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摘 要：本文以机电类创新实践活动的开展为例，探索分层次、多模块、基于项目研究的学生创新实践活动的开展。列举了相关典型案例，给出实践应用成果，探讨了实践活动对学生多维度工程能力的培养。
关键词：分层次；多模块；机电类；创新实践；工程能力
机械工程学科是一门实践性很强的学科，其中，机电结合的“机电一体化”技术应用及产品设计、集成开发是机械工程及相关专业毕业生所需掌握的一项重要的工程实践能力，探索适合本科生的机电类创新实践培养模式，开展相关实践活动，是践行教育部倡导的“工程教育创新实践能力培养”的重要方式。国内不少学者对大学生创新实践能力培养也有诸多研究[1-4]
一、多模块、分层次的实践教学平台的构建及学生多维工程能力培养
1. 机电类实践教学平台层次与相应模块
机电类实践教学平台主要可分为三个层次，每个层次可有多个模块。不同层次和模块对应学生不同层次的多维工程能力的培养。
第一层次为面向大部分学生的普及型实践活动，主要为机电类课程实验及其综合实验的拓展、短学期机电类创新实践活动等；第二层次为机电类创新实践项目，面向具有较强创新思维、对实践活动感兴趣的学生，包括机电相关的大学生创新性实验计划项目（国家、市、校级）及USRP项目等；第三层次为机电类全国性的大学生竞赛项目，如全国大学生“飞思卡尔”智能车竞赛等，主要面向少数创新能力突出的学生。平台层次及模块案例如表所示。
2. 基于机电类实践教学平台的学生多维工程能力培养
创新实践活动可同时培养学生的专业素质以及非专业素质能力，如团队合作及交流与表达能力等。机电类实践教学平台各层次中的实践模块，题目均具有开放性，内容涉及“电子电工学”、“C语言程序设计”、“微机原理及应用”、“机械控制工程基础”、“机械工程测试技术”、“机电传动控制”等多门专业课程，部分学生在参与相关实践项目时，许多专业课程还未学过，是真正意义上的“做中学”。在此过程中，指导教师给予一定指导，学生则根据项目中需要解决的实际问题，查阅相关参考书籍或资料，自主解决相关问题，很多解决方案均具有较强的创新设计思想 。该类实践活动，很好地培养了学生的自主学习能力、综合运用专业知识的能力以及创新设计能力。
实践项目成员均采用自由组队形式暨团队合作形式，定期开展小组讨论、汇报交流，并要求撰写相关实验报告、项目总结报告，部分学生还根据项目成果撰写学术论文或发明专利。本项目的团队分工采用了协同及合作学习（collaborative & cooperative）中推荐的分工及评价方法，具体参考了密西根大学化学概论团队实验的运行模式[5]，即由三位或更多学生组成的学习小组致力于完成课内或课外某项经过仔细设计的任务，重点放在学生对课程材料的探索或应用以及团队合作上，而非教师授课，需完成相应任务，采用竞争性评分。
团队分工完成后，需要指定相关的规则或约定，如：准时参加团队会议，如有时间冲突，应提前告知其他队员；尊重他人，批评想法而不是人；接受建设性的批评，而不要当作是对自己的批评；所有成员均参与团队任务，并均分工作量；对自己的行为、想法、言论负责；团队会议要及时并围绕主题，避免跑题；留出足够的时间参加团队会议等。团队成员之间在完成相关任务后，需相互给予竞争性打分，分为出色、良好、尚可、需改进四级。
通过以上的团队合作模式，开展相关实践活动，很好地培养了学生的团队合作能力和交流与表达能力，使学生了解团队对于解决一项工程任务时的重要性，并在实践中能自觉地参与团队学习。该团队运行方式在多层次机电类实践项目中进行了实施，总体效果良好。
二、多模块、分层次的实践教学平台的应用实践
1. 案例（A1）：基于Proteus的单片机仿真实验
该平台主要针对学生人数较多而实验台套数较少的实际情况而特定集成开发的实验平台及实验指导书，共开发了8大典型实验，包括：单片机I/O口控制实验、定时器输出PWM实验、串转并的I/O口实验、继电器控制实验、直流电机实验、并行口直接驱动LED显示、串行模/数转换实验、8255并口扩展实验等。在众多的单片机实验室仿真软件中，Proteus仿真软件具有较大优势，特别是用在单片机的仿真实验中具有绝对优势。该系统可以和Keil uVision进行联机调试，可以实现对模拟电路、数字电路、模数混合电路、单片机及外围器件进行系统仿真。
该平台及实验报告已在“微机原理及应用”及实验课程中拓展推广，作为补充实验内容，学生在业余时间自行训练。该平台的建立，推进了微机原理及应用课程实践教学模式的改革，起到了较好的实际效果。
2. 慧鱼创新组合实验（A2）
本创新实验平台为学生提供各类“慧鱼”创意模块，它是一种由标准模块构成，可随意组装，并可用程序控制的机电一体化装置。它可组装成多种类型、多种型号和功能的机器模型：如工业机器人、移动机器人、气动机器人、带传感器的机器模型以及计算机中的常用机构模型等，为实验、实践教学提供了很好的开放平台。
该实践平台已从2009年起在短学期中开设， 受益学生约100人次/学期。在实践活动中，学生通过对各类模型的认识和组装，可以熟悉并掌握各类机械设备和自动化装置的常用结构和工作原理。在模型的组建中，学生运用到机械加工、气动技术、电子电路和软件编程等知识，加深了对这些相关课程的理解。另外，通过慧鱼模型的搭建和组装也培养了学生的实际动手的能力、解决实际问题的能力、创新设计的能力以及团队合作能力。
3. 机器人创新实验（A3）
机器人创新实验平台采用德普施系列机器人对象，包括宝贝机器人、相扑机器人、步行机器人以及相关的传感器系列（如：超声波传感器、数字编码器、红外距离探测传感器等），均有C51版本和BASIC版本，其中BASIC版本适用于一二年级学生，C51版本适用于三四年级工科学生。宝贝/相扑/步行机器人系列是微型自主移动机器人平台，其底座为铝合金金属架构，坚固耐用，底座上安装一个单片机教学底板，核心是可插拔式单片机控制器。机器人教学底板上附有一个开放的教学面包板，学生可在面包板上搭建丰富的电子电路，用于教学、实训或创新实践。教学底板上还有一个标准的输入输出接口，可插接几十种传感器以构建丰富的应用，也可通过该接口设计更加丰富的扩展应用模块。 该实践平台已从2009年起在短学期中部分开设，受益学生约40人次/学期，并已组织开展小规模的（10组，每组3人）机器人创新实践竞赛，效果良好。计划逐步开放并组织更大规模的实践竞赛，主要针对二三年级工科学生。该平台的建成，对于培养学生创新思维、创新实践能力以及团队协作能力，都将起到积极的推动作用。
4. 机电类USRP、大学生创新性实验计划项目（B1、B2）
本实践模块主要依托学校的USRP（大学生课余研究计划项目），以及大学生创新性实验计划项目平台，结合机电类创新实践的特点，拟定相应的创新实践类课题，采用基于项目研究、学生团队合作的形式开展。USRP项目是我校推行的“大学生课余研究计划”，按年度进行申报，每位教师可拟定3项创新性项目供学生申报，每个项目接收3名学生，并要求以团队形式完成。
大学生创新性实验计划项目是高等学校本科教学质量与教学改革工程的重要组成部分，其目的是促进高校探索创新性人才培养新模式，促进高校探索并建立以问题和课题为核心的教学模式，倡导以学生为主体的本科人才培养和研究性学习教学改革。 计划包括国家级、市级以及学校级。每个项目由4名学生组队完成，历时1～1.5年。
近三年来。本课题组成员负责指导了21项USRP项目（人均7项）、7项大学生创新性实验计划项目（人均2～3项）。在项目的实施过程中，积极推行团队合作学习与评价模式，鼓励学生积极探索，勇于创新。通过学生的努力，有多项获优秀，其中一项大创项目还获得了校十大“我最喜爱的大学生创新项目”，此外，项目的成果还形成了多篇科技论文，2项发明专利。同时，大部分项目还得以进一步延伸，拓展成为学生的毕业论文。
5. 机电类全国性的大学生竞赛（C1）
针对由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办的“飞思卡尔”全国大学生智能汽车竞赛等机电类全国性赛事，学院在课题组主要成员的负责下，组建了智能汽车创新活动基地，开展智能车创新实践活动。制定了相关的实施实施规划书，每年招收学生成员，组成若干小组，自主实践，包括智能车的制作、控制系统硬件开发、控制软件开发、调试与改进等环节，并于每年暑假参加华东区及全国竞赛。
近几年来，项目组成员负责开展智能汽车创新活动，受益学生每年30人次。每年选拔3组（9人次）队伍参加CCD、光电、电磁组的智能车竞赛，取得了不俗的成绩，获得国家及华东区奖多项。参与竞赛活动的学生，普遍感受到，通过半年多的团队合作及自主实践，无论在专业素质能力的培养方面，还是在非专业素质能力（如团队合作及交流）方面，均得到了显著提高。在学业方面也得到提升，据统计，参赛学生中90%以上的学生保研成功或申请出国深造，也体现出创新实践活动在学生培养方面所起的重要作用。
参考文献：
[1] 徐小军，尚建忠，潘存云等.以全程实践能力培养为核心的机电类大学生创新能力培养体系研究[J]. 高等教育研究学报，2010，33（3）：111-113.
[2] 温鸣，吴庆生.实施国家SITP计划，培养创新实践能力[J].化工高等教育，2008，25（5）：17-21.
[3] 唐朝京，涂瑞斌，库锡树等. 电子信息类大学生创新能力培养体系建设研究[J]. 高等教育研究学报，2009，32（2）.
[4] 刘巧芝. 创新实践对大学生创新素质影响的调查与分析[J].思想教育研究，2012，（2）.
[5] http：//www.umich.edu/～chemstu/content_weeks/sections.htm. 访问时间：2012-07-01.
[责任编辑：文和平]
关键词：分层次；多模块；机电类；创新实践；工程能力
机械工程学科是一门实践性很强的学科，其中，机电结合的“机电一体化”技术应用及产品设计、集成开发是机械工程及相关专业毕业生所需掌握的一项重要的工程实践能力，探索适合本科生的机电类创新实践培养模式，开展相关实践活动，是践行教育部倡导的“工程教育创新实践能力培养”的重要方式。国内不少学者对大学生创新实践能力培养也有诸多研究[1-4]
一、多模块、分层次的实践教学平台的构建及学生多维工程能力培养
1. 机电类实践教学平台层次与相应模块
机电类实践教学平台主要可分为三个层次，每个层次可有多个模块。不同层次和模块对应学生不同层次的多维工程能力的培养。
第一层次为面向大部分学生的普及型实践活动，主要为机电类课程实验及其综合实验的拓展、短学期机电类创新实践活动等；第二层次为机电类创新实践项目，面向具有较强创新思维、对实践活动感兴趣的学生，包括机电相关的大学生创新性实验计划项目（国家、市、校级）及USRP项目等；第三层次为机电类全国性的大学生竞赛项目，如全国大学生“飞思卡尔”智能车竞赛等，主要面向少数创新能力突出的学生。平台层次及模块案例如表所示。
2. 基于机电类实践教学平台的学生多维工程能力培养
创新实践活动可同时培养学生的专业素质以及非专业素质能力，如团队合作及交流与表达能力等。机电类实践教学平台各层次中的实践模块，题目均具有开放性，内容涉及“电子电工学”、“C语言程序设计”、“微机原理及应用”、“机械控制工程基础”、“机械工程测试技术”、“机电传动控制”等多门专业课程，部分学生在参与相关实践项目时，许多专业课程还未学过，是真正意义上的“做中学”。在此过程中，指导教师给予一定指导，学生则根据项目中需要解决的实际问题，查阅相关参考书籍或资料，自主解决相关问题，很多解决方案均具有较强的创新设计思想 。该类实践活动，很好地培养了学生的自主学习能力、综合运用专业知识的能力以及创新设计能力。
实践项目成员均采用自由组队形式暨团队合作形式，定期开展小组讨论、汇报交流，并要求撰写相关实验报告、项目总结报告，部分学生还根据项目成果撰写学术论文或发明专利。本项目的团队分工采用了协同及合作学习（collaborative & cooperative）中推荐的分工及评价方法，具体参考了密西根大学化学概论团队实验的运行模式[5]，即由三位或更多学生组成的学习小组致力于完成课内或课外某项经过仔细设计的任务，重点放在学生对课程材料的探索或应用以及团队合作上，而非教师授课，需完成相应任务，采用竞争性评分。
团队分工完成后，需要指定相关的规则或约定，如：准时参加团队会议，如有时间冲突，应提前告知其他队员；尊重他人，批评想法而不是人；接受建设性的批评，而不要当作是对自己的批评；所有成员均参与团队任务，并均分工作量；对自己的行为、想法、言论负责；团队会议要及时并围绕主题，避免跑题；留出足够的时间参加团队会议等。团队成员之间在完成相关任务后，需相互给予竞争性打分，分为出色、良好、尚可、需改进四级。
通过以上的团队合作模式，开展相关实践活动，很好地培养了学生的团队合作能力和交流与表达能力，使学生了解团队对于解决一项工程任务时的重要性，并在实践中能自觉地参与团队学习。该团队运行方式在多层次机电类实践项目中进行了实施，总体效果良好。
二、多模块、分层次的实践教学平台的应用实践
1. 案例（A1）：基于Proteus的单片机仿真实验
该平台主要针对学生人数较多而实验台套数较少的实际情况而特定集成开发的实验平台及实验指导书，共开发了8大典型实验，包括：单片机I/O口控制实验、定时器输出PWM实验、串转并的I/O口实验、继电器控制实验、直流电机实验、并行口直接驱动LED显示、串行模/数转换实验、8255并口扩展实验等。在众多的单片机实验室仿真软件中，Proteus仿真软件具有较大优势，特别是用在单片机的仿真实验中具有绝对优势。该系统可以和Keil uVision进行联机调试，可以实现对模拟电路、数字电路、模数混合电路、单片机及外围器件进行系统仿真。
该平台及实验报告已在“微机原理及应用”及实验课程中拓展推广，作为补充实验内容，学生在业余时间自行训练。该平台的建立，推进了微机原理及应用课程实践教学模式的改革，起到了较好的实际效果。
2. 慧鱼创新组合实验（A2）
本创新实验平台为学生提供各类“慧鱼”创意模块，它是一种由标准模块构成，可随意组装，并可用程序控制的机电一体化装置。它可组装成多种类型、多种型号和功能的机器模型：如工业机器人、移动机器人、气动机器人、带传感器的机器模型以及计算机中的常用机构模型等，为实验、实践教学提供了很好的开放平台。
该实践平台已从2009年起在短学期中开设， 受益学生约100人次/学期。在实践活动中，学生通过对各类模型的认识和组装，可以熟悉并掌握各类机械设备和自动化装置的常用结构和工作原理。在模型的组建中，学生运用到机械加工、气动技术、电子电路和软件编程等知识，加深了对这些相关课程的理解。另外，通过慧鱼模型的搭建和组装也培养了学生的实际动手的能力、解决实际问题的能力、创新设计的能力以及团队合作能力。
3. 机器人创新实验（A3）
机器人创新实验平台采用德普施系列机器人对象，包括宝贝机器人、相扑机器人、步行机器人以及相关的传感器系列（如：超声波传感器、数字编码器、红外距离探测传感器等），均有C51版本和BASIC版本，其中BASIC版本适用于一二年级学生，C51版本适用于三四年级工科学生。宝贝/相扑/步行机器人系列是微型自主移动机器人平台，其底座为铝合金金属架构，坚固耐用，底座上安装一个单片机教学底板，核心是可插拔式单片机控制器。机器人教学底板上附有一个开放的教学面包板，学生可在面包板上搭建丰富的电子电路，用于教学、实训或创新实践。教学底板上还有一个标准的输入输出接口，可插接几十种传感器以构建丰富的应用，也可通过该接口设计更加丰富的扩展应用模块。 该实践平台已从2009年起在短学期中部分开设，受益学生约40人次/学期，并已组织开展小规模的（10组，每组3人）机器人创新实践竞赛，效果良好。计划逐步开放并组织更大规模的实践竞赛，主要针对二三年级工科学生。该平台的建成，对于培养学生创新思维、创新实践能力以及团队协作能力，都将起到积极的推动作用。
4. 机电类USRP、大学生创新性实验计划项目（B1、B2）
本实践模块主要依托学校的USRP（大学生课余研究计划项目），以及大学生创新性实验计划项目平台，结合机电类创新实践的特点，拟定相应的创新实践类课题，采用基于项目研究、学生团队合作的形式开展。USRP项目是我校推行的“大学生课余研究计划”，按年度进行申报，每位教师可拟定3项创新性项目供学生申报，每个项目接收3名学生，并要求以团队形式完成。
大学生创新性实验计划项目是高等学校本科教学质量与教学改革工程的重要组成部分，其目的是促进高校探索创新性人才培养新模式，促进高校探索并建立以问题和课题为核心的教学模式，倡导以学生为主体的本科人才培养和研究性学习教学改革。 计划包括国家级、市级以及学校级。每个项目由4名学生组队完成，历时1～1.5年。
近三年来。本课题组成员负责指导了21项USRP项目（人均7项）、7项大学生创新性实验计划项目（人均2～3项）。在项目的实施过程中，积极推行团队合作学习与评价模式，鼓励学生积极探索，勇于创新。通过学生的努力，有多项获优秀，其中一项大创项目还获得了校十大“我最喜爱的大学生创新项目”，此外，项目的成果还形成了多篇科技论文，2项发明专利。同时，大部分项目还得以进一步延伸，拓展成为学生的毕业论文。
5. 机电类全国性的大学生竞赛（C1）
针对由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办的“飞思卡尔”全国大学生智能汽车竞赛等机电类全国性赛事，学院在课题组主要成员的负责下，组建了智能汽车创新活动基地，开展智能车创新实践活动。制定了相关的实施实施规划书，每年招收学生成员，组成若干小组，自主实践，包括智能车的制作、控制系统硬件开发、控制软件开发、调试与改进等环节，并于每年暑假参加华东区及全国竞赛。
近几年来，项目组成员负责开展智能汽车创新活动，受益学生每年30人次。每年选拔3组（9人次）队伍参加CCD、光电、电磁组的智能车竞赛，取得了不俗的成绩，获得国家及华东区奖多项。参与竞赛活动的学生，普遍感受到，通过半年多的团队合作及自主实践，无论在专业素质能力的培养方面，还是在非专业素质能力（如团队合作及交流）方面，均得到了显著提高。在学业方面也得到提升，据统计，参赛学生中90%以上的学生保研成功或申请出国深造，也体现出创新实践活动在学生培养方面所起的重要作用。
参考文献：
[1] 徐小军，尚建忠，潘存云等.以全程实践能力培养为核心的机电类大学生创新能力培养体系研究[J]. 高等教育研究学报，2010，33（3）：111-113.
[2] 温鸣，吴庆生.实施国家SITP计划，培养创新实践能力[J].化工高等教育，2008，25（5）：17-21.
[3] 唐朝京，涂瑞斌，库锡树等. 电子信息类大学生创新能力培养体系建设研究[J]. 高等教育研究学报，2009，32（2）.
[4] 刘巧芝. 创新实践对大学生创新素质影响的调查与分析[J].思想教育研究，2012，（2）.
[5] http：//www.umich.edu/～chemstu/content_weeks/sections.htm. 访问时间：2012-07-01.
[责任编辑：文和平]