以自主创新能力为核心的大学生科技训练体系构建

刘保军++卢满怀++张志斌++吴德强++于楚泓

摘 要：构建以自主创新能力为核心的大学生科技训练体系是一项系统性的教育工程。提出具有创新精神的大学生科技训练体系的构建理念，建立自主、开放型科技创新实践基地，添置丰富的机器人教育设备，完善大学生科技能力的训练及培养过程，加强学生科技协会和指导教师团队建设，形成“基础工程、专项强化、综合训练、自主创新”的多阶段、阶梯式训练体系。学生在全国性学生科技竞赛、创新创业方面有卓越表现，体系建设取得很好成效。

关键词：自主创新能力 科技训练 体系构建 大学生

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：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

科技活動是培养和提高大学生创新和实践水平、能力以及自身素质的一种有效途径；积极开展大学生科技创新实践活动，加强和培养大学生的创新精神和实践能力，是高等学校面临的紧迫而重要的任务[1]。因而，构建有效的大学生科技创新能力训练体系对大学生的创新能力和应用能力培养可以起到良好训练作用，其重要性和必要性毋庸置疑。显然，以自主创新能力为核心，如何构建行之有效的大学生科技创新训练体系，保证训练效果、扩大学生的受益面和受益程度是一项系统性的教育工程，也正是该课题的研究重点。该课题的主要工作所涵盖的内容有：创新理念、建设自主、开放的科技创新实践基地，科技创新能力训练培养全过程的细化和完善，学生科技协会良好的组织管理和基础培训能力提高，项目指导教师团队的创新训练指导能力提升，形成有效的训练体系等。

1 创新理念，建立自主、开放型科技创新实践基地

基于该课题所依托的机电类学科，建设好机电科技创新实践基地，开展大学生科技创新训练的理念是：为大学生提供一个不同于日常教学和普通实验室的培养时空，建立一个自我、开放性的创新活动场所，大学生在这里可以开展各类设计、训练和制作活动，训练工程实践能力、创新能力甚至一定的管理能力，实现创新的思维和梦想，最终成为具有创新能力的应用型工程人才；而教师在这里主要起引导者、辅导者或指导者的作用，甚至只是协作者的角色[2]。

此前的机电创新实践基地虽然具备了雏形，但是却依赖于在现有的各实验室挤腾出来的十分狭小的空间。不仅面积小，而且会受到学生日常实验教学的时间挤压，这对科技创新训练体系的建设形成了空间和时间两方面的硬件环境约束，既不利于良好地实施现有的创新训练项目的培训，更不可能拓展新的创新训练项目。相对于拥有每年300多名新会员的学生机电科技协会而言，要开展一些基础性的工程能力训练更是无法满足要求。伴随学校近年来教学和实验硬件条件的改造升级，该项目也在学校和二级学院的支持下为机电科技创新实践基地增加了较大的训练场地和活动空间。

与此同时，为更好开展创新训练，该课题积极利用该校机械专业作为省专业综合改革试点项目的资源，添置一系列新的创新训练设备，如：工程机器人训练套件、水中机器人训练设备以及示波器、信号发生器等多种电子测试设备等，如此便可以开设更多的基础性、专项性和综合性训练项目，为更好训练创新思维提供了更充分的硬件设备条件。

2 完善大学生科技创新能力训练培养过程

经过多年来探索和建设，为了能将学生持续地吸引到创新实践活动中来、并上升到自主创新的高度，实现“全过程、阶梯式”的能力培养，大学生科技创新训练体系逐渐得以构建和完善，主要包括四个阶段的内容：基础工程实践（BE）、专项强化实践（ST）、综合训练实践（IP）和自主创新实践（II）。各阶段的培养目标、实践形式和主体对象如表1所示。

2.1 基础工程（Basic Engineering，简写为BE）实践

该实践主要面向大一年级学生，以基本机械结构设计、工程结构组成、单元电路设计实现、简单系统的自主创意以及创新意识的培养为训练重点，因而系统设计和构造的难度不宜太大，重点在于激发学生开展自主创意、享受创造的乐趣。实践内容采用可自由组合重构、装配的模块式套件为工程实践对象，易于低年级学生动手实践，目的在于对大学新生创新意识的激发和基础工程训练。

该阶段在教师的引导下由学生机电科技协会以组织会员开展基础性的科技训练活动的形式来实施，由协会理事（高年级的技术骨干担任）对新会员进行基础培训，并开展各类不同主题的基础竞赛活动，培养学生的基础设计和实践能力，初步激发大学生的科技创新意识和精神。

该实践阶段现在主要以校内训练和竞赛来拉动学生的积极性，目前机电科协每年招新生约300人，校内竞赛包括基础的双足行走机器人机构设计竞赛、基础电路设计竞赛和先进制图技术比赛等[3]。以双足行走机器人机构设计竞赛为例，目前每年上百支队伍参赛，全校理工类二级学院均有队伍参加该比赛，而在机电学院学生覆盖面达60%以上，有较高的普及率和学生受益面。

2.2 专项强化（Specific Training，简写为ST）实践

专项强化实践主要面对已完成基础工程实践的大二年级学生，旨在培训学生的复杂机械结构设计能力、综合电路设计能力、单片机编程与控制、完整项目开发流程、专项创新能力等，属于能力提高和专项强化阶段。该阶段主要以强调专项技术能力为主的校内竞赛项目为设计和实践主题。各项目要实现的主题虽有竞赛规则约束，但其设计实现方法却是完全自主的，因而要求作品具有一定的创新性，才能在对抗和比赛中处于优势地位。

这一阶段教师和机电科技学会是共同组织者，教师是辅导者的角色，在教师指导下通过科协向学生提出相应的学习和设计实践内容。学生自由组合成机械结构设计小组、电路设计小组、软件控制技术小组、信息及综合创新小组等，教师定时组織学生进行各种技术实现方法的研讨，如：具体的机械设计方法、电路设计方案、软件编程方法等方面共同讨论以训练创新思维，通过不断设计和制作实践训练来逐步提高单项的设计能力。

该阶段主要通过举办以强化专项能力、训练基本的创新能力为主的校内竞赛来进行推动，例如：循迹机器人竞赛、以机械机构创新为主的机械电子创新设计比赛，以及一些专项技术设计比赛（如：机械锁止机构设计大赛等），分别着重于电路设计与单片机编程技术、机械结构设计与制作能力等。由于有竞赛规则约束，参赛学生自然开动脑筋，想出各种奇异的创新主意，来实现自己的作品。该阶段的主要任务目标是为下一阶段即综合训练阶段选拔参加省级或国家级学生科技竞赛而培训各相应专项能力优秀的候选队员队伍。

该项目旨在通过不同项目、发掘个人技术特长来保持和增强大学生对科技训练的投入和兴趣，养成自主学习、独立思考、发现问题和解决问题能力的良好习惯，真正融入这一重要的创新能力训练阶段。

2.3 综合训练（Integrated Practice，简写为IP）实践

综合实践阶段主要面对已完成专项强化实践的大三年级的优秀学生和部分特别优秀的大二年级学生，主体是经过选拔而产生的参加省或全国性学科竞赛的学生队员，旨在训练这些学生的综合技术能力、灵活应变能力、交流沟通能力以及团队合作精神等。

该阶段主要以省或全国性比赛项目为实践训练的主题，项目指导教师团队针对大赛的项目主题，将队员分成不同的设计制作小组，如：机器人项目就设立了相应的高级训练小组，如：机电系统综合训练组、电路软件综合训练设计组、项目管理训练组、可靠性测试组等多个小组，在不同的项目指导教师团队的指导下进行详细的设计与制作实践训练以及参赛。

该阶段面对主要的学科竞赛包括中国机器人大赛、全国大学生机械创新设计大赛、“三菱杯”大学生自动化应用创新设计大赛、全国大学生先进成图技术创新大赛、全国节能减排科技竞赛等全国性和相关的省级学生科技竞赛。

这一阶段教师团队是组织者和指导者，定时组织学生进行技术实现方法的研讨和阶段性总结，在具体的设计方案、竞赛策略等方面共同讨论，既可以提高大学生的技术综合能力，也可以更好训练其综合创新实践能力和精神，寻找创新点和最佳方案；技术优势和创新互相借鉴，形成技术战斗力的团队集成和综合创新。

2.4 自主创新（Independent Innovation，简写为II）实践

该阶段主要面向技术能力强和自我创新意识好的学生，属于学生实践能力的高级培养阶段，以学生自我创新为核心，学生根据自己的观察和思考进行自我命题，既可申请各级创新创业项目，实现自己所想攻克的技术难题或者开展个人的发明创造，项目构思、设计、实施和完善的所有内容都要靠自己来完成；进度要靠自己掌控；学生也可以承接企业项目或产品开发等；或者利用个人技术特长开展自主创业，提前规划和实施未来的人生发展前景。

这是“自我创新”阶段，学生主要利用课余时间在创新实践基地开展自主的设计和制作来实践自己的梦想，在这一阶段教师只是协作者或协助者，为学生提供一些技术发展趋势方面的信息和建议，而学生才是实际的决策者和实现者。创新实践基地开放的设备和空间为学生提供了相当有利的环境。

3 改善学生科技协会的组织结构，提升其基础培训能力

机电学生科技协会担负着招收新会员、对新会员进行基础性的工程能力训练，并组织相应的科技类竞赛活动。协会组织定期选拔技术骨干担任协会理事，为新生进行基础性工程实践能力培训，以培养新会员的基本实践应用能力和激发创新意识为核心目标，以培养会员成为省级和全国性比赛的后备技术人才为任务，对有兴趣的新生进行为期一年的教学培训。

此前协会每年新会员众多，大一新会员普遍认为经过培训受益良多。但由于学校授权和资助的项目总数有限，加之以项目经费、制作费用、场地和人数的限制，因而经过层层选拔后，最终能参加省级和全国性大赛的人数就受到限制；同时，部分已获得一些奖项的同学因进取心不足、奉献精神不够等原因，在高年级阶段不愿意再辛苦参加科技比赛；与此同时，协会的理事逐渐由大二年级会员担任，对高年级会员产生了挤出效应。所有这些，都给科协的人力资源构成、培训质量、参加全国大赛的成绩形成了不利影响。

该项目实施后，通过改善科协的理事会员的配备结构，加大高年级会员的比例，有力提升了其基础培训能力，培训的项目、内容和质量也得到较大改善。

4 强化项目指导教师团队建设

由于多年的努力，以机电创新为特色的学生科技竞赛活动取得了显著成效。这既于学生机电科协的宣传发动和基础培训有关，也更与相应参加到大学生科技训练体系的项目指导教师团队有关。以机电创新为特色，目前已形成机器人竞赛项目指导教师团队、机械创新设计竞赛项目指导教师团队、PLC自动化应用竞赛项目指导教师团队、先进制图技术项目指导教师团队、物联网技术竞赛项目指导教师团队等10多个教师指导团队，每个团队由3～6名教师组成，并设立了主教练负责制，从而保证了良好的项目指导水平。在主教练的带领下，一大批中青年教师迅速成长，其教研水平、指导能力都得到了显著提高，项目指导团队日益强大，对学生的创新能力指导也将更加富有成效。

5 結语

建设自主、开放型的科技创新实践基地，形成“基础工程、专项强化、综合训练、自主创新”的“多阶段、全过程、阶梯式”训练和培养过程，并加强学生机电科协和指导教师团队建设，这一有理念、有体系、有内容、有团队的以自主创新能力为核心的大学生科技创新训练体系已经取得了显著成效。在此基础上，最近3年来机电科协的大学生又在机器人、先进成图和PLC三菱杯自动化大赛上取得12项全国性一等奖（5项冠军），6个学生项目先后入选广东省攀登计划和省级、全国大学生创新创业训练项目，更有不少机器人队员在毕业前后创建了机器人教育培训机构或者创业开展各类工业机器人的研发，展现了良好的自主创新能力，这些都是该课题优秀建设成效的鲜明例证。

参考文献

[1] 王世山.大学生课外科技创新活动的实践[C]//第五届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集（2）.2008：552-5560.

[2] 程光旭.工程坊：大学生实现创新梦想的训练平台[J].高等工程教育研究，2011（3）：14-20.

[3] 刘保军，顾晓勤，于晓光，等.以机器人竞赛为平台的大学生创新素质教育实践[J].黑龙江教育，2011（1）：40-42.