以自主創新能力為核心的大學生科技訓練體系構建

劉保軍++盧滿懷++張志斌++吳德強++于楚泓

摘 要：構建以自主創新能力為核心的大學生科技訓練體系是一項系統性的教育工程。提出具有創新精神的大學生科技訓練體系的構建理念，建立自主、開放型科技創新實踐基地，添置豐富的機器人教育設備，完善大學生科技能力的訓練及培養過程，加強學生科技協會和指導教師團隊建設，形成“基礎工程、專項強化、綜合訓練、自主創新”的多階段、階梯式訓練體系。學生在全國性學生科技競賽、創新創業方面有卓越表現，體系建設取得很好成效。

關鍵詞：自主創新能力 科技訓練 體系構建 大學生

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（c）-0144-04

System Construction of Technology Training for Undergraduate With the Core of Independent Innovation Ability

Liu Baojun Lu Manhuai Zhang Zhibin Wu Deqiang Yu Chuhong

（Zhongshan College，University of Electronic Science and Technology of China，Zhongshan Guangdong，528402，China）

Abstract：Constructing the system of technology training for undergraduates with the core of independent innovation ability is a project of systematic education.The idea of system construction is proposed， independent and open technology inncvation base is built and meanwhile a variety of educational robot devices are possessed，the procedure of ability training and cultivation is improved，undergraduate technology association and guiding teacher team are both enhanced，and then the training system which consists of multiple steps and grades of “basic engineering，special training，integrated practice and independent innovation” is formed.Excellent progress in series of national technology competition and innovation and undertaking are made by undergraduates.It is proved that thesystemhas a considerable effect.

Key Words：Independent innovation ability；Technology training；System construction；Undergraduate

科技活動是培養和提高大學生創新和實踐水平、能力以及自身素質的一種有效途徑；積極開展大學生科技創新實踐活動，加強和培養大學生的創新精神和實踐能力，是高等學校面臨的緊迫而重要的任務[1]。因而，構建有效的大學生科技創新能力訓練體系對大學生的創新能力和應用能力培養可以起到良好訓練作用，其重要性和必要性毋庸置疑。顯然，以自主創新能力為核心，如何構建行之有效的大學生科技創新訓練體系，保證訓練效果、擴大學生的受益面和受益程度是一項系統性的教育工程，也正是該課題的研究重點。該課題的主要工作所涵蓋的內容有：創新理念、建設自主、開放的科技創新實踐基地，科技創新能力訓練培養全過程的細化和完善，學生科技協會良好的組織管理和基礎培訓能力提高，項目指導教師團隊的創新訓練指導能力提升，形成有效的訓練體系等。

1 創新理念，建立自主、開放型科技創新實踐基地

基于該課題所依托的機電類學科，建設好機電科技創新實踐基地，開展大學生科技創新訓練的理念是：為大學生提供一個不同于日常教學和普通實驗室的培養時空，建立一個自我、開放性的創新活動場所，大學生在這里可以開展各類設計、訓練和制作活動，訓練工程實踐能力、創新能力甚至一定的管理能力，實現創新的思維和夢想，最終成為具有創新能力的應用型工程人才；而教師在這里主要起引導者、輔導者或指導者的作用，甚至只是協作者的角色[2]。

此前的機電創新實踐基地雖然具備了雛形，但是卻依賴于在現有的各實驗室擠騰出來的十分狹小的空間。不僅面積小，而且會受到學生日常實驗教學的時間擠壓，這對科技創新訓練體系的建設形成了空間和時間兩方面的硬件環境約束，既不利于良好地實施現有的創新訓練項目的培訓，更不可能拓展新的創新訓練項目。相對于擁有每年300多名新會員的學生機電科技協會而言，要開展一些基礎性的工程能力訓練更是無法滿足要求。伴隨學校近年來教學和實驗硬件條件的改造升級，該項目也在學校和二級學院的支持下為機電科技創新實踐基地增加了較大的訓練場地和活動空間。

與此同時，為更好開展創新訓練，該課題積極利用該校機械專業作為省專業綜合改革試點項目的資源，添置一系列新的創新訓練設備，如：工程機器人訓練套件、水中機器人訓練設備以及示波器、信號發生器等多種電子測試設備等，如此便可以開設更多的基礎性、專項性和綜合性訓練項目，為更好訓練創新思維提供了更充分的硬件設備條件。

2 完善大學生科技創新能力訓練培養過程

經過多年來探索和建設，為了能將學生持續地吸引到創新實踐活動中來、并上升到自主創新的高度，實現“全過程、階梯式”的能力培養，大學生科技創新訓練體系逐漸得以構建和完善，主要包括四個階段的內容：基礎工程實踐（BE）、專項強化實踐（ST）、綜合訓練實踐（IP）和自主創新實踐（II）。各階段的培養目標、實踐形式和主體對象如表1所示。

2.1 基礎工程（Basic Engineering，簡寫為BE）實踐

該實踐主要面向大一年級學生，以基本機械結構設計、工程結構組成、單元電路設計實現、簡單系統的自主創意以及創新意識的培養為訓練重點，因而系統設計和構造的難度不宜太大，重點在于激發學生開展自主創意、享受創造的樂趣。實踐內容采用可自由組合重構、裝配的模塊式套件為工程實踐對象，易于低年級學生動手實踐，目的在于對大學新生創新意識的激發和基礎工程訓練。

該階段在教師的引導下由學生機電科技協會以組織會員開展基礎性的科技訓練活動的形式來實施，由協會理事（高年級的技術骨干擔任）對新會員進行基礎培訓，并開展各類不同主題的基礎競賽活動，培養學生的基礎設計和實踐能力，初步激發大學生的科技創新意識和精神。

該實踐階段現在主要以校內訓練和競賽來拉動學生的積極性，目前機電科協每年招新生約300人，校內競賽包括基礎的雙足行走機器人機構設計競賽、基礎電路設計競賽和先進制圖技術比賽等[3]。以雙足行走機器人機構設計競賽為例，目前每年上百支隊伍參賽，全校理工類二級學院均有隊伍參加該比賽，而在機電學院學生覆蓋面達60%以上，有較高的普及率和學生受益面。

2.2 專項強化（Specific Training，簡寫為ST）實踐

專項強化實踐主要面對已完成基礎工程實踐的大二年級學生，旨在培訓學生的復雜機械結構設計能力、綜合電路設計能力、單片機編程與控制、完整項目開發流程、專項創新能力等，屬于能力提高和專項強化階段。該階段主要以強調專項技術能力為主的校內競賽項目為設計和實踐主題。各項目要實現的主題雖有競賽規則約束，但其設計實現方法卻是完全自主的，因而要求作品具有一定的創新性，才能在對抗和比賽中處于優勢地位。

這一階段教師和機電科技學會是共同組織者，教師是輔導者的角色，在教師指導下通過科協向學生提出相應的學習和設計實踐內容。學生自由組合成機械結構設計小組、電路設計小組、軟件控制技術小組、信息及綜合創新小組等，教師定時組織學生進行各種技術實現方法的研討，如：具體的機械設計方法、電路設計方案、軟件編程方法等方面共同討論以訓練創新思維，通過不斷設計和制作實踐訓練來逐步提高單項的設計能力。

該階段主要通過舉辦以強化專項能力、訓練基本的創新能力為主的校內競賽來進行推動，例如：循跡機器人競賽、以機械機構創新為主的機械電子創新設計比賽，以及一些專項技術設計比賽（如：機械鎖止機構設計大賽等），分別著重于電路設計與單片機編程技術、機械結構設計與制作能力等。由于有競賽規則約束，參賽學生自然開動腦筋，想出各種奇異的創新主意，來實現自己的作品。該階段的主要任務目標是為下一階段即綜合訓練階段選拔參加省級或國家級學生科技競賽而培訓各相應專項能力優秀的候選隊員隊伍。

該項目旨在通過不同項目、發掘個人技術特長來保持和增強大學生對科技訓練的投入和興趣，養成自主學習、獨立思考、發現問題和解決問題能力的良好習慣，真正融入這一重要的創新能力訓練階段。

2.3 綜合訓練（Integrated Practice，簡寫為IP）實踐

綜合實踐階段主要面對已完成專項強化實踐的大三年級的優秀學生和部分特別優秀的大二年級學生，主體是經過選拔而產生的參加省或全國性學科競賽的學生隊員，旨在訓練這些學生的綜合技術能力、靈活應變能力、交流溝通能力以及團隊合作精神等。

該階段主要以省或全國性比賽項目為實踐訓練的主題，項目指導教師團隊針對大賽的項目主題，將隊員分成不同的設計制作小組，如：機器人項目就設立了相應的高級訓練小組，如：機電系統綜合訓練組、電路軟件綜合訓練設計組、項目管理訓練組、可靠性測試組等多個小組，在不同的項目指導教師團隊的指導下進行詳細的設計與制作實踐訓練以及參賽。

該階段面對主要的學科競賽包括中國機器人大賽、全國大學生機械創新設計大賽、“三菱杯”大學生自動化應用創新設計大賽、全國大學生先進成圖技術創新大賽、全國節能減排科技競賽等全國性和相關的省級學生科技競賽。

這一階段教師團隊是組織者和指導者，定時組織學生進行技術實現方法的研討和階段性總結，在具體的設計方案、競賽策略等方面共同討論，既可以提高大學生的技術綜合能力，也可以更好訓練其綜合創新實踐能力和精神，尋找創新點和最佳方案；技術優勢和創新互相借鑒，形成技術戰斗力的團隊集成和綜合創新。

2.4 自主創新（Independent Innovation，簡寫為II）實踐

該階段主要面向技術能力強和自我創新意識好的學生，屬于學生實踐能力的高級培養階段，以學生自我創新為核心，學生根據自己的觀察和思考進行自我命題，既可申請各級創新創業項目，實現自己所想攻克的技術難題或者開展個人的發明創造，項目構思、設計、實施和完善的所有內容都要靠自己來完成；進度要靠自己掌控；學生也可以承接企業項目或產品開發等；或者利用個人技術特長開展自主創業，提前規劃和實施未來的人生發展前景。

這是“自我創新”階段，學生主要利用課余時間在創新實踐基地開展自主的設計和制作來實踐自己的夢想，在這一階段教師只是協作者或協助者，為學生提供一些技術發展趨勢方面的信息和建議，而學生才是實際的決策者和實現者。創新實踐基地開放的設備和空間為學生提供了相當有利的環境。

3 改善學生科技協會的組織結構，提升其基礎培訓能力

機電學生科技協會擔負著招收新會員、對新會員進行基礎性的工程能力訓練，并組織相應的科技類競賽活動。協會組織定期選拔技術骨干擔任協會理事，為新生進行基礎性工程實踐能力培訓，以培養新會員的基本實踐應用能力和激發創新意識為核心目標，以培養會員成為省級和全國性比賽的后備技術人才為任務，對有興趣的新生進行為期一年的教學培訓。

此前協會每年新會員眾多，大一新會員普遍認為經過培訓受益良多。但由于學校授權和資助的項目總數有限，加之以項目經費、制作費用、場地和人數的限制，因而經過層層選拔后，最終能參加省級和全國性大賽的人數就受到限制；同時，部分已獲得一些獎項的同學因進取心不足、奉獻精神不夠等原因，在高年級階段不愿意再辛苦參加科技比賽；與此同時，協會的理事逐漸由大二年級會員擔任，對高年級會員產生了擠出效應。所有這些，都給科協的人力資源構成、培訓質量、參加全國大賽的成績形成了不利影響。

該項目實施后，通過改善科協的理事會員的配備結構，加大高年級會員的比例，有力提升了其基礎培訓能力，培訓的項目、內容和質量也得到較大改善。

4 強化項目指導教師團隊建設

由于多年的努力，以機電創新為特色的學生科技競賽活動取得了顯著成效。這既于學生機電科協的宣傳發動和基礎培訓有關，也更與相應參加到大學生科技訓練體系的項目指導教師團隊有關。以機電創新為特色，目前已形成機器人競賽項目指導教師團隊、機械創新設計競賽項目指導教師團隊、PLC自動化應用競賽項目指導教師團隊、先進制圖技術項目指導教師團隊、物聯網技術競賽項目指導教師團隊等10多個教師指導團隊，每個團隊由3～6名教師組成，并設立了主教練負責制，從而保證了良好的項目指導水平。在主教練的帶領下，一大批中青年教師迅速成長，其教研水平、指導能力都得到了顯著提高，項目指導團隊日益強大，對學生的創新能力指導也將更加富有成效。

5 結語

建設自主、開放型的科技創新實踐基地，形成“基礎工程、專項強化、綜合訓練、自主創新”的“多階段、全過程、階梯式”訓練和培養過程，并加強學生機電科協和指導教師團隊建設，這一有理念、有體系、有內容、有團隊的以自主創新能力為核心的大學生科技創新訓練體系已經取得了顯著成效。在此基礎上，最近3年來機電科協的大學生又在機器人、先進成圖和PLC三菱杯自動化大賽上取得12項全國性一等獎（5項冠軍），6個學生項目先后入選廣東省攀登計劃和省級、全國大學生創新創業訓練項目，更有不少機器人隊員在畢業前后創建了機器人教育培訓機構或者創業開展各類工業機器人的研發，展現了良好的自主創新能力，這些都是該課題優秀建設成效的鮮明例證。

參考文獻

[1] 王世山.大學生課外科技創新活動的實踐[C]//第五屆全國高校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集（2）.2008：552-5560.

[2] 程光旭.工程坊：大學生實現創新夢想的訓練平臺[J].高等工程教育研究，2011（3）：14-20.

[3] 劉保軍，顧曉勤，于曉光，等.以機器人競賽為平臺的大學生創新素質教育實踐[J].黑龍江教育，2011（1）：40-42.