指導(dǎo)大學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)與思考

曾真　呂亞清　王為國(guó)　楊紅

摘 要 大學(xué)生課外科技活動(dòng)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在高校大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過(guò)程中起到不可低估的作用。本文對(duì)作者近年來(lái)指導(dǎo)大學(xué)生參與各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽并獲獎(jiǎng)作品的實(shí)施過(guò)程進(jìn)行了分析和總結(jié)，得出一些經(jīng)驗(yàn)和有效途徑：（1）它山之石，可以攻玉，合適地引導(dǎo)學(xué)生延伸創(chuàng)新外沿，以多樣化的手段和方法突破創(chuàng)新難度和高度。（2）指導(dǎo)教師落實(shí)全方位指導(dǎo)，包括決策、組織、技術(shù)及心理等，促進(jìn)課外科技活動(dòng)的有效開(kāi)展。文章最后對(duì)新時(shí)代特征對(duì)大學(xué)生課外科技活動(dòng)的要求進(jìn)行了思考。

關(guān)鍵詞 大學(xué)生 課外科技活動(dòng) 創(chuàng)新實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.01.014

Abstract College students' extracurricular scientific and technological activities play an important role in the training of university students' scientific and technological innovation ability. This paper analyzes and summarizes the implementation process of the author's guiding college students to participate in various innovative design competitions and winning works in recent years， and obtains some experience and effective ways， we should guide students to extend the outer edge of innovation and break through the difficulty and height of innovation by various means and methods： stones from other mountains can be used to attack jade; The guidance teachers implement all-round guidance， including decision-making， organization， technology and psychology， to promote the effective development of extracurricular scientific and technological activities; finally， the paper reflects on the requirements of the new era for college students' extracurricular scientific and technological activities.

Keywords college students; extracurricular scientific and technological activities; innovative practice

0 前言

創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂，是國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力，作為承擔(dān)著培養(yǎng)大學(xué)生科技創(chuàng)新能力重任的高等院校，近年來(lái)在人才培養(yǎng)模式的改革道路上，進(jìn)行了不斷的探索和嘗試。以大學(xué)生課外科技活動(dòng)為代表的創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到了蓬勃發(fā)展，并成為高校培養(yǎng)大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的重要組成部分。

課外科技活動(dòng)是高校大學(xué)生在學(xué)校的倡導(dǎo)支持下和指導(dǎo)老師的幫助下，利用課余時(shí)間，立足專業(yè)知識(shí)和技能，以拓寬知識(shí)、開(kāi)發(fā)智力、培養(yǎng)能力、發(fā)揮特長(zhǎng)為目的所開(kāi)展的科技制作、科技發(fā)明、科技服務(wù)和學(xué)術(shù)交流等系列活動(dòng)。自首屆課外科技活動(dòng)（挑戰(zhàn)杯為代表）開(kāi)展至今已有近三十年之久，在增強(qiáng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、提高大學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新素質(zhì)、培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)精神和團(tuán)隊(duì)合作精神等方面起到了不可低估的作用。隨著時(shí)代的變遷和課外科技活動(dòng)的廣泛持續(xù)開(kāi)展，也不斷出現(xiàn)著一些新問(wèn)題，就目前而論，創(chuàng)新不足、創(chuàng)新思維出現(xiàn)瓶頸，實(shí)施過(guò)程中多種因素的干擾、重學(xué)生參與、輕教師參與等現(xiàn)狀仍是比較突出且需亟待解決完善的問(wèn)題。參與各類創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽并獲獎(jiǎng)是大學(xué)生課外科技活動(dòng)成果的重要呈現(xiàn)形式，本文對(duì)作者近年來(lái)指導(dǎo)大學(xué)生參與各類創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽并獲獎(jiǎng)作品的實(shí)施過(guò)程進(jìn)行了分析和總結(jié)，并對(duì)新時(shí)代特點(diǎn)下大學(xué)生課外科技活動(dòng)的要求進(jìn)行了思考。

1 指導(dǎo)大學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)

1.1 指導(dǎo)大學(xué)生參與各類創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽并獲獎(jiǎng)的作品簡(jiǎn)介

全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽自2004年首屆開(kāi)展以來(lái)，已成為國(guó)內(nèi)最具影響力、培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)效果顯著的大學(xué)生競(jìng)賽項(xiàng)目之一，深受到各大高校師生的廣泛關(guān)注和積極響應(yīng)。作者近年來(lái)指導(dǎo)大學(xué)生參與全國(guó)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽并獲獎(jiǎng)的作品如下：第五屆（2012年）大賽主題是“幸福生活——今天和明天”，以休閑娛樂(lè)機(jī)械和家庭用機(jī)械的設(shè)計(jì)和制作為內(nèi)容，本小組設(shè)計(jì)制作了一款適用于小居室，輕便靈活，實(shí)用價(jià)低的多功能家具，榮獲省三等獎(jiǎng)，獲批一項(xiàng)實(shí)用新型專利。第六屆（2014年）的主題為“幻·夢(mèng)課堂”;內(nèi)容為“教室用設(shè)備和教具的設(shè)計(jì)與制作”，本小組設(shè)計(jì)了一款教、學(xué)、研智慧實(shí)驗(yàn)箱，快樂(lè)學(xué)習(xí)，動(dòng)手實(shí)踐，高效課堂，榮獲省二等獎(jiǎng)。第七屆（2016年）大賽主題為“服務(wù)社會(huì)—高效、便利、個(gè)性化”，內(nèi)容為“錢幣的分類、清點(diǎn)、整理機(jī)械裝置;不同材質(zhì)、形狀和尺寸商品的包裝機(jī)械裝置;商品載運(yùn)及助力機(jī)械裝置”，本組作品為“自動(dòng)連續(xù)式硬幣分理機(jī)”，題目一目了然，自動(dòng)化高，但制作復(fù)雜，加工難度大，最終獲得省二等獎(jiǎng)，該成果于2019年獲批國(guó)家發(fā)明專利一項(xiàng)。“多功能自動(dòng)控制攪拌釜實(shí)驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”是我院研究生參加的中國(guó)大學(xué)生機(jī)械工程創(chuàng)新創(chuàng)意大賽“三聚福大杯”第九屆過(guò)程裝備實(shí)踐與創(chuàng)新大賽的作品，該作品集教、學(xué)、研于一體，計(jì)算、測(cè)試、分析量大，制作難度大，最終獲得全國(guó)三等獎(jiǎng)。

1.2 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1.2.1 創(chuàng)新是永恒的主題，合適引導(dǎo)學(xué)生延伸創(chuàng)新外沿

全國(guó)各類大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐及設(shè)計(jì)大賽已舉辦多屆，涉及社會(huì)、生活的方方面面，每屆都是數(shù)千個(gè)作品參賽，要在大賽中脫穎而出，創(chuàng)新依然是根本，如何突破創(chuàng)新的難度是每位參賽隊(duì)員和指導(dǎo)老師首先要解決的問(wèn)題。本文以2012-2016年三屆機(jī)械創(chuàng)新大賽及2018年第九屆過(guò)程裝備實(shí)踐與創(chuàng)新大賽為例做如下總結(jié)：

它山之石，可以攻玉。作品“自動(dòng)連續(xù)式硬幣分理機(jī)”的進(jìn)口裝置的初步設(shè)計(jì)曾設(shè)計(jì)過(guò)三個(gè)方案;帶斜坡的階梯漏斗、垂直階梯漏斗、重力曲面漏斗，為避免硬幣進(jìn)口卡頓，進(jìn)行了數(shù)十次手工試驗(yàn)，試驗(yàn)一次，改進(jìn)一次，不斷完善，最終確定為重力曲面;硬幣分類部分也設(shè)計(jì)了幾套方案;電池分類原理、凸輪分類機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，鏈條傳輸機(jī)構(gòu)，經(jīng)過(guò)反復(fù)計(jì)算和仔細(xì)推敲，最終確定為鏈條傳輸機(jī)構(gòu)，重力曲面借鑒了重力驅(qū)動(dòng)賽車的方式，無(wú)須額外動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，而鏈條傳動(dòng)方式的想法借鑒了自行車、藥品貼簽機(jī)中廣泛采用的傳動(dòng)方式，最終保證了運(yùn)行的連續(xù)穩(wěn)定性和分離效率。這兩項(xiàng)設(shè)計(jì)在硬幣分理裝置的文獻(xiàn)中都未曾報(bào)道，本項(xiàng)目均申請(qǐng)了相應(yīng)專利，也成為比賽中得亮點(diǎn)，并獲得專家好評(píng)。

加工、制造方法創(chuàng)新。“多功能家具”是一款能實(shí)現(xiàn)沙發(fā)、單人床及爬梯于一體的適合小居室的多功能家具，一步折疊到位，一步伸縮功能到位，題意有新意，但如何實(shí)現(xiàn)是個(gè)難題，加工、安裝經(jīng)過(guò)廣泛查閱資料，反復(fù)推敲，終于想到了雙鉸鏈結(jié)構(gòu)，這個(gè)想法來(lái)自農(nóng)村的范同學(xué)突然想到家里一農(nóng)具有這個(gè)鏈接方式，后來(lái)發(fā)現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)的腳手架中采用較多，把兩個(gè)垂直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)巧妙地連接在一個(gè)部位，最終實(shí)現(xiàn)了多功能家具的功能展示，同樣也成為比賽的亮點(diǎn)。

制造材料創(chuàng)新。自動(dòng)連續(xù)式硬幣分理機(jī)的零件非常之多，大大小小有兩百多個(gè)零件，設(shè)計(jì)為保障強(qiáng)度、剛度、可靠性，大多考慮的金屬材件，但實(shí)際制造加工時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不少，機(jī)械創(chuàng)新大賽鍛煉的是學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，要求學(xué)生自己動(dòng)手加工制作，為節(jié)省成本，所以作品一般選擇校內(nèi)工廠，少量外協(xié)，該作品加工時(shí)發(fā)現(xiàn)校內(nèi)加工能力和條件很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，尤其是材料采用金屬，非常細(xì)小的零件靠校內(nèi)設(shè)備進(jìn)行切、鉆、銑等根本無(wú)法加工出來(lái)，經(jīng)過(guò)思考，決定采用塑料制品，3d打印出細(xì)小零件，取代原來(lái)的金屬制品，兩種不同材質(zhì)的連接變焊接為螺栓可拆連接結(jié)構(gòu)，既節(jié)省了時(shí)間，又減輕了設(shè)備重量，解決了焊接難題，滿足了功能需要。

計(jì)算方法或軟件應(yīng)用創(chuàng)新。課外科技活動(dòng)的作品設(shè)計(jì)中會(huì)出現(xiàn)各類復(fù)雜工程計(jì)算問(wèn)題，挖掘出一些具有創(chuàng)新性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的計(jì)算方法應(yīng)成為所有參賽者追求的目標(biāo)，通過(guò)大量的理論分析及數(shù)值模擬的對(duì)比，可以取得好的成效。比如，“多功能自動(dòng)控制攪拌釜實(shí)驗(yàn)臺(tái)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”是中國(guó)大學(xué)生機(jī)械工程創(chuàng)新創(chuàng)意大賽“三聚福大杯”第九屆過(guò)程裝備實(shí)踐與創(chuàng)新大賽的作品，在該作品的實(shí)施過(guò)程中，采用了基于MCGS計(jì)算組件開(kāi)發(fā)了攪拌軸端撓度測(cè)量系統(tǒng)，計(jì)算方法先進(jìn)適用，也成為比賽的亮點(diǎn)之一，作品最終榮獲國(guó)家三等獎(jiǎng)。

1.2.2 全方位指導(dǎo)，應(yīng)對(duì)科技創(chuàng)新活動(dòng)過(guò)程中的多種因素的干擾

大學(xué)生課外科技活動(dòng)，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，影響因素眾多而且周期較長(zhǎng)，實(shí)施過(guò)程中會(huì)遇到很多意想不到的困難。以“自動(dòng)連續(xù)式硬幣分理機(jī)”的參賽過(guò)程為例，大賽從當(dāng)年3月啟動(dòng)到次年5月正式比賽將近一年多的時(shí)間里，完成了立意篩選、方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)、學(xué)校選拔、產(chǎn)品制作、正式比賽七大環(huán)節(jié)，期間發(fā)生過(guò)學(xué)校差額淘汰壓力、意味著辛苦了幾個(gè)月被校賽淘汰，無(wú)法出線參加省賽;三年級(jí)隊(duì)員考研壓力，人手不足;隊(duì)員個(gè)性差異導(dǎo)致不團(tuán)結(jié)、甚至退賽的尷尬境界;制作加工條件限制、經(jīng)費(fèi)壓力等等。作為指導(dǎo)老師，本屆大賽之前曾指導(dǎo)過(guò)多屆大賽，對(duì)大賽的整個(gè)過(guò)程比較了解，在碰到技術(shù)難題時(shí)，與隊(duì)員們仔細(xì)研究、分析原因，向書本、向有經(jīng)驗(yàn)的其他老師請(qǐng)教，在遇到可能被淘汰產(chǎn)生退縮局面時(shí)，鼓勵(lì)大家迎難而上、勇敢面對(duì)，在大家因個(gè)性差異不團(tuán)結(jié)影響進(jìn)度時(shí)，及時(shí)與大家交心談心、解除心理負(fù)擔(dān)，在遇到經(jīng)費(fèi)不足時(shí)，主動(dòng)出資，解決困境。該項(xiàng)目經(jīng)過(guò)了放棄、撿起、又放棄、再撿起幾個(gè)輪回，好事多磨，作品最終于2016年5月獲得湖北省賽區(qū)二等獎(jiǎng)的好成績(jī)，該成果于2019年獲得國(guó)家發(fā)明專利一項(xiàng)，[10]取得成績(jī)的那一刻，隊(duì)員們流下了眼淚。

在實(shí)際創(chuàng)新活動(dòng)中，有很多教訓(xùn)，很多好的想法因各種原因半途而廢，沒(méi)有走到最后，令人惋惜。因此，在比賽的整個(gè)過(guò)程中，指導(dǎo)老師要全方位指導(dǎo)，決策、組織、技術(shù)、心理多方面不能缺位，而且還要有極大的責(zé)任心、耐心和擔(dān)當(dāng)精神，與大家共同應(yīng)對(duì)科技創(chuàng)新活動(dòng)的不利因素的干擾。

2 新時(shí)代背景下對(duì)大學(xué)生課外科技活動(dòng)的要求和思考

2.1 知識(shí)爆炸的時(shí)代要求

首先，21世紀(jì)，人類進(jìn)入了知識(shí)爆炸的時(shí)代，一個(gè)無(wú)所不知的時(shí)代。知識(shí)更新的速度越來(lái)越快，知識(shí)倍增的周期越來(lái)越短，經(jīng)濟(jì)全球化、現(xiàn)代化、世界市場(chǎng)化，迫切要求我們轉(zhuǎn)變思維方法和學(xué)習(xí)方法，做到與世界接軌，與信息同步，生活在這樣一個(gè)時(shí)代，任何人都必須不斷學(xué)習(xí)，更新知識(shí)，應(yīng)對(duì)未來(lái)。因此，掌握知識(shí)的多少已經(jīng)不是最重要的，授之以魚不如授之以漁，讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的方法、學(xué)會(huì)思考是高等教育的核心所在。其次，知識(shí)爆炸的年代，專業(yè)分支越來(lái)越細(xì)化，研究越來(lái)越深入，必定要求技術(shù)水平越來(lái)越精益求精，指導(dǎo)老師必須具備更高的專業(yè)素養(yǎng)、知識(shí)儲(chǔ)備和敏銳的分析判斷能力，而且，隨著專業(yè)的細(xì)化，為適應(yīng)科技飛速發(fā)展的要求，必然導(dǎo)致學(xué)科交叉融合，只有分工協(xié)作，才能共同完成科技攻關(guān)。因此，知識(shí)爆炸時(shí)代的大學(xué)生課外科技活動(dòng)不僅應(yīng)體現(xiàn)勇于創(chuàng)新、追求卓越的斗志，而且要把終身學(xué)習(xí)、不斷探索、永無(wú)止境的精神融入其中，把個(gè)性化、自主性、合作性的學(xué)習(xí)方式有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)。

2.2 工程教育改革的要求

工程改變世界、行動(dòng)創(chuàng)造未來(lái)，中國(guó)工程教育經(jīng)歷了百余年歷程，培養(yǎng)了無(wú)數(shù)工程師、建設(shè)者。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)開(kāi)始實(shí)施“中國(guó)制造2025重大戰(zhàn)略，積極推進(jìn)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)”的轉(zhuǎn)型升級(jí)，工程教育全球化備受教育界關(guān)注，新的目標(biāo)已經(jīng)制定，到2020年，探索形成新工科建設(shè)模式，到2030年，形成中國(guó)特色、世界一流的工程教育體系，到2050年，形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式，建成工程教育強(qiáng)國(guó)，世界工程創(chuàng)新中心和人才高地。因此，培養(yǎng)高素質(zhì)的現(xiàn)代工程技術(shù)人才迫在眉睫。[8][9]

工程教育的最大特點(diǎn)是理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，而課外科技創(chuàng)新活動(dòng)則更側(cè)重于實(shí)踐，更注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，在實(shí)現(xiàn)從科學(xué)知識(shí)型向科學(xué)知識(shí)實(shí)用技能型轉(zhuǎn)化的過(guò)程中兩者作用應(yīng)是一致的。工程教育的最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)，包括工程實(shí)施能力（設(shè)計(jì)和實(shí)施，分析與概括，實(shí)踐動(dòng)手能力，創(chuàng)新能力等）和優(yōu)秀的個(gè)人素質(zhì)（責(zé)任心，自信心，領(lǐng)導(dǎo)組織能力，溝通能力，團(tuán)隊(duì)合作精神，敬業(yè)精神，職業(yè)道德，靈活性，終身學(xué)習(xí)能力等），因此，大學(xué)生課外科技活動(dòng)應(yīng)與程教育理念環(huán)節(jié)聯(lián)系起來(lái)，以優(yōu)秀工程人才培養(yǎng)為導(dǎo)向，用工程教育的理念和思想指導(dǎo)大學(xué)生課外科技活動(dòng)的過(guò)程管理。

3 結(jié)語(yǔ)

科技型、實(shí)踐性和探索性是創(chuàng)新的主要特征，創(chuàng)新是永恒的主題，在大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐征程中，只有以多種手段和方法探究創(chuàng)新途徑，合適引導(dǎo)學(xué)生延伸創(chuàng)新外沿，借它山之石、巧妙的加工、制造方法、創(chuàng)意的制造材料、先進(jìn)計(jì)算方法及有效的應(yīng)用軟件，落實(shí)指導(dǎo)教師在決策、組織、技術(shù)及心理等全方位指導(dǎo)，才能突破創(chuàng)新思維瓶頸，應(yīng)對(duì)課外科技創(chuàng)新活動(dòng)中的不利因素的影響，促進(jìn)課外科技活動(dòng)的有效開(kāi)展。

本論文獲武漢工程大學(xué)教研項(xiàng)目資助“基于課外科技活動(dòng)的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)”（項(xiàng)目號(hào)2016037）

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