大學(xué)生開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)踐與探索

武櫟楠 楊昌海 張召

摘 要：大學(xué)生開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新能力的有效途徑。文章在分析開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵及開展和評價方式的基礎(chǔ)上，以“汽車人機(jī)工程學(xué)關(guān)鍵參數(shù)測量”為例，詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的組織實(shí)施過程，探討了通過該實(shí)驗(yàn)所獲取的開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）09-0044-03

Abstract： As an important part of experiment and practice teaching， the open innovation experiment is an effective way to cultivate the autonomous learning， teamwork and innovation ability. This thesis firstly analyzes the connotation， development and evaluation methods of the open innovation experiment. Taking the "measurement of key parameters of automotive ergonomics" as an example， the process of organization and implementation of this project are introduced in detail. Meanwhile， the teaching experiences of the open innovation experiment obtained by this project are discussed.

Keywords： open innovation experiment； experiment teaching； practice teaching

大學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才的重要手段，是建設(shè)“雙一流”大學(xué)的重要組成部分[1-3]。吉林大學(xué)作為綜合類高等院校，尤其注重對本科生實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)的建設(shè)，從2013版到2018版本科生培養(yǎng)方案，實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)所占學(xué)分和比重逐漸增大。大學(xué)生開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新能力的有效途徑。吉林大學(xué)于2016年頒布《吉林大學(xué)開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)管理辦法》， 每學(xué)期為學(xué)生開設(shè)幾百項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（其中2017年秋季學(xué)期共開設(shè)640項(xiàng)），加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為建設(shè)好雙一流大學(xué)奠定基礎(chǔ)。

吉林大學(xué)汽車工程學(xué)院車身實(shí)驗(yàn)室于1988年成立，實(shí)驗(yàn)室建筑面積約2000m2，擁有實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備約200臺套，總價值約7000萬元。其中主要教學(xué)設(shè)備包括：微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)、動態(tài)信號測試分析系統(tǒng)、三維光學(xué)掃描測量系統(tǒng)、3D打印機(jī)、汽車油泥模型操作制作平臺等。車身實(shí)驗(yàn)室作為省級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，承擔(dān)車身專業(yè)實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，每年接待約300名本科生做實(shí)驗(yàn)，完成約900學(xué)時的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)及課外實(shí)踐，是培養(yǎng)卓越工程人才的重要支撐。

本文基于開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺，以車身實(shí)驗(yàn)室開設(shè)的開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為例，探討實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施過程以及所獲得的經(jīng)驗(yàn)。

一、開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是以配合理論課講授為主，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深對理論知識的理解并向?qū)W生展示課堂上無法呈現(xiàn)的知識[4]。實(shí)驗(yàn)類型可分為演示型、驗(yàn)證型、研究型等。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺少學(xué)生獨(dú)立思考的機(jī)會，不利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。隨著我國高等教育事業(yè)的發(fā)展，高校越來越重視學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是近年來各高校為實(shí)現(xiàn)本科生實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)改革的重要手段。

開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)定位于實(shí)踐教學(xué)體系中的綜合訓(xùn)練層次，是以問題為基礎(chǔ)的研究性實(shí)驗(yàn)。實(shí)施開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)，旨在推進(jìn)以問題為核心的課外探究性實(shí)踐性學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及研究問題的主動性[5]。

二、開展與評價方式

（一）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目出題與選題

開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的題目多與科研、生產(chǎn)、社會實(shí)踐相結(jié)合，具有一定的創(chuàng)新性和探索性。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的難度高于本科生課程設(shè)置的研究性實(shí)驗(yàn)，主要目的是啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與研究問題。

開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選題分為學(xué)生預(yù)選、教師確認(rèn)、正式選做三個步驟。預(yù)選階段，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及指導(dǎo)教師介紹，選擇自己感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；教師確認(rèn)階段，指導(dǎo)教師了解學(xué)生的專業(yè)背景與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，確認(rèn)學(xué)生選做資格；最后學(xué)生正式確認(rèn)選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[5]。

（二）實(shí)施過程管理與成績評定

開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選題確認(rèn)后，學(xué)生即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。指導(dǎo)教師可根據(jù)實(shí)際情況將學(xué)生分為若干小組，每組3-6人，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施以小組為單位進(jìn)行。指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)對學(xué)生整個實(shí)驗(yàn)過程給予指導(dǎo)、督促。

實(shí)驗(yàn)完畢后學(xué)生以小組為單位撰寫實(shí)驗(yàn)報告，指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)對實(shí)驗(yàn)報告進(jìn)行批改，并綜合考慮實(shí)驗(yàn)過程及報告撰寫情況給出學(xué)生成績。開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五檔。取得及格以上成績的學(xué)生可獲得1學(xué)分，計入“課外培養(yǎng)計劃”環(huán)節(jié)。

整個過程均在吉林大學(xué)開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中完成。

三、開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例分析

身實(shí)驗(yàn)室2017年秋季學(xué)期獲批開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目3項(xiàng)：“白車身主斷面測量與分析”、“薄壁梁結(jié)構(gòu)沖擊力學(xué)特性測試”以及“汽車人機(jī)工程學(xué)關(guān)鍵參數(shù)測量”。其中共有33名學(xué)生選擇“汽車人機(jī)工程學(xué)關(guān)鍵參數(shù)測量”實(shí)驗(yàn)，主要為工業(yè)設(shè)計（汽車車身）、車輛工程、能源與動力工程等工科類汽車方向?qū)I(yè)。實(shí)驗(yàn)分11個小組分別進(jìn)行，每組實(shí)驗(yàn)時間約4學(xué)時。以該實(shí)驗(yàn)為例，詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施過程以及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

（一）實(shí)驗(yàn)意義及目的

汽車人機(jī)工程學(xué)主要解決汽車設(shè)計中“空間幾何”和“人機(jī)界面問題”，是汽車類本科生的必修課。H點(diǎn)測量裝置（H-Point Machine，HPM）是用于建立車輛關(guān)鍵基準(zhǔn)點(diǎn)和尺寸的物理裝置，對于進(jìn)行駕駛室人機(jī)工程學(xué)設(shè)計和參數(shù)測量、輔助進(jìn)行駕駛室內(nèi)部基準(zhǔn)點(diǎn)的定位具有重要意義[6-8]。

“汽車人機(jī)工程學(xué)關(guān)鍵參數(shù)測量”實(shí)驗(yàn)承接于汽車人機(jī)工程學(xué)課程，目的是利用H點(diǎn)測量裝置對汽車座椅H點(diǎn)進(jìn)行測量，使學(xué)生掌握H點(diǎn)裝置的使用及三維坐標(biāo)測量的基本方法，了解H點(diǎn)對汽車人機(jī)工程學(xué)設(shè)計的意義和作用。

（二）實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備及原理

本次實(shí)驗(yàn)用到的主要設(shè)備包括：HPM-II型H點(diǎn)測量裝置、三坐標(biāo)測量機(jī)以及被測車輛1臺（豐田RAV4），其他輔助工具包括多功能坡度測量儀、推力桿等。

HPM-II型H點(diǎn)測量裝置主要由背板、座板、大腿桿、小腿桿和T型桿等組成，如圖1所示，能夠反映成年人外形輪廓和體重，通過將裝置安裝到被測座椅上并逐步加載，可以檢測和測量座椅和車內(nèi)硬點(diǎn)[6]。

（三）實(shí)驗(yàn)過程

“汽車人機(jī)工程學(xué)關(guān)鍵參數(shù)測量”實(shí)驗(yàn)以鍛煉學(xué)生動手操作、獨(dú)立思考及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力為主。在指導(dǎo)教師講解完實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和注意事項(xiàng)之后，由學(xué)生自己動手進(jìn)行HPM裝置的擺放、加載以及H點(diǎn)坐標(biāo)的測量，具體操作過程如下：

1. 確定整車坐標(biāo)系，原點(diǎn)為車輛前軸中心，車頭指向車尾為x軸正方向，駕駛員側(cè)指向副駕駛側(cè)為y軸正方向，由右手定則確定z軸正方向。

2. 調(diào)整座椅，將被測車輛的駕駛員側(cè)座椅調(diào)到最低最后位置，座椅靠背角調(diào)至20度左右。

3. 安裝HPM的座板和背板，并將背板與坐板連接，與乘員中心面重合，調(diào)平座板上的水平儀，同時調(diào)整背板位置，使之與座椅靠背貼合[9，10]。

4. 使用多功能坡度測量儀測量軀干角，并記錄數(shù)據(jù)。

5. 對座板、背板依次施加腿部、臀部和軀干載荷。

6. 使用三坐標(biāo)測量機(jī)測量H點(diǎn)坐標(biāo)，記錄H點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，如圖2所示。

7. 依次撤去HPM裝置的配重塊、背板、座板。

8. 重復(fù)測量三次，取三次實(shí)驗(yàn)平均值作為最終H點(diǎn)坐標(biāo)。

上述實(shí)驗(yàn)過程均由學(xué)生獨(dú)立操作完成，指導(dǎo)教師從旁引導(dǎo)并答疑。實(shí)驗(yàn)共分為11組進(jìn)行，每組3人，每人分別進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)。

（四）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)報告撰寫

實(shí)驗(yàn)完畢后學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在CATIA軟件中建立整車坐標(biāo)系，量得H點(diǎn)的坐標(biāo)值，取三次實(shí)驗(yàn)的平均值作為最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中一組學(xué)生所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

每組學(xué)生上傳一份實(shí)驗(yàn)報告，報告主要包含以下幾個部分：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、主要儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)過程（拍照附圖）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄（座椅位置、軀干角、左、右H點(diǎn)坐標(biāo)等）以及本次實(shí)驗(yàn)的心得體會以及意見建議。指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)報告給出學(xué)生成績。

四、開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

“汽車人機(jī)工程學(xué)關(guān)鍵參數(shù)測量”實(shí)驗(yàn)經(jīng)過學(xué)生和指導(dǎo)教師的共同努力最終順利完成，對本次開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)所獲得的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

1. 開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的選題要吸引學(xué)生興趣。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目題目的擬定是保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的關(guān)鍵一步。選擇實(shí)驗(yàn)的學(xué)生主要為大一、大二本科生，本次實(shí)驗(yàn)的出題方向充分考慮了此階段的學(xué)生所儲備的知識，并結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況最終擬定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2. 指導(dǎo)教師職責(zé)定位于引導(dǎo)和輔助。開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新意識為主要目標(biāo)。本次實(shí)驗(yàn)過程中形成了以學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)為主，指導(dǎo)教師從旁引導(dǎo)為輔的教學(xué)模式。

3. 實(shí)行實(shí)驗(yàn)室開放制度。實(shí)驗(yàn)室開放是保證實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有條不紊進(jìn)行的重要措施。由于實(shí)驗(yàn)學(xué)生存在專業(yè)、年級、班級差異，綜合考慮學(xué)生時間、人數(shù)等因素，車身實(shí)驗(yàn)室面向本次開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)實(shí)行開放制度。在某一教學(xué)周內(nèi)，每天上午和下午各安排一次實(shí)驗(yàn)，每組學(xué)生可根據(jù)自己的實(shí)際情況自由選擇實(shí)驗(yàn)時間。

4. 鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考解決問題能力。學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)是當(dāng)前教學(xué)改革的重要目標(biāo)之一。本次實(shí)驗(yàn)將學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)為首要目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)前由學(xué)生查閱文獻(xiàn)了解實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目背景，實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題首先由學(xué)生自己動腦思考尋找解決途徑，指導(dǎo)教師只起引導(dǎo)輔助作用，實(shí)驗(yàn)報告不拘泥于固定格式，在滿足基本要求前提下學(xué)生可自己設(shè)計報告格式和內(nèi)容，展示自己的學(xué)習(xí)成果。

5. 獲得了寶貴的學(xué)生反饋意見。本次實(shí)驗(yàn)實(shí)行教學(xué)反饋制度，學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)報告中寫出實(shí)驗(yàn)心得體會及意見建議。學(xué)生給予的反饋意見對日后完善該實(shí)驗(yàn)，提高教學(xué)水平至關(guān)重要。

五、結(jié)束語

針對當(dāng)前本科生實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)越來越重視學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的趨勢，基于開放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，探討了開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵以及開展和評價方式。以吉林大學(xué)車身實(shí)驗(yàn)室開出的“汽車人機(jī)工程學(xué)關(guān)鍵參數(shù)測量”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，詳述了實(shí)驗(yàn)過程及獲得的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選題切合實(shí)際，教學(xué)模式行之有效，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)效果，可為大學(xué)生實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)提供方法和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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