通過科技制作培養大學生的創新能力——以光導瀑布制作為例

李仁芮，馮法軍，李 莉

(1.承德石油高等專科學校社科與數理部，河北承德 067000;2.承德石油高等專科學校機械工程系，河北承德 067000)

1 培養大學生創新能力的意義

創新能力是運用知識和理論，在科學、藝術、技術和各種實踐活動領域中，不斷提供具有經濟價值、社會價值、生態價值的新思想、新理論、新方法和新發明的能力。創新能力是民族進步的靈魂，經濟競爭的核心，建立創新型國家，培養創新性人才是重中之重。

高等院校作為培養造就創新型科技人才的重要基地，如何更有效地培養和造就具有創新意識和創新能力的高技能人才，不斷地為國家輸送高素質的科技人才，這是我們的使命和責任。在培養和造就具有創新意識和創新能力的高技能人才過程中，大學生科技制作是培養大學生創新能力的一種有效途徑，而“挑戰杯”科技制作大賽則成為有效地培養學生的創新能力的重要載體。

2 大學生科技制作與科技創新教育國內外現狀

我國大學生科技創新教育始于上世紀80年代初，期間經歷了啟動、正規和深化三個發展階段。現如今以“崇尚科學、堅持真理、勤奮學習、迎接挑戰”為宗旨的全國大學生“挑戰杯”競賽已成為大學生科技創新教育的一面旗幟，成為高校人才智力資源與社會需求整合的一個平臺［1］。“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽是由共青團中央、中國科協、教育部、全國學聯和地方政府共同主辦。大賽每兩年舉辦一屆，在促進青年創新人才成長、深化高校素質教育、推動經濟社會發展等方面發揮了積極作用。借力于“挑戰杯”大賽，大學生科技制作無論是科技產品的創新還是大學生創新能力培養都已經取得了豐碩的成果。實踐證明:大學生科技制作是培養大學生創新能力的一種有效途徑。

國際上圍繞科技創新教育開展了多項措施，創業計劃競賽是20世紀80年代在美國高校興起的一種以推動成果轉化為目標的活動。在青少年DI創新思維大賽中中國代表隊取得了7項國際大獎。20世紀80年代初，日本就提出要重視科學創造性的研究。德國則完成了一系列有關創新教育的測試量表的編制，英國也一直在深入探討創造性和智力及個性的關系。

3 光導瀑布的制作與創新能力培養

光導瀑布是通過水流傳導光束，將激光與水流融合在一起，直觀效果好像紅色的激光順水而下的一個科技制作作品。

為了更好的培養學生的創新能力，在光導瀑布制作團隊的組建、制作方案的設計與確定、制作材料的選購、安裝調試各個階段都以創新能力培養為目標進行精心設計。

1)按創新團隊要求組建光導瀑布的制作小組，培養學生團隊精神

隨著人的知識更新速度的加快，一項創新，一項成果，很多時候已經不是一個人的力量可以完成的了，而是一個團隊協作的結果。因此，優良的團隊精神是創新的基本條件和必要保證。大局意識、協作精神和服務精神的集中體現。團隊精神的基礎是尊重個人的興趣和成就。核心是協同合作，最高境界是全體成員的向心力、凝聚力，反映的是個體利益和整體利益的統一，并進而保證組織的高效率運轉。光導瀑布的與制作成功也說明了揮灑個性、表現特長保證了成員共同完成任務目標，而明確的協作意愿和協作方式則產生了真正的內心動力。

2)通過自主學習，引導學生自行設計光導瀑布的制作方案，培養創新能力

光導瀑布是利用光由光密介質傳到光疏介質角度合適時會發生全反射的而形成的。

如果激光在水流中形成全反射，激光就可以沿彎曲的水流傳播，看上去就像是水流具有了顏色，即構成了光導瀑布。

在引導學生自行設計光導瀑布的制作方案的過程中，恰當的提出問題可以激發學生的求知欲和創新欲望。例如，通過提出“為什么光能沿曲線傳播”啟發學生聯想到光沿直線傳播，遇到界面會反射折射;又如通過提出“如何讓光反射的多，甚至是全反射，需要什么條件”，“如何使光在水流中傳的更遠”，“如何使水流傳播激光，當水流不是直線時，激光怎樣才能沿曲線傳播”等問題來激發學生求知和創新積極性。在此過程中，特別強調自主學習、自行查閱資料，并及時鼓勵學生堅定信心、克服困難。學生以飽滿的熱情學習了光的全反射原理及激光器的有關知識。搞清了激光打向水柱，要使光線沿水流經多次全反射而傳播，激光入射角要大于水的臨界角，并計算出水的臨界角c=48.6°。小組經過查閱資料、共同研究、反復計算、不斷優化，克服了種種困難，完成了設計方案。通過自主學習提高了創新能力。

3)通過制作材料的選購，培養學生的成本意識

任何一項創造發明都離不開經濟效益，事實上，許多發明創造都是圍繞提高經濟效益進行的。本次光導瀑布的制作總經費為800元人民幣，如果不精打細算就很難完成制作任務。在放手讓學生自主選購制作材料之前，以及采購過程中，時刻提醒學生樹立成本意識，要盡可能提高經費使用效率，這樣所制作的產品才有可能被市場接受，進而培養學生了成本意識。

4)在光導瀑布的安裝調試過程中培養學生的動手能力，進而實現創新能力的培養。

創新是要在實踐中實現。沒有實踐就不能檢驗設計的好壞，更不能評價該設計是否創新。學生沒有實踐機會，缺乏動手能力，也就談不上創新能力的培養。

根據設計，瀑布水柱弧線為60 cm，水流近平拋弧形，使激光與水柱達到最大程度的融合，“彩色水柱”弧長為40 cm，多個“彩色水柱”組成“彩色瀑布”。

水槽采用“透明水槽”，在水槽下方安裝有發光二極管的電路板，實現各色彩燈分時亮滅，使“透明水槽”成為彩色水槽，整個瀑布看起來有一種斑斕奪目的奇異效果。在把事先準備好制作材料(激光器，噴水水箱，接水水槽，水泵，彩燈、彩燈控制電路等)進行組裝時，出現了彩色光柱過短等不滿足設計要求的現象。此時，指導教師及時提示學生思考光導瀑布的理論依據，以及要重點考察影響理論數值效果的重要因素，鼓勵他們不畏困難，堅持就是勝利。制作小組經過反復安裝調試，研究出其水流由一定高度水平方向噴出，水流強度會受重力、空氣阻力等各種因素的影響而減弱。進而，得出了制作要點為:多個激光器聯排;上水箱的噴水孔要與激光很好的對應，激光排的每個激光頭要與每個出水孔分別對齊;設計水下彩色燈光控制電路;調整噴水孔角度;水泵的功率要合適，泵入水箱的水面要超過噴水孔一定高度，但不能滿，以防爆箱。水泵的功率調整，取決于上容水箱和接水容器的尺寸等等。經過反復安裝調試，不但實現了光導瀑布的設計要求，還進一步提高了學生對影響光導瀑布諸因素的全面認識。正是制作過程的反復安裝調試，不但鍛煉學生的動手能力，而且提高了學生創新能力。

該作品獲“挑戰杯”河北省大學生課外學術科技制作競賽一等獎。

4 啟示

1)培養學生大膽創新，勇于突破的能力

制作過程會遇到一個個棘手問題，理論問題、制作問題等等，最后要一一攻克。鼓勵學生敢于幻想，勇于大膽創新。教師在教學活動中啟發學生用知識、技能、方法去分析解決新問題，培養學生的觀察能力、思維能力和創新能力。

2)創造條件、把握機會，培養學生的探索精神培養。

教師在科學教學活動中多方創造條件，讓學生在活動中探索規律，把握機會，發現真理。

3)開展科技制作，激發學習興趣，調動學習的積極性

制作一個科技作品需要的知識不是單一的，促使同學要掌握更多的相關知識，需要查大量的相關知識和材料，激發了求知欲，增加了學習興趣。

4)通過科技制作，將所學知識用于實際，提高創新能力

科技制作需要學生通過思考和動手完成，制作過程堅持以實踐性為主的原則，所以能夠引導學生發現問題、自己動手解決問題，掌握基本技能，獲得必要的科學經驗和創新思維，提高創新能力。

5)通過科技制作，培養同學的自信心和成就感

既然是創新，必然存在很大的難度，當同學完成作品時，回想制作過程，會覺得沒有克服不了的困難，增強了自信心，由然升起一種成就感，會對今后的工作和學習產生很大的動力。

6)通過科技制作，培養學生綜合能力

通過科技制作，培養學生的自學能力、組織能力和豐富的想象能力，培養學生嚴謹求實的作風，有助于培養和提高學生的創新思維和創新能力。

為了更好地研究如何通過科技創新制作培養學生的創新能力，由本人主持的省教育科學規劃項目“以科技制作為載體培養高職院校學生的創新能力的研究與實踐”正在研究和實施階段，課題研究如何調動學生參加科技制作的積極性、開展創新選題、研究在科技制作過程中教師的指導方法。研究如何強化學生制作過程的設計、制作、技術、創新理念。通過該課題的研究與實踐，建立一整套吸引和激勵大學生參與科技制作的政策和實施方案。

［1］單耀軍，張小升.論高校大學生科技創新教育的問題及對策——從全國大學生“挑戰杯”競賽看高校科技創新教育的新發展［J］.教學研究，2008，31(2):140 －142.