机械专业学生创新与成果保护能力培养研究与实践

贺秋冬，王思琪，徐 攀

(湖北工程学院 机械工程学院 湖北 孝感 432000)

创新是科技发展的基础，是国家强盛的不竭动力[1]，创新教育已成为大学生科学文化素质教育乃至整个高等教育的主旨和核心[2]。2017年教育部在新工科建设指南中提出了“树立创新型工程教育理念，提升学生工程科技创新、创造能力”的意见[3]，创新能力的培养成为高校机械专业人才培养的一个根本目标。创新能力提高的一个重要标志是创新成果的增长。随着学生创新能力的提高，他们的创新成果大量涌现，但很多学生成果保护意识不强，创新成果专利化比率低，其创新成果没有得到很好的保护。如笔者所在学校机械专业学生2011年9月至2016年8月的5年内仅申请专利5项。其他学校也有这种情况，如某国家重点大学在培养学生工程创新能力方面收效显著，但2017年他们统计机电工程学院近5年学生获得的专利也只有5项[4]。作为科学技术成果的一种重要表现形式——专利被学术界认为是技术创新与技术进步的一项强有力的指标[5]，学生的创新成果如果转化为专利成果，不仅起到成果保护的作用，也是对他们的创新成果的进一步肯定，有利于这些成果的宣传与运用，使之发挥应有的经济效益和社会效益。同时，学生能获得应有的成就感，反过来进一步激发他们的创新热情，促进其创新能力进一步提高。总而言之，在技术创新成果专利化—专利标准化—标准垄断化模式已成为新一轮国际竞争的主要路径之一[6]、知识产权在国家经济社会发展全局中的地位和作用显著提升[7]的今天，培养学生对知识产权创造、开发、保护、管理的意识和综合素质，在高校创新型人才培养中具有重要的现实意义[8]。本研究以笔者所在学校机械工程学院学生为研究对象，探索在提高机械专业学生创新能力的基础上，提高成果保护意识与能力的途径。

1 加强学生创新意识与创新能力的培养

1.1 从新生入学开始创新教育

创新能力的形成需要一个较长的过程，由认识到实践循序渐进[9]，不可能速成，因此，创新教育有必要从新生入学开始并贯穿大学学习阶段的全过程。低年级学生以创新意识和创新思维培养为主，高年级学生以解决工程问题能力培养、形成创新成果为主。学生在进入本科学习阶段以前，虽然学习过一些关于创新的知识，了解一些创新的基本概念，但中学阶段繁重的作业和升学压力，使他们缺少创新实践的时间和机会。进入大学后，尽管他们能自由支配的时间比中学多了很多，但是，很多人觉得创新高大上，离自己还很遥远，对创新缺乏信心，总想等过一段时间再说，从而错过了创新能力培养的机会。为了实行全程创新能力的培养，我们在新生入学时就开始抓创新教育，新生的入学教育内容中包括创新的基本概念、目的与意义、介绍往届学生的创新成果、参观往届学生的优秀创新作品实物等，使学生初步了解创新的方法与过程，消除他们对创新的畏难情绪。

1.2 制定创新型人才培养方案

根据笔者所在学校“培养具有社会责任感、创新精神和实践能力的应用型高级专门人才”的人才培养总目标，结合机械工程学院的特点，制定有利于培养学生创新能力的培养方案。在机械专业人才培养方案中，明确提出，要着力培养学生的创新能力，使学生在掌握机械专业知识的同时掌握基本的创新方法、机械发明与知识产权保护等知识。该培养方案的教学进程表中，设置了通识必修课——创新创业基础，课程的主要内容之一就是大学生创新精神和能力培养；设置了机械创新设计课程，这是一门以培养学生创新意识、启发创新思维和介绍创新方法的专业选修课；培养方案还在毕业条件中规定学生课外的创新创业实践活动不低于4学分，这些活动每学期认定一次，申请专利、参加创新创业实践活动等可折算为学分，有利于培养学生主动进行创新实践的能力。

1.3 课堂教学与创新活动相结合

在课堂教学中，我们结合学生的创新需求讲授有关教材内容。例如在第六届全国大学生机械创新设计大赛(内容为教室用设备和教具的设计与制作)申报期间，我们在讲授机械原理课程的凸轮机构时，每种凸轮机构使用了一个教具，这些教具重量大、体积大，携带不方便，于是启发学生，可以联系创新方法中的组合创新，结合竞赛要求设计一种组合教具，结果有学生设计了一种将7种凸轮机构教具组合在一起的凸轮机构教具，减少了教具的总重量和体积，便于携带，该设计获授权实用新型专利。又如在学生构思无碳小车的设计(第四届全国大学生工程训练综合能力竞赛内容)期间，在讲授机械设计课程中的滚动轴承时，结合无碳小车可能用到的结构和零件进行讲解。学生在无碳小车的设计与制作过程中，为了减轻小车的重量，采用了内径2-3 mm的微型滚动轴承，经多方查找，市场上没有合适的能与之配套的轴承座。于是，我们指导学生自己设计了一种结构简单的微型滚动轴承座，该设计获授权发明专利。

1.4 实践教学与创新活动相结合

1)在课程设计中引入创新内容。机械专业的多门课程都有综合性实践教学环节——课程设计。传统的课程设计都有固定的设计内容，如机械设计课程设计是对机械专业学生进行的一次机械设计训练，培养大学生分析和解决工程设计能力[10]，要求学生综合运用机械设计课程和其他先修课程的知识分析和解决机械设计问题，使学生所学知识进一步巩固和深化。该课程设计现有很多种不同版本的教材或指导书，主要设计内容都是机械传动系统中的减速器。由于设计内容雷同，网上大量的相同设计可以下载，计算过程、设计说明书和图纸都有现成的，很多学生下载后稍作修改就行了，对学生的创新要求不高。针对这种情况，我们将教师的科研课题、校企合作项目或由教师确定的其他适合学生做的内容补充到课程设计中，学生可以自拟题目，经教师审查工作量、可行性后可批准其作为课程设计的内容。由于课程设计时间较长，且全过程都有教师在现场指导，方便及时解决设计中遇到的问题，这给学生提供了进行创新设计、提升创新能力的大好机会。如“对旋轴流式通风机的设计”“具有不同润滑液面高度的齿轮减速器的设计”“对旋轴流局部通风机及通风系统设计”“双级轴流式通风机及通风机组件”“传动装置及驱动设备”“一种旋转书架”等创新设计成果都是在该教学环节完成的。

2)在毕业设计中引入创新内容。毕业设计是机械专业实践性教学的最后一个环节，旨在提高学生综合运用所学理论、知识和技能解决实际工程问题的能力。题目和设计要求通常由教师确定，为了培养学生的创新能力和解决实际问题的能力，教师在出题时尽可能多出与生产、科学研究任务结合的现实题目，少出或不出虚拟题目。如机械专业2019届毕业的学生中多人选择了校企合作项目——一种全自动香菇接种机设计，在老师的带领下，学生进行了市场调查，走访了用户，了解了现有同类设备使用情况，结合生产企业的厂房设备状况，与企业技术人员、指导老师共同确定了总体设计。施工设计在老师指导下由学生完成，设计内容既有分工，又有协作。设计主要工作在企业完成，设计过程中师生与企业科研人员可以直接接触和交流，不断对设计进行完善与补充。在按时完成企业设计任务的同时，学生也完成了自己的毕业设计，还申请了“一种菌包打孔装置”“一种香菇接种方法”“一种香菇自动接种机”等多项专利。还有如“三级轴流式通风机及通风系统的设计”“车载存放装置及自行车的设计”“机器视觉测量装置的设计”“一种纸栈板的纸板包边系统及包边方法”等毕业设计中完成的创新成果也都是教师的科研项目内容。

1.5 引导学生参加科研立项和科技竞赛

1)为营造良好的科研氛围，培养大学生的创新精神和实践能力，推动学生课外学术科技活动的蓬勃开展，学校每年都会开展多项科研创新活动。主要有一年一度的大学生科研立项，130项左右，其中有适合机械专业学生申报的机械与控制类项目，近年主要成果有“双层自行车车库”“一种晾鞋架”“一种螺纹车刀夹具及车床”等；还有年度“大学生创新创业训练计划”项目，100项左右。近年机械专业学生的主要成果有“医院专用多功能治疗车”“一种自行车货架”“高效对旋轴流式通风机及通风系统”“同轴式圆柱齿轮传动装置”等。

2)科技竞赛是培养学生创新能力的一种重要方式。适合机械专业学生参加的科技竞赛很多，如教育部高等学校机械学科教学指导委员会主办的“全国大学生机械创新设计大赛”、教育部高等教育司举办的“全国大学生工程训练综合能力竞赛”、教育部等主办的“互联网+大学生创新创业大赛”、教育部学校规划建设发展中心主办的“应用型人才技能大赛”，共青团中央、中国科协、教育部等多部门举办的“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛等。近年机械专业学生的主要创新成果有“高楼逃生用降落装置及消防应急逃生装置”“可自收集的手动苹果采摘器”“一种苹果人工采摘机械装置”“停车架及自行车立体停车系统”“薄膜铺设组件及薄膜铺设装置”等。此外，我们还组织学生积极参与学校与当地政府共同举办的如“金点子”“创新创业路演”等创新创业活动。这些大赛和创新创业活动对激发大学生的创新意识、学会创造性思维、创造性地解决实际问题起到了重要作用，成为学生创新成果的来源之一。

1.6 提供更好的创新实践环境条件

为提高学生的创新能力，除了必须为学生提供解决实际工程问题、参与创新设计和科学研究与工程项目的机会，更要提供优越的环境条件。为此，我们创建了开放式的实验室与机械专业创新创业实训中心组成的创新实践平台，购置了价值数百万元的学生创新设计与制作需要的3D打印机、智能机器人、数控机床、三坐标测量仪等仪器和机械加工设备。学生的创新设计，很快就能通过机械加工设备或3D打印机把模型或实物制作出来，为验证、修改、完善设计创造了很好的条件。例如，学生在无碳小车制作时，很多复杂零件在完成3维造型后，使用3D打印机制作，不仅缩短了制作时间，降低了制作成本，而且操作比普通机加工设备的人身安全性高。学生创新过程需要的实验数据、实物制作都是通过该平台完成的。通过创新实践平台，学生能加工出自己设计的实物，获得真实的实验结果，为进一步验证、改进创新设计提供了依据，有利于激发学生的探索和学习兴趣，在实践过程中提高创新能力。

2 培养学生的成果保护意识与成果保护能力，促进创新成果专利化

2.1 开展创新成果和知识产权的宣传活动

为研究成果提供宣传是鼓励创新的一个重要方式，能提高专利数量和质量。在笔者所在学校机械工程学院的宣传栏和网站，全年都能看到定期更新的对学生创新成果与专利成果的宣传内容。此外，通过举办专利知识宣传、专利先进表彰等宣传活动，在师生中推动形成“尊重知识产权、保护知识产权、从知识产权保护中受益”的氛围。

2.2 专利讲座、课堂教学与教师指导相结合

机械专业大部分学生知识产权知识欠缺，专利保护意识薄弱，缺乏对专利文献检索和分析的技能，很多学生在创新实践中，虽然有了好的创新成果，但他们不知道如何认定其是否有新颖性、创造性和实用性，是否适合申请专利，也不知道申请文件如何撰写、申请的步骤怎样等，丧失了获得知识产权的机会。为此，我们的做法是：

1)聘请专利代理公司或当地知识产权局的专家给师生作讲座，介绍专利制度的形成和发展、专利战略、专利申请的客观和实质条件、申请的程序、专利说明书以及权利要求的撰写、可能发生专利侵权的情况等专利知识。

2)设置了专业选修课——文献检索，在课堂教学中通过案例教学、系统演示、实例研讨等多种教学方法，提高学生对专利文献的收集、整理、加工和运用能力。

3)由熟悉专利相关知识的教师对学生进行具体帮助与指导，使学生在创新成果专利化过程中遇到的各种问题能得到及时解决。

2.3 定期举办学术沙龙活动

在机械工程学院内部，由团支部和学生工作办公室组织学生定期举办学术沙龙，邀请企业专家、创业成功校友、指导学生创新活动经验丰富的本校教师进行交流互动，请专家联系所在企业介绍产品创新及专利保护的重要性及所在企业专利的申请、实施、产生的效益等情况，并请专家和教师对学生的创新设计方案进行点评。通过举办学术沙龙活动，不仅让学生增强了在科研、创新创业、知识产权保护方面的学识与能力，还增加了与企业家、专业教师沟通互动的能力。因为这种方式生动活泼，弥补了创新教育中课堂教学的不足，效果比课堂讲授更好。

2.4 发挥学生传帮带作用

高年级学生，特别是大四的学生面临考研、就业，即使有了创新成果或者创新设计的方案，他们毕业前来不及将其转化成专利成果，可能放弃转化；低年级的学生有时间，也有热情，但是创新能力不足，没有创新成果或有创新成果不知道如何转化成专利。于是我们采用高低年级之间学生传帮带的办法。将那些已有专利成果申请成功经验或已有创新成果的高年级学生和低年级学生组合成项目研究小组，由高年级学生对低年级学生进行传帮带，成果合作完成，共同署名。如专利“三级轴流式通风机及通风系统”“一种物品固定装置及管件上的固定装置”“一种香菇自动接种机”等都是高年级学生的毕业设计内容，因有低年级学生参与，高年级学生毕业时还没有完成专利申请的，低年级学生继续完成专利申请。第八届全国大学生机械创新设计大赛的创新成果“可自收集的手动苹果采摘器”“自行车停车架及折伞式停车系统”“停车架及自行车立体停车系统”等都是通过传帮带的方式完成参赛与专利申请的。通过传帮带的方式既解决了高年级学生来不及成果专利化的问题，又解决了低年级学生创新能力不足或有创新成果不会专利化的问题。

2.5 资金支持、物质奖励与精神鼓励相结合

1)学校对每年经评选立项的130项左右的校级学生科研项目及100项左右的创新训练计划项目给予资金、平台、安排指导教师等全方位的支持，鼓励学生利用项目研究成果申请专利，结题后专利申请费用予以报销。

2)举办各种创新创业活动，对获奖学生进行表彰，并给予物质奖励。如学生的专利成果“薄膜铺设组件及薄膜铺设装置”在学校举办的“金点子”大学生创业创意大赛获得一等奖并获奖金2000元，在学校与当地政府共同举办的创新创业项目路演活动中获创新创业奖并获奖金5000元。

3)对取得专利成果的学生及时进行宣传与表彰，并在评优评先(如三好学生、优秀学生干部、优秀毕业生、奖学金评定等)时，同等条件下优先。

4)对专利申请按项计算创新活动学分，使学生在完成专利申请的同时，完成学习任务。

5)鼓励教师对学生进行专利申请的指导。学校对在创新实践活动中学生获奖或授权专利的指导教师，根据获奖的级别或授权专利的类别，给予不同的课时补贴或奖金，充分发挥教师的积极性。

3 研究成果应用效果

本研究开展以来，在笔者所在学校机械专业教学过程逐步应用并不断完善，机械专业学生创新意识和能力逐步提高，创新成果数量明显增长、质量明显提高，特别是创新设计转化为专利成果的能力大幅增强。

经统计，2011年9月至2016年8月本研究开展前的5年内，机械专业学生申请专利仅5项，其中发明专利1项，实用新型专利4项；而2016年9月至2019年8月本研究开展后3年内，机械专业学生申请专利达到44项，其中发明专利10项，实用新型专利34项。图1为本研究开展前后专利申请数对比图。

图1 研究开展前后专利申请数对比图

从图1可以看出，本研究开展前年均申请专利1项，本研究开展后，年均申请专利14.7项，研究开展后的年均专利申请数为研究开展前年均申请数的14.7倍，年均专利申请数大幅度增长。从图1还可以看出，本研究开展前年均申请发明专利0.2项，研究开展后，年均申请发明专利3.3项，后者为前者的16.5倍，增长幅度更大。

本研究项目开展前，学生申请的专利成果中发明专利占比20%，实用新型专利占比80%；而研究项目开展后，发明专利占比23%，实用新型专利占比77%。研究开展后发明专利的占比提高了，说明专利成果的质量也得到提升。

专利成果的运用情况如图2所示。由图2可知，有11项应用于学生科技竞赛，占比25%；有1项提供给事业单位使用(合作项目成果)，占比2%；有8项提供给生产企业使用(合作项目成果)，占比18%；有1项由发明人自主创业使用，占比2%；其他23项暂未运用，占比53%。由此可见，成果目前的转化率还有待提高。

图2 研究开展后学生专利运用情况

专利成果的取得还对学生在就业、创业与考研等方面有直接帮助。如一名学生因熟悉专利的相关知识，且有自己的专利成果，毕业时被一家知识产权公司录用从事知识产权工作；一名毕业生运用自己在学校的专利成果自主创业；多名毕业生考研时因有自己的专利成果被优先录取。

4 结语

以笔者所在学校机械工程学院学生为研究对象，通过对学生创新意识与创新能力、成果保护意识与能力培养的研究与实践，结果如下：

1)从新生入学开始进行创新教育、制定创新型人才培养方案、课堂教学与创新活动相结合、实践教学与创新相结合、引导学生参加科研立项和科技竞赛、提供更好的创新实践环境条件等方法，有利于学生的创新意识与创新能力的提高，多出创新成果。

2)通过开展知识产权和创新成果的宣传活动，专利讲座、课堂教学与教师指导相结合，举办学术沙龙活动，发挥学生传帮带作用，资金支持、物质奖励与精神鼓励相结合等方式，提高了学生的成果保护意识与成果保护能力，促进了创新成果专利化，提高了专利成果的数量和质量。

3)学生的专利成果转化率还有待提高，今后的研究需进一步关注学生专利成果的推广和运用，如通过大学生创业基地、校企共同开发、学生专利成果孵化器等方式，提高科技成果的转化率，促进其商业化，更好地发挥其经济价值。