通过科技制作培养大学生的创新能力——以光导瀑布制作为例

李仁芮，冯法军，李 莉

(1.承德石油高等专科学校社科与数理部，河北承德 067000;2.承德石油高等专科学校机械工程系，河北承德 067000)

1 培养大学生创新能力的意义

创新能力是运用知识和理论，在科学、艺术、技术和各种实践活动领域中，不断提供具有经济价值、社会价值、生态价值的新思想、新理论、新方法和新发明的能力。创新能力是民族进步的灵魂，经济竞争的核心，建立创新型国家，培养创新性人才是重中之重。

高等院校作为培养造就创新型科技人才的重要基地，如何更有效地培养和造就具有创新意识和创新能力的高技能人才，不断地为国家输送高素质的科技人才，这是我们的使命和责任。在培养和造就具有创新意识和创新能力的高技能人才过程中，大学生科技制作是培养大学生创新能力的一种有效途径，而“挑战杯”科技制作大赛则成为有效地培养学生的创新能力的重要载体。

2 大学生科技制作与科技创新教育国内外现状

我国大学生科技创新教育始于上世纪80年代初，期间经历了启动、正规和深化三个发展阶段。现如今以“崇尚科学、坚持真理、勤奋学习、迎接挑战”为宗旨的全国大学生“挑战杯”竞赛已成为大学生科技创新教育的一面旗帜，成为高校人才智力资源与社会需求整合的一个平台［1］。“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛是由共青团中央、中国科协、教育部、全国学联和地方政府共同主办。大赛每两年举办一届，在促进青年创新人才成长、深化高校素质教育、推动经济社会发展等方面发挥了积极作用。借力于“挑战杯”大赛，大学生科技制作无论是科技产品的创新还是大学生创新能力培养都已经取得了丰硕的成果。实践证明:大学生科技制作是培养大学生创新能力的一种有效途径。

国际上围绕科技创新教育开展了多项措施，创业计划竞赛是20世纪80年代在美国高校兴起的一种以推动成果转化为目标的活动。在青少年DI创新思维大赛中中国代表队取得了7项国际大奖。20世纪80年代初，日本就提出要重视科学创造性的研究。德国则完成了一系列有关创新教育的测试量表的编制，英国也一直在深入探讨创造性和智力及个性的关系。

3 光导瀑布的制作与创新能力培养

光导瀑布是通过水流传导光束，将激光与水流融合在一起，直观效果好像红色的激光顺水而下的一个科技制作作品。

为了更好的培养学生的创新能力，在光导瀑布制作团队的组建、制作方案的设计与确定、制作材料的选购、安装调试各个阶段都以创新能力培养为目标进行精心设计。

1)按创新团队要求组建光导瀑布的制作小组，培养学生团队精神

随着人的知识更新速度的加快，一项创新，一项成果，很多时候已经不是一个人的力量可以完成的了，而是一个团队协作的结果。因此，优良的团队精神是创新的基本条件和必要保证。大局意识、协作精神和服务精神的集中体现。团队精神的基础是尊重个人的兴趣和成就。核心是协同合作，最高境界是全体成员的向心力、凝聚力，反映的是个体利益和整体利益的统一，并进而保证组织的高效率运转。光导瀑布的与制作成功也说明了挥洒个性、表现特长保证了成员共同完成任务目标，而明确的协作意愿和协作方式则产生了真正的内心动力。

2)通过自主学习，引导学生自行设计光导瀑布的制作方案，培养创新能力

光导瀑布是利用光由光密介质传到光疏介质角度合适时会发生全反射的而形成的。

如果激光在水流中形成全反射，激光就可以沿弯曲的水流传播，看上去就像是水流具有了颜色，即构成了光导瀑布。

在引导学生自行设计光导瀑布的制作方案的过程中，恰当的提出问题可以激发学生的求知欲和创新欲望。例如，通过提出“为什么光能沿曲线传播”启发学生联想到光沿直线传播，遇到界面会反射折射;又如通过提出“如何让光反射的多，甚至是全反射，需要什么条件”，“如何使光在水流中传的更远”，“如何使水流传播激光，当水流不是直线时，激光怎样才能沿曲线传播”等问题来激发学生求知和创新积极性。在此过程中，特别强调自主学习、自行查阅资料，并及时鼓励学生坚定信心、克服困难。学生以饱满的热情学习了光的全反射原理及激光器的有关知识。搞清了激光打向水柱，要使光线沿水流经多次全反射而传播，激光入射角要大于水的临界角，并计算出水的临界角c=48.6°。小组经过查阅资料、共同研究、反复计算、不断优化，克服了种种困难，完成了设计方案。通过自主学习提高了创新能力。

3)通过制作材料的选购，培养学生的成本意识

任何一项创造发明都离不开经济效益，事实上，许多发明创造都是围绕提高经济效益进行的。本次光导瀑布的制作总经费为800元人民币，如果不精打细算就很难完成制作任务。在放手让学生自主选购制作材料之前，以及采购过程中，时刻提醒学生树立成本意识，要尽可能提高经费使用效率，这样所制作的产品才有可能被市场接受，进而培养学生了成本意识。

4)在光导瀑布的安装调试过程中培养学生的动手能力，进而实现创新能力的培养。

创新是要在实践中实现。没有实践就不能检验设计的好坏，更不能评价该设计是否创新。学生没有实践机会，缺乏动手能力，也就谈不上创新能力的培养。

根据设计，瀑布水柱弧线为60 cm，水流近平抛弧形，使激光与水柱达到最大程度的融合，“彩色水柱”弧长为40 cm，多个“彩色水柱”组成“彩色瀑布”。

水槽采用“透明水槽”，在水槽下方安装有发光二极管的电路板，实现各色彩灯分时亮灭，使“透明水槽”成为彩色水槽，整个瀑布看起来有一种斑斓夺目的奇异效果。在把事先准备好制作材料(激光器，喷水水箱，接水水槽，水泵，彩灯、彩灯控制电路等)进行组装时，出现了彩色光柱过短等不满足设计要求的现象。此时，指导教师及时提示学生思考光导瀑布的理论依据，以及要重点考察影响理论数值效果的重要因素，鼓励他们不畏困难，坚持就是胜利。制作小组经过反复安装调试，研究出其水流由一定高度水平方向喷出，水流强度会受重力、空气阻力等各种因素的影响而减弱。进而，得出了制作要点为:多个激光器联排;上水箱的喷水孔要与激光很好的对应，激光排的每个激光头要与每个出水孔分别对齐;设计水下彩色灯光控制电路;调整喷水孔角度;水泵的功率要合适，泵入水箱的水面要超过喷水孔一定高度，但不能满，以防爆箱。水泵的功率调整，取决于上容水箱和接水容器的尺寸等等。经过反复安装调试，不但实现了光导瀑布的设计要求，还进一步提高了学生对影响光导瀑布诸因素的全面认识。正是制作过程的反复安装调试，不但锻炼学生的动手能力，而且提高了学生创新能力。

该作品获“挑战杯”河北省大学生课外学术科技制作竞赛一等奖。

4 启示

1)培养学生大胆创新，勇于突破的能力

制作过程会遇到一个个棘手问题，理论问题、制作问题等等，最后要一一攻克。鼓励学生敢于幻想，勇于大胆创新。教师在教学活动中启发学生用知识、技能、方法去分析解决新问题，培养学生的观察能力、思维能力和创新能力。

2)创造条件、把握机会，培养学生的探索精神培养。

教师在科学教学活动中多方创造条件，让学生在活动中探索规律，把握机会，发现真理。

3)开展科技制作，激发学习兴趣，调动学习的积极性

制作一个科技作品需要的知识不是单一的，促使同学要掌握更多的相关知识，需要查大量的相关知识和材料，激发了求知欲，增加了学习兴趣。

4)通过科技制作，将所学知识用于实际，提高创新能力

科技制作需要学生通过思考和动手完成，制作过程坚持以实践性为主的原则，所以能够引导学生发现问题、自己动手解决问题，掌握基本技能，获得必要的科学经验和创新思维，提高创新能力。

5)通过科技制作，培养同学的自信心和成就感

既然是创新，必然存在很大的难度，当同学完成作品时，回想制作过程，会觉得没有克服不了的困难，增强了自信心，由然升起一种成就感，会对今后的工作和学习产生很大的动力。

6)通过科技制作，培养学生综合能力

通过科技制作，培养学生的自学能力、组织能力和丰富的想象能力，培养学生严谨求实的作风，有助于培养和提高学生的创新思维和创新能力。

为了更好地研究如何通过科技创新制作培养学生的创新能力，由本人主持的省教育科学规划项目“以科技制作为载体培养高职院校学生的创新能力的研究与实践”正在研究和实施阶段，课题研究如何调动学生参加科技制作的积极性、开展创新选题、研究在科技制作过程中教师的指导方法。研究如何强化学生制作过程的设计、制作、技术、创新理念。通过该课题的研究与实践，建立一整套吸引和激励大学生参与科技制作的政策和实施方案。

［1］单耀军，张小升.论高校大学生科技创新教育的问题及对策——从全国大学生“挑战杯”竞赛看高校科技创新教育的新发展［J］.教学研究，2008，31(2):140 －142.