成果名称：机电类大学生创新能力培养途径与创新基地建设的研究
成果完成人：黄清世 罗炎林 张强 周传喜 管锋
获奖等级：湖北省高等学校省级教学成果奖二等奖
获奖时间：2005年
一、成果的主要内容
本项目题为“机电类大学生创新能力培养途径与创新基地建设的研究”，是湖北省2001年重点教学研究项目。在学校各部门的大力协助和指导下，经课题组近四年的研究，对项目中的理论问题进行了深入探讨，已发表相应的研究论文10篇，建成了一个具有石油特色的机电类大学生创新实践基地，并在此期间， 倚靠该基地指导学生开展科研二十余项，取得了一批较高水平的学生科研成果，较好地完成了预定的任务。
（一）培养学生创造能力的途径与方法研究
1. 创造型人才应具有的特殊素质研究
创新是人的知识、能力、素质三者结合而外化出的一种打破常规、超越现实的意识和实践。对于创造型人才来说，我们认为下述几种素质最为重要：（1）要有强烈的好奇心和批判精神；（2）对创新工作怀有浓厚兴趣，有为实现自己既定 目标不畏困难、勇往直前的精神；（3）要有广阔的视野和丰富的联想能力；（4）善于把握机遇、捕捉灵感。
2. 培养学生创造能力的途径与方法研究
培养学生创造能力的方法必须与其应具有的特殊素质相适应。主要方法有：（1）需营造创新氛围以使学生对创新活动产生兴趣；（2）需提供大量的创新案例以拓宽学生的视野并进一步激发学生的创新欲望；（3）应尽可能使学生的新设想变成现实，使学生体验创新的全过程；（4）对学生的培养应是个性化的、探索性的，并要有相应的教学基地作保证。
（二）创新实践基地的建设
1. 创新实践基地建设的指导思想
在创新活动中，理论知识是基础，创新意识是关键，而创新实践是根本。我们提出：将机械基础课程的实验与创新实践相结合；创新活动与石油特色相结合；专业实验室建设与创新实践基地建设相结合；石油机械与机电一体化和计算机技术相接合；学生的创新实践与科研和实验室建设相接合的指导思想。将创新实践活动深入到实践性教学的诸多环节，学生既是受益者也是参与者，将有限的经费合理投入到创新实践基地建设中，达到事半功倍的效果。
我们还需高度重视“虚拟实验”在创新教学中的应用。利用计算机强大的图形图像处理功能，借助于常用的实体造形软件，学生可将自已的创新构思通过计算机三维图形和动画的方式得以实现。这样既可以弥补创新实践活动中经费和制作条件的不足，让更多的学生参加到创新实践活动中来，又可进一步提高学生对创新的兴趣，并丰富创新教育的素材。
2. 创新实践基地建设情况
（1）对现有的实验课程和内容进行调整，增加了综合性与设计性实验
长期以来，实验教学环节依附于课程，以验证性实验为主，学生独立思考、独立设计的实验较少。为此，我们从现有的实验课程中精选出五大类15项实验，将其设置为综合性、设计性实验（如图1所示）。实验指导教师在上一次实验课中，提出下一次实验的基本要求，学生在课后通过查阅资料和讨论，在实验前一周，以小组为单位提交实验方案，经实验指导教师审检后进行实验。实验过程中，试件的准备，线路的联线、实验参数的调整、实验进程和方法、数据记录表格的设计、实验中异常情况的处理等均由学生自己完成，实验指导教师只起协助的作用。通过这种改革，可充分发挥现有实验设备在学生创新能力培养中的作用。
（2）对机械设计类课程的实验室进行扩充，组建了机构运动方案创新实验室
在原有机械学实验的基础上，购置了机构运动方案创新实验台，组建了机构运动方案创新实验室。学生可根据机构学、机械运动学的基本知识，提出机构运动设计方案，然后在实验台上进行拼装联接，从而实现和检验设计的正确性，达到培养学生设计实验方案能力的目的。
（3）建成了机械创新陈列室
该陈列室结合具体的创新实例，以实物、音像、图片、动画等多种形式，向学生展示创新思维的方法和技法，专利、技术成果的申报及创新成果的应用等。同时有选择地展出本学科领域中一些技术发明的模型或实物，特别是本校往届学生发明创造的实物。这样，学生就可在陈列室中感受创新气氛的熏陶，拓展自己的知识面，并在对往届学生发明创造的观摩中形成自信。学生一旦出现了灵感，他们提出的新想法便可在动手操作室中变成现实。学生亲自动手制作、修改、完善实物模型，不但可使他们得到了实践动手能力方面的锻炼，而且他们的成果又进一步丰富了实物陈列室，形成良性循环。
（4）组建了创新动手制作实验室
该实验室拥有车床、铣床、钻床、磨床等一批常规的机械加工设备和数控钻铣床、数控线切割机床等一批现代化加工设备。学生在这里通过动手实践，可将创新构思制作成实物。这既是对学生创新构思的进步验证，同时也为学生培养实际动手能力和工程意识提供良好的平台。
（5）建成了具有石油特色的机电一体化技术实验室
现代机械系统已由以机械部件为主逐步转化为机、电、计算机三位一体的综合系统。因此机电一体化是机械产品发展的主要方向，也是新设计、新构思出现较多的领域。为了体现这一学科发展方向，结合目前现有条件，将原有的机电测试实验室、水机实验室、矿机实验室进行有机的融合，自主开发了既能反映石油特色又能体现机——电——计算机技术的实验台（抽油机实验台，离心泵性能测试实验台、往复泵性能测试实验台、井下动力钻具性能测试实验台）。通过课程设计、毕业设计、课外科研活动等多种形式，让学生参加其中的部分工作。一方面为学生的综合能力和创新设计的培养提供了场所，同时也为实验室建设注入了有生力量，从而使学生的创新意识在工程实践中得到体现。
（6）探索了机械、电子不同学科共建机电类大学生创新基地的途径
本校电子学科的 “电工电子实习基地”是省级实践示范中心，具有雄厚的软、硬件资源。为了适应机械和电子工程两个不同学科领域之间相互渗透，与电子及信息工程学院合作，使其成为本创新实践基地的重要补充。现在两个单位已建立了良好的合作机制，在指导机械专业学生参加全省电子设计大赛和共同指导学生开发机电一体化产品方面作了许多工作，取得了阶段性成果。
（7）引进、开发了大量的三维计算机动画软件和实验多媒体CAI课件
我们先后引进了清华大学、华中科技大学等校的部分创新教学动画软件。此外，我们还自主开发了一系列特殊机构动画（40多幅）、整套材料力学实验多媒体CAI课件和机械原理中的连杆机构综合实验课件
（三）创新教学实践情况
我们在研究的过程中，一边开展创新实践基地建设，一边指导学生结合研究项目和基地的建设进行创新实践。启发学生发现问题和解决问题，最后完成总结归纳，发表学术论文或参加各种创新设计大赛。最近三年指导学生科研20多项，所指导的学生发表学术论文5篇，获得湖北省大学生优秀科技成果二等奖3项，三等奖2项，湖北省大学生挑战杯赛二等奖2项，第三届“汇凯杯” 湖北省大学生课外学术科技作品竞赛二等奖1项，湖北省电子设计大赛二等奖2项。
二、创新点
（一）已建成创新教学基地的院校均是有特殊投入的国家重点高校，本项目是在底子薄、国家投入相对较少的一般高校中建设机电类大学生创新教学基地的首次探索。
（二）所建成的创新基地拥有多台套自行研制的机电一体化的石油机械测试设备，可用于石油机械创造型人才的培养，具有鲜明的自身行业特色。
（三）指导学生制作了较多的与石油机械有关的特殊机构三维动画，这种方法既可使学生的创新设想得以虚拟实现，增强对创新的兴趣及自信心，又可用来激发其他大学生的创造欲望，拓宽学生视野，进一步丰富创新基地的音像资料，形成了良性循环。这是多快好省地建设创新基地的一条有效途径。
（四）倚靠创新基地，指导学生开展石油机械创新实践，取得了较多成果。这些成果在学生中产生了很大影响，到创新基地要求教师指导科研的学生络绎不绝，浓厚了创新的氛围。
三、应用情况
（一）新建的创新教学陈列室和机构运动方案创新设计实验室已在四届（03届～06届）学生的教学实践中得到应用。学生在实验教学活动中自主动手、主动参与的积极性明显提好，学生反映强烈，对培养学生的创新意识和实践动手能力起到了积极的作用。
（二）自制和引进了两百余幅可启发学生创新思维的三维计算机动画，并在多年的教学活动中应用。将计算机多媒体技术应用于实验教学活动，组织高年级学生和有关实验室教师，开发了材料力学实验多媒体CAI课件，该课件已在六届学生的实验教学中应用并逐步完善，为在机械基础实验教学中推广开放式实验课教学模式探索出了一条可行的途径。
（三）通过对现有实验的内容进行调整，借助创新基地已开出了十多个可启发学生创新思维、能培养学生动手能力的综合性与设计性实验，使机械学院的综合性、设计性实验课程的覆盖率达到70%以上。
（四）倚靠创新基地，指导学生开展石油机械创新实践，取得了较多成果:最近五年指导学生科研近20项，所指导的学生发表学术论文5篇，获得湖北省大学生优秀科技成果二等奖3项，三等奖2项，湖北省大学生挑战杯赛二等奖2项，第三届“汇凯杯” 湖北省大学生课外学术科技作品竞赛二等奖1项，湖北省电子设计大赛二等奖2项，2006年全国大学生机械创新设计大赛（湖北赛区）一等奖1项，二等奖2项，三等奖2项。
（五）学生对创新基地有很高的评价，也有很高的期待，最近几年主动到基地来要求教师指导科研的学生很多。因此，可以预期，本项目的成果会在今后的学生创新能力培养中长期发挥作用。
