xiàng)、生活類創(chuàng)意26項(xiàng)，共評出一等獎7人、二等獎11人、三等獎16人，代表作詳見表1。本次競賽與液壓元件課程教學(xué)同時進(jìn)行，得到了全班學(xué)生的高度重視，學(xué)生積極參與。參賽學(xué)生每周積極記錄自己的點(diǎn)滴想法，并在全班同學(xué)面前表達(dá)自己的想法，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維習(xí)慣和創(chuàng)新能力。其中，專業(yè)類創(chuàng)意中的“一種液壓式電梯緊急緩沖安全保護(hù)裝置”和“一種液驅(qū)型高穩(wěn)定性升降座椅”，與機(jī)械電子工程專業(yè)液壓技術(shù)直接相關(guān)，可見，學(xué)生的專業(yè)知識遷移創(chuàng)新能力得到了較好的訓(xùn)練。生活類中的“一種分類去污感應(yīng)式組合洗潔劑”“一種剩余電量可視化的友好型話筒”緊緊圍繞生活中的實(shí)際問題進(jìn)行思考，并提出了具備創(chuàng)新性的解決方案。

（二）液壓動力站創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽實(shí)踐

以2016級機(jī)械電子工程專業(yè)紅柳基地班56人為參賽對象，以專業(yè)課程設(shè)計(jì)——液壓站的設(shè)計(jì)為載體進(jìn)行競賽，分為“靜音化組”“輕量化組”“高集成組”與無任務(wù)對比組4個小組，時間為2019年12中旬到2019年1月初，共計(jì)4周時間。競賽最終僅收到具有創(chuàng)新設(shè)計(jì)性作品7件，詳見表1。其中原因主要有：課程設(shè)計(jì)教學(xué)時間短，任務(wù)量大;正值學(xué)生考研黃金時期，學(xué)生精力和時間不夠;課程設(shè)計(jì)中創(chuàng)新設(shè)計(jì)引導(dǎo)不夠。有鑒于此，可通過提前開始競賽，適當(dāng)增加競賽時間來解決液壓動力站創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽質(zhì)量不高的問題。

（三）液壓元件創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽實(shí)踐

以2015級機(jī)械電子工程專業(yè)兩個畢業(yè)設(shè)計(jì)小組18名大四學(xué)生為參賽對象，競賽時間從2019年4月到2019年6月，累計(jì)收到創(chuàng)新設(shè)計(jì)作品16項(xiàng)，最終評出一等獎2項(xiàng)、二等獎3項(xiàng)、三等獎5項(xiàng)，代表作詳見表1。其中，獲獎作品“一種蜂窩式阻尼孔+氣囊脈動衰減器”“一種輕量化斜柱塞孔新型柱塞泵缸體”“一種柱塞泵熱保護(hù)系統(tǒng)”等創(chuàng)新設(shè)計(jì)，針對液壓元件中的實(shí)際工程問題進(jìn)行了原始創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并給出了有效的解決方案?！耙环N表面織構(gòu)化的減磨滑靴”“內(nèi)設(shè)加筋板的降噪柱塞泵/馬達(dá)殼體”和“柱塞滑靴反包結(jié)構(gòu)”等創(chuàng)新設(shè)計(jì)，集成了現(xiàn)有液壓柱塞泵產(chǎn)品優(yōu)勢和交叉融合電控、表面工程學(xué)等學(xué)科知識，使得液壓泵性能更為優(yōu)良。本次競賽是與機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)并列進(jìn)行的，參賽過程中學(xué)生能充分挖掘液壓泵設(shè)計(jì)過程中的創(chuàng)新點(diǎn)，融合自己的專業(yè)知識，積極思考，打破原有產(chǎn)品樣本結(jié)構(gòu)束縛，大膽嘗試。這個過程很好地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維習(xí)慣和創(chuàng)新能力。

四、總結(jié)

專業(yè)知識創(chuàng)新競賽注重知識的交叉融合，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與能力，是新工科背景下提高本科教學(xué)質(zhì)量的有力抓手。針對學(xué)生不同學(xué)習(xí)階段的專業(yè)知識結(jié)構(gòu)和認(rèn)知能力，以相應(yīng)的課程為載體，提出系列化專業(yè)知識創(chuàng)新競賽，鼓勵學(xué)生立足本專業(yè)，融合相關(guān)學(xué)科知識，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，增強(qiáng)學(xué)生的知識運(yùn)用能力，以賽促教，切實(shí)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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[責(zé)任編輯：陳 明]