大學生創(chuàng)新訓練實踐對科研素質(zhì)能力提高的探討

張亞虎，田 甲，余依林，寧傳彬，胡奧繁，姚 凱

（滁州學院 機械與電氣工程學院，安徽 滁州 239000）

1.引言

創(chuàng)新可以激發(fā)青年的上進心，促進社會發(fā)展。如何拓展大學生創(chuàng)新性思維，將專業(yè)知識運用到實踐創(chuàng)新中去，一直是高等教育的不可忽視的主題。滁州學院為積極推動提升學生創(chuàng)新能力，鍛煉學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技能、拓展學生創(chuàng)新思維，開展了大學生創(chuàng)新訓練相關的系列活動比賽［1］。本文以滁州學院大學生創(chuàng)新訓練項目“智能升降移動桌開發(fā)”（項目編號：2020CXXL099）的開發(fā)過程為例，并基于滁州學院校級質(zhì)量工程項目（項目編號：2020jyc024）平臺，深度探討了創(chuàng)新訓練項目對大學生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的效果和意義。

2.項目簡介

2.1 項目的選定與申請書的撰寫

滁州學院教師充分利用大學生創(chuàng)新訓練項目，結(jié)合學生的專業(yè)特長，為攻克傳統(tǒng)桌子功能單一，久坐腰肌勞損等問題，成立了智能升降移動桌開發(fā)小組。小組成員來自不同專業(yè)，優(yōu)勢互補，團結(jié)協(xié)作，來自市場營銷專業(yè)的組員利用敏銳的市場洞察力，搜集市場升降桌的最新行業(yè)信息，提供創(chuàng)新建議；來自數(shù)學學院的組員利用嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)分析能力，為本次智能桌研發(fā)工作提供數(shù)據(jù)處理計算；機電學院的隊員們結(jié)合本專業(yè)機械、自動化、編程相關課程的學習知識，著重開展新結(jié)構(gòu)及新系統(tǒng)的開發(fā)和設計。項目成員通過多種渠道，搜集當前國內(nèi)外智能桌子設計的最新信息，深入了解本項目的背景，確立項目課題，歸納研究內(nèi)容及創(chuàng)新點，提出可實施的技術(shù)設計方案、實驗方法以及項目立項實施方案，獨立撰寫了智能升降移動桌開發(fā)項目申報書，并提交申報。在此期間，項目組成員不僅加深了對本項目課題的認識，提煉出了清晰的邏輯思路，還深化了對團隊協(xié)作精神的理解，同時科研寫作能力也得到了極大地提升。

2.2 智能桌創(chuàng)新設計

為了增強移動升降桌的智能性、實用性，項目組成員確定了三個創(chuàng)新點：

桌面自由升降高度，桌面傾斜0-50°：可滿足身高各異、坐立不同需求的工況，便于閱讀和書寫，常規(guī)的書桌高度和斜度是固定的，無法根據(jù)使用者的實際高度有效調(diào)節(jié)，從而使用者不得不俯身彎腰，造成使用體感差。這一創(chuàng)新點可以很好地解決這一問題。

人體自動感應系統(tǒng)：該功能可以根據(jù)人體坐立高度，自動調(diào)節(jié)桌面高度和傾斜度。這一功能采用的智能模式，該模式下，運用傳感器智能控制系統(tǒng)，通過紅外線掃描使用者的身高等特征，自動調(diào)節(jié)相應的高度，并根據(jù)室內(nèi)光線，自動調(diào)節(jié)燈光強度。

語音識別功能：通過語音呼叫功能，實現(xiàn)語音識別，使燈光關閉、桌子高度和斜度自動調(diào)解，大大提高了使用便捷性。

2.3 機械結(jié)構(gòu)方案的實現(xiàn)

移動升降桌升降和傾斜方案的設計，對項目組成員具有一定挑戰(zhàn)。方案需模擬各傳動機構(gòu)的運動軌跡，設計各零部件的尺寸，繪制傳動機構(gòu)的三維及二維圖紙，制作樣件并組裝完成。由于零件較多，且存在相對運動關系，項目組成員構(gòu)思了多種設計方案，并篩選優(yōu)化，最終選擇運動可靠，性能穩(wěn)定的四連桿機構(gòu)傳動方案。

此外，項目組成員花費精力，查詢大量文獻，優(yōu)化篩選機構(gòu)運動連接方式，自學三維制圖及編程軟件，投入精力測繪三維結(jié)構(gòu)圖、調(diào)試系統(tǒng)程序，最終實現(xiàn)升降桌高度自由升降、桌面任意位置傾斜。該模塊工作增強了項目組成員邏輯分析和解決實際問題的能力，發(fā)揚了堅持不懈，精益求精的精神，同時培養(yǎng)了學生管理時間的和獨立學習的能力。

2.4 材料選擇

針對桌面材料以及五金材料的選擇，小組成員經(jīng)過市場調(diào)研，理論分析，確定了合適的材料。桌面材料首先排除了采用普通塑料材料的方案，主要原因在于，在高溫著火情況下，塑料桌面會出現(xiàn)異味、釋放有毒氣體、桌面軟化等情況，而且塑料桌面會出現(xiàn)難擦洗、易磨損的問題。經(jīng)過市場調(diào)研、理論分析，小組成員決定采用性價比較高的實木顆粒板以及環(huán)保三聚氰胺飾面。此種材料平滑、耐刮、耐熱、無刺激無異味，且結(jié)構(gòu)表面凹型設計，更符合人體仿生學，桌面邊緣全部采用圓角過渡功能，可有效防止意外刮傷碰上。以上功能滿足了用戶對于桌面材料的需求。五金支撐機構(gòu)材料，小組成員選用了性價比較高的Q235 材料，連桿采用折邊結(jié)構(gòu)，不僅節(jié)約材料成本，而且機構(gòu)的強度得到大大提高。通過對桌面材料以及五金材料的研究選擇，增進了了小組成員市場信息調(diào)研能力、理論聯(lián)系實際的能力，增進了學生的團隊合作意識，也培養(yǎng)了學生嚴謹細致、不斷探索的科研精神。

2.5 系統(tǒng)整體調(diào)試

智能移動升降桌作為一個整體系統(tǒng)，不僅要完成機械結(jié)構(gòu)設計、電路設計以及控制策略編程，還要進行必要的系統(tǒng)調(diào)試，調(diào)試過程中，會遇到多方面的問題，如機構(gòu)安裝不良、控制的精度不足、數(shù)據(jù)通訊的實時性欠缺等，很多問題需要多個成員協(xié)作配合解決。其中在機構(gòu)裝配調(diào)試中，出現(xiàn)了機構(gòu)零部件安裝不暢的問題，螺桿與螺帽在安裝過程中出現(xiàn)了松動現(xiàn)象，兩者有間隙問題，間隙尺寸把握不住，間隙過大則產(chǎn)生松動，發(fā)生異響，而間隙過小，雖然松動消除，但是在升降過程中，很費力，嚴重影響了使用體驗。面對如此棘手的問題，小組成員積極尋找解決辦法，嘗試了十多種解決方案，努力的實驗驗證，期間也面臨多次失敗。在多次失敗的基礎上，小組成員積極整合各種方案的閃光點，最終選擇在螺桿的底部加橡膠的方法，解決了間隙問題難以把握的難題，從而也從另一個角度詮釋了科研方式的多樣性，即一條路走不通，可以開辟多條道路進行優(yōu)化設計，進而實現(xiàn)目的。

在調(diào)試功能以及解決問題的過程中，一定程度上培養(yǎng)了學生其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，并從失敗教訓中不斷吸取經(jīng)驗，復盤總結(jié)的能力，而且整個過程提升了團隊合作意識，也增強了學生的創(chuàng)新思維力。

3.項目開發(fā)的效果和意義

項目經(jīng)過半年多地研發(fā)，進展順利，研究成果達到了預期目標，項目組成員綜合素養(yǎng)得到了提升。

3.1 知識學以致用，掌握科研思路與方法

通過本次項目，學生能夠?qū)⒄n堂上所學的理論知識有機融合到項目實際需求中[2]。參加項目之前，學生學到的只是簡單的理論知識，相應的實踐技能以及解決生活實際問題的方式方法掌握不足，遇到實際問題時無從下手，缺乏思路，而且個人主義風氣較重。做事完全沒有章法、沒有計劃，基本處于任性散漫的程度。因此在項目實施初期，大量工作需要完成，這些工作需要足夠的耐心和毅力，小組成員很多不知所措。這就造成了項目一度中斷的情況。隨著科研套路理論的不斷教導和培養(yǎng)，小組成員做事有章法，有依據(jù)，實驗方案也有很大的起色，遇到問題也不慌亂，積極地思考和解決問題。項目開展期間，小組成員積極地進行文獻資料收集與整理，力學及三維模型建立，理論數(shù)據(jù)分析計算、實驗調(diào)試驗證等規(guī)范流程的培訓和實踐，摒棄了以往無從下手、做一步算一步的不良習慣，科研素養(yǎng)有意識初步建立。通過一系列的指導和培養(yǎng)，小組成員科研的積極性大幅度提高，做事效率以及實驗方案的準確性也大大提高。

3.2 團隊協(xié)作意識增強，團隊素養(yǎng)提升

項目開展初期，項目組成員需要對整個項目進行規(guī)劃，構(gòu)建任務脈絡，項目組成員各盡其責，責任到人，培養(yǎng)其責任心及團隊意識，項目組成員根據(jù)各自分工，合理安排時間攻克各自任務，并積極開展互幫互助，通過小組討論、頭腦風暴集思廣益，尋求解決方法。3D 制圖能力欠缺，安排專人積極學習；移動升降桌創(chuàng)新不足，全員參與探討并取得一致；整體系統(tǒng)項目中遇到棘手問題，安排專人解決，攻克不了，發(fā)動組員組織資源解決。通過項目的全方面深入合作，團隊成員協(xié)作的能力大幅度提升，關系更加融洽，團隊合作精神得到傳承[3]，為以后激烈的職場競爭打下堅實的基礎。此外，項目組成員有效地溝通，互相協(xié)調(diào)，共同進步。小組成員在項目的開展中不斷磨練和超越自己，學習了更多的新知識，也提升了個人綜合能力。

3.3 學生知識視野開闊，思維得到發(fā)展

智能移動升降桌開發(fā)項目是面向大學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練實踐，在項目實施中項目成員不僅要深入了解項目的研究背景，確定項目研究內(nèi)容和創(chuàng)新點，還要通過各種渠道，搜集國內(nèi)外智能桌子設計的發(fā)展狀況以及技術(shù)參數(shù)學生的視野得到廣泛拓展，搜集信息的能力得到提高，思維創(chuàng)新能力得到全面發(fā)展[4]。項目的開展，需要項目組成員運用所學知識，理論聯(lián)系實際，從而進一步拓展了知識的深度及廣度。項目成員通過與指導教師定期交流，項目開發(fā)方向的準確性得到保證，同時通過交流，教師會將開發(fā)思路、實驗方法以及數(shù)據(jù)分析方法傳遞給學生，學生從中受益良多[5]。

4.結(jié)語

大學生創(chuàng)新訓練項目的開展，加深了學生對理論知識的理解與領悟，促進了其理論聯(lián)系實際的能力，學生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力得到顯著提升。其次，項目的開展，培養(yǎng)了學生嚴謹規(guī)范的科研方式方法，避免了盲目性，并在實踐中不斷積累經(jīng)驗，優(yōu)化改進科研套路，最后創(chuàng)新訓練項目，使得學生的團隊合作意識得到加強，為以后的學習和工作打下堅實的基礎。