摘要：文章从工科大学生创新能力培养存在的问题入手，并以机械设计制造及其自动化专业为研究对象，紧密结合创新思维的非线性和自组织特征，从课程体系优化设计、实践教学体系结构、前沿意识培养等三个方面，阐述一种机械类大学生创新能力的培养模式。
关键词：创新思维；非线性；自组织性
引言
“中国制造2025”战略规划明确指出，创新是关键，创新人才驱动未来制造业。创新人才培养是实现“中国制造2025”和“十三五”规划的核心问题，对工科院校肩负着不可推卸的责任。在过去二十年，国家对提升工科大学生创新能力提出了相关政策，工科教育界探索多种培养模式。很遗憾的是，培养效果不被社会所接受。个人认为存在几个关键的因素：1.在人才培养过程中，政府职能部门以及教学的管理部门干涉太多[1，2]。看似加强管理有利于人才培养质量的提升，实际上是典型线性思维指导下的产物。2.在以前的人才培养模式中，缺失系统的科学思维的培养[3-8]。3.传统的人才培养模式没有充分利用创新思维形成的本质特征[9-12]。因此，本文以机械大类专业学生为研究对象，从科学思维培养和创新思维形成层面入手，优化课程体系、转变传统教学思维方式、构建院级创新实践平台、紧跟学科前沿等途径，探讨一种基于非线性科学创新思维的人才培养模式。
一、基于非线性思维逻辑的新课程体系设计
（一）优化课程结构
就本校机械工程学院机械设计制造及其自动化专业2015版培养方案的课程体系看，总学分182.5，通识课程68学分，占37.3%；专业相关课程73.5学分，占40.2%；实践教学41学分，占22.5%。实践教学所占比例较少，出现了典型的重理论轻实践的现象。从课程内容看，通识课程中的人文素质类课程太少。基于上述问题本文结合开放性、协调性和动态性原则对目前的课程体系进行调整。设计以人文社会学和自然课程为基础，专业课程和实践教学为重点的专业内非线性思维逻辑的课程结构体系，如，添加人文素质课程。学习专业课过程实际上是对之前所学基础课程的知识进行整合的一个过程，而整合知识的一个最有效的媒介就是实体实践。因此，为了利于创新能力的培养，个人认为在专业课程教学过程中很有必要增加实践环节，甚至是实体实践环节（通过实际参与某一产品的设计、制造过程）。如《机械工程设计》是在开设《机械原理》、《机械设计》等专业基础课的一门综合性很强的专业课，需要整合产品的“功能原理设计”、“实用化设计”和“商品化设计”等相关的知识，是一门多学科交叉的课程，所以为了使学生对所学知识进行系统整合，使之形成一个有机的整体，必须开设实践环节课程。目前，该课程只有理论教学部分，没有实践，学生对该课程的理解完全局限于对零散知识点的了解，远没有达到知识整合和人才培养效果。正如有学生反映参加“工程实训大赛”比之前学几年的理论课收获更大。所以，个人认为可以在理论课以后再加实体实践环节，以具体的实际问题为引子，通过发现问题、解决问题这样的一个反复过程，使学生加强对知识的理解和领悟，从而应用非线性思维、创新思维，培养学生的创新能力。
（二）优化课程内容
从非线性创新思维培养的四个要素来看，课程内容应该主要包括基本知识和基本技能两部分的内容，并能为非线性思维的培养服务。个人认为，在一些基础学科课程需要添加非线性科学的相关部分内容，如大学物理和化学等课程的教学内容需添加非线性部分的知识。而专业课程，则需结合机械专业人才培养特点编写合适的教材。如《机械工程设计》这门课我们目前采用的教材是“十五”规划教材《机械设计学》，内容陈旧，缺乏创新技法相关知识介绍，落后于“十三五”教育培养目标。因此，该教材有必要重新编写，并添加TRIZ理论、头脑风暴法等非线性创新技法的相关内容[13]。这两种创新技法均源于自组织特性的创新思维技法，学生通过灵活应用可以在机械原理方案设计、结构设计和商品化设计中提出奇思妙想，达到创新能力培养的目的[14]。在教学内容需要注意上述问题外，在课程教学中进行前沿知识的渗透是很必要的。前沿意识是科学研究应有的基本意识，也是拓宽思路、进行创新思维的一种有效途径，更是将教学过程处于开放系统的必要。因此，在科技日新月异的时代，教材内容紧跟科研前沿是很有必要的。如《机械工程设计》这门课还将缝纫机作为功能分析和功能原理设计实例。显然，八、九十年代几乎家家都有的缝纫机已远离现代人的视线，再用来做实例显然不合适了，需要紧密结合国家科技发展方向，选择新时代的典型实例，如机器人的设计等。
（三）课程实施方案设计
自组织理论表明，一个开放、远离平衡的系统，在一定条件下可以自发地组织成时间和空间的有序结构。创新思维的自组织运行过程有五个阶段，即开放条件下的信息输入、远离常规思维平衡态的信息突现、非线性相互作用触发的思维涨落、涨落触发的思维突现、创新思维整体有序结构的形成和输出。培养学生的创新思维只有紧密结合创新思维的这一形成特点，才能有效地培养学生的创新能力。所以，在教学过程中需将整个思维系统置于开放环境中，如首先将每堂课的教学内容以问题的方式呈现出来，然后采用具体案例或项目的形式对知识点进行整合和巩固。如《机械工程设计》课程教学过程中，在讲机械产品功能原理设计时，将混沌理论应用于课堂教学上，紧扣创新思维的自组织特征，充分调动学生的主动性，进行多次设问、多向讨论、引导，培养学生的发散思维。在课外，再布置相关的较简单的题目让学生思考，或以某个问题为主题，引导学生充分利用当代的信息媒体，将学生的思绪放置于一个大的信息开放环境，通过学生的个体感悟和主体参与等涨落因子，促成创新思维的形成。总之，在课堂上教师为引导者，为学生营造一个开放的、远离平衡的思维系统环境，通过思维的自组织机制培养学生的创新能力。
二、实践教学体系结构研究
（一）现有实践教学体系的现状分析
对于工科大学生，实践是必不可少的环节。目前机械设计制造及其自动化专业的实践教学由课程设计、认识实习、金工实习、生产实习、综合训练、毕业实习和毕业设计几部分组成，共34学分。在这些实践活动中估计使学生记忆深刻的应该是金工实习，为什么呢？因为金工实习是学生自己动手制作一把小锤子，人人参与、亲身体验，所以记忆最深刻。课程实习仅需交文档材料，有很大部分同学不是自己独立完成的，根本就没有理解消化课程设计中涉及到的相关知识。认识实习和生产实习都是一种走马观花的方式完成，记忆自然不会很深刻。综合实训是主题式的教学方式，对象更具体些，可能效果较好。毕业实习目前几乎都是放羊，自然没有任何效果。毕业设计现在也成了鸡肋，没有这个环节肯定不合理，有这个环节又达不到人才培养的应有目标。
（二）新型实践教学体系研究
基于目前实践环节现状，本文提出实体实践的实践教学思想。将生产实习时间压缩为两周，将剩余的一周和毕业实习与毕业设计进行整合，整个毕业设计时间增加五周，毕业设计内容在原来的基础上增加缩小比例的实体模型制作部分。题目由毕业老师自行拟定，难度可以适当降低，既可以一人一题也可以两、三人一题，不硬性规定3张零号图量，关键看设计、加工质量。由于涉及到教师、学生和资源等问题，一下子全面实施有一定难度，以一个班的学生为试点开展这种新型的毕业设计模式，经过逐步验证后再全面放开。
（三）科技创新平台建设
目前与机械相关的各种国家级和省级竞赛比较多，但是仅少数学生有机会参与，辐射面太窄，还无法满足机械专业学生实践培养需求。基于此，针对机械设计制造及其自动化专业，从大二开始成立科研兴趣小组，题目类型可以多样化，可以来源于老师科研的需要、也可以来源于生活或校企合作过程中的实际项目。经费也可以通过多种途径集资，如学科经费、教师的科研经费、合作单位资助等。组队方式自由，最好混年级搭配组合，以2~3人为一组。研究周期为一年以上，每半年定期对各科研项目小组进行答辩检查，评出等级，参与者根据所获得的评分等级获得相应学分，并规定每个学生在校期间必须参与1次以上这样的科研实践活动。
三、结束语
本文试图从创新思维的本质特征出发，探索机械大类专业学生创新能力的培养模式。基于创新思维的非线性和自组织性，从课程结构、课程内容、课程实施以及院级实践平台建设等几个方面进行阐述。创新能力培养是一个系统工农业期刊程，山东职称需要紧密结合专业发展特点和学院资源，在长期教学实践中不断探索、深化，希望经过我们若干年的努力可以探寻出一种最佳的培养模式。
作者：廖翠姣 贺兵 邱显焱 单位：湖南工业大学 机械工程学院
