基于科技創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目的學(xué)生工程能力培養(yǎng)方案研究及實(shí)踐

黎澤倫 黃虹錦 黃友均 陳 奎 萬(wàn)慶隆

（重慶科技學(xué)院<機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院>，重慶 401331）

0 引言

我國(guó)政府明確將“提高自主創(chuàng)新能力、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家”作為國(guó)家和社會(huì)發(fā)展的中長(zhǎng)期戰(zhàn)略目標(biāo)。近年來(lái)，國(guó)家實(shí)施了“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展”和“中國(guó)制造2025”等一系列重大戰(zhàn)略，相關(guān)政策和市場(chǎng)需求的激勵(lì)直接使得各大科技企業(yè)和制造企業(yè)對(duì)具有較高水平工程能力人才的需求[1]。而在目前的教育體制下，眾多高校的課程只能使學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行理論上的認(rèn)知，或掌握最基本的實(shí)驗(yàn)操作方法，卻難以使學(xué)生具備預(yù)期的工程能力。學(xué)生的工程能力無(wú)法滿足企業(yè)的需求，導(dǎo)致了許多大學(xué)生在應(yīng)聘時(shí)缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，或進(jìn)入工程應(yīng)用型崗位后無(wú)法勝任工作，同時(shí)也導(dǎo)致了企業(yè)難以找到足夠的人才[2]。為強(qiáng)化創(chuàng)新能力訓(xùn)練，增強(qiáng)高校學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適應(yīng)創(chuàng)新型國(guó)家建設(shè)需要的高水平創(chuàng)新人才，許多高校開(kāi)展了創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃?？萍紕?chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目是培養(yǎng)學(xué)生具備合格的工程能力的重要途經(jīng)之一。

1 基于科技創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目的培養(yǎng)方案

1.1 開(kāi)放性選題

與機(jī)械創(chuàng)新大賽等各類(lèi)創(chuàng)新大賽對(duì)選題指定了應(yīng)用領(lǐng)域或題目不同，創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目的選題沒(méi)有任何限制。這一特點(diǎn)使得學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)專(zhuān)業(yè)和興趣設(shè)立項(xiàng)目或參與教師的一部分科研項(xiàng)目。學(xué)生能選到自己感興趣并且擅長(zhǎng)的項(xiàng)目，在項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中能一直保持參與的積極性，使得項(xiàng)目能夠快速地、有效地推進(jìn)，從而很大程度上避免了學(xué)生因?qū)λ?guī)定的選題不擅長(zhǎng)或不感興趣而使項(xiàng)目無(wú)法順利進(jìn)行甚至被放棄的情況的發(fā)生。

1.2 指導(dǎo)教師全程指導(dǎo)

對(duì)于很多機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，參加創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃是第一次接觸到一個(gè)創(chuàng)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。很多學(xué)生還不清楚前期的項(xiàng)目擬定和規(guī)劃、市場(chǎng)調(diào)研、理論分析過(guò)程，不熟悉中期作品的設(shè)計(jì)、加工、裝配的方法，項(xiàng)目后期不知道論文交稿和專(zhuān)利申請(qǐng)的具體流程。指導(dǎo)教師全程指導(dǎo)項(xiàng)目和在開(kāi)展過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生便可掃清學(xué)生在項(xiàng)目流程上的障礙。同時(shí)，指導(dǎo)教師實(shí)時(shí)關(guān)注項(xiàng)目進(jìn)展情況，能在學(xué)生專(zhuān)業(yè)能力不足，項(xiàng)目陷入停滯或項(xiàng)目進(jìn)展偏離預(yù)期軌跡時(shí)及時(shí)給予幫助和糾正，確保項(xiàng)目的順利進(jìn)行。在此過(guò)程中，學(xué)生便能建立起對(duì)創(chuàng)新項(xiàng)目整個(gè)流程的具體認(rèn)知，這就是培養(yǎng)學(xué)生在未來(lái)從事研發(fā)崗位時(shí)對(duì)項(xiàng)目統(tǒng)籌規(guī)劃、有效推進(jìn)的基本工程思維。

1.3 經(jīng)費(fèi)支持

除了專(zhuān)業(yè)技術(shù)問(wèn)題外，經(jīng)費(fèi)問(wèn)題也常常成為阻撓項(xiàng)目進(jìn)行的外在因素。例如，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)四足機(jī)器人的項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)方案出來(lái)之后需要購(gòu)買(mǎi)如機(jī)構(gòu)板材、主控板、舵機(jī)等一系列零部件，后期的論文刊費(fèi)和專(zhuān)利申請(qǐng)費(fèi)用也往往需要學(xué)生自己承擔(dān)。家庭經(jīng)濟(jì)情況不好的學(xué)生就會(huì)受限于此。創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃實(shí)施過(guò)程中，政府部門(mén)或?qū)W校會(huì)配備一定的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)，這就為學(xué)生掃除了經(jīng)濟(jì)阻礙，大大激勵(lì)了學(xué)生的創(chuàng)造熱情。

1.4 開(kāi)題、中期及結(jié)題答辯

創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃要求學(xué)生分別在開(kāi)題、項(xiàng)目進(jìn)行中期和結(jié)題三個(gè)階段分別做一次答辯。這有利于指導(dǎo)教師及學(xué)校相關(guān)專(zhuān)家掌握學(xué)生項(xiàng)目的進(jìn)展情況，評(píng)價(jià)項(xiàng)目是否符合要求。學(xué)生可以在答辯的過(guò)程中、與專(zhuān)家教師的交流中獲得項(xiàng)目下一步該如何進(jìn)行、出現(xiàn)了問(wèn)題該如何修正的信息。此外，三次答辯也可以對(duì)進(jìn)展較慢的項(xiàng)目起到督促作用，同時(shí)，學(xué)生也能在答辯中鍛煉口才，從而具備用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)準(zhǔn)確表達(dá)自己設(shè)計(jì)理念的能力。

2 科技創(chuàng)新項(xiàng)目對(duì)工程能力的培養(yǎng)

工程能力主要包括工程設(shè)計(jì)能力、工程制造能力、系統(tǒng)集成和創(chuàng)新能力以及溝通與管理能力等方面。

2.1 工程設(shè)計(jì)能力

工程設(shè)計(jì)能力是工科教育的基礎(chǔ)。以重慶科技學(xué)院國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“輪腿復(fù)合式四足機(jī)器人”為例，需要查閱文獻(xiàn)，結(jié)合實(shí)際，分析輪式結(jié)構(gòu)在機(jī)械腿運(yùn)動(dòng)模式，并把輪式運(yùn)動(dòng)的減震性能加入考慮。運(yùn)用《機(jī)械原理》的知識(shí)設(shè)計(jì)機(jī)械腿的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，使得機(jī)械腿能夠把舵機(jī)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成機(jī)械腿的抬腿、落腿的運(yùn)動(dòng)，并且能夠完成兩種運(yùn)動(dòng)模式的切換。接下來(lái)進(jìn)行主控板、舵機(jī)等需要購(gòu)買(mǎi)的構(gòu)件的選型，基于這些現(xiàn)有部件，運(yùn)用《機(jī)械設(shè)計(jì)》知識(shí)，設(shè)計(jì)每個(gè)結(jié)構(gòu)零件，將材料強(qiáng)度因素、螺栓等連接件鏈接強(qiáng)度因素、裝配易操作性、結(jié)構(gòu)合理性因素作為設(shè)計(jì)過(guò)程的指標(biāo)。另外，需熟練運(yùn)用三維建模軟件建立每個(gè)零件以及裝配體的三維模型。機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，運(yùn)用D-H法對(duì)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，通過(guò)模型解算出實(shí)現(xiàn)行走步態(tài)以及模式切換時(shí)，各個(gè)舵機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度參數(shù)，為控制程序設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。

2.2 工程制造能力

工程制造能力即通過(guò)工程中常見(jiàn)的易實(shí)現(xiàn)的機(jī)械加工方式完成零件的加工制造，然后將零件組合成裝配體。加工制造是制造業(yè)企業(yè)的產(chǎn)出基礎(chǔ)，學(xué)生未來(lái)進(jìn)入專(zhuān)業(yè)崗位后無(wú)論是從事開(kāi)發(fā)工作還是管理工作，都必然需要考慮產(chǎn)品制造過(guò)程。創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目便可使學(xué)生具備合格的工程制造能力。

同樣，以“輪腿復(fù)合式四足機(jī)器人”項(xiàng)目為例，由于機(jī)器人總體尺寸及質(zhì)量不大，機(jī)器人結(jié)構(gòu)件多為塑料材質(zhì)，需要選擇增材制造和激光切割為主要加工方式。運(yùn)用3D打印制造機(jī)器人的較小尺寸且精度要求不高的零件；運(yùn)用激光切割，以亞克力板為材料加工尺寸較大且需要精準(zhǔn)孔位的零件。通過(guò)加工零件的過(guò)程，使學(xué)生掌握了3D打印和激光切割設(shè)備的操作方法，同時(shí)，了解了使用不同加工方式在加工同一零件時(shí)加工精度的區(qū)別以及零件的實(shí)際安裝效果。

如何節(jié)省材料則是控制成本的重要途徑。接下來(lái)采用先部分裝配再整體裝配的思想，將零件用螺栓等緊固件裝配成部件最終成為機(jī)器人整體。

2.3 系統(tǒng)集成和創(chuàng)新能力

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能、通信技術(shù)等的快速發(fā)展，越來(lái)越多的專(zhuān)業(yè)融入了上述新興學(xué)科。某個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)產(chǎn)品里面往往會(huì)包含涉及其他領(lǐng)域的多個(gè)系統(tǒng)，如何將這些系統(tǒng)合理布置，有機(jī)結(jié)合便成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中必要的考慮因素。對(duì)于許多工科專(zhuān)業(yè)，系統(tǒng)集成與創(chuàng)新能力顯得尤為重要。

2.4 溝通與管理能力

溝通與管理能力是項(xiàng)目按計(jì)劃有序開(kāi)展的重要保障，這是項(xiàng)目負(fù)責(zé)人必須具備的工程能力。該能力包括組織協(xié)調(diào)能力和交流溝通能力。組織協(xié)調(diào)能力即負(fù)責(zé)人在立項(xiàng)之初對(duì)團(tuán)隊(duì)成員的選擇和分工中得以培養(yǎng)。由于團(tuán)隊(duì)成員有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和感興趣的工作，因此，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在分配工作時(shí)需用一雙慧眼發(fā)現(xiàn)成員各自的特點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，項(xiàng)目細(xì)化后的各項(xiàng)工作分別安排給擅長(zhǎng)的成員，如此才能實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目推進(jìn)效率的最大化。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文研究了基于科技創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目的學(xué)生工程能力的培養(yǎng)方案及實(shí)踐過(guò)程，科技創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)吸引著越來(lái)越多的學(xué)生參與。學(xué)生基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐模式下，自然而然會(huì)在教師的指導(dǎo)下運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)，提出設(shè)計(jì)方案、思考所遇到的問(wèn)題，相互溝通協(xié)調(diào)，解決問(wèn)題。因此，科技創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目是一個(gè)全方位培養(yǎng)學(xué)生工程能力，提升高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量的絕佳平臺(tái)。