指导大学生课外科技创新活动的经验与思考

曾真　吕亚清　王为国　杨红

摘 要 大学生课外科技活动以其独特的优势在高校大学生科技创新能力的培养过程中起到不可低估的作用。本文对作者近年来指导大学生参与各种创新设计大赛并获奖作品的实施过程进行了分析和总结，得出一些经验和有效途径：（1）它山之石，可以攻玉，合适地引导学生延伸创新外沿，以多样化的手段和方法突破创新难度和高度。（2）指导教师落实全方位指导，包括决策、组织、技术及心理等，促进课外科技活动的有效开展。文章最后对新时代特征对大学生课外科技活动的要求进行了思考。

关键词 大学生 课外科技活动 创新实践

中图分类号：G642                                   文獻标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.01.014

Abstract College students' extracurricular scientific and technological activities play an important role in the training of university students' scientific and technological innovation ability. This paper analyzes and summarizes the implementation process of the author's guiding college students to participate in various innovative design competitions and winning works in recent years， and obtains some experience and effective ways， we should guide students to extend the outer edge of innovation and break through the difficulty and height of innovation by various means and methods： stones from other mountains can be used to attack jade; The guidance teachers implement all-round guidance， including decision-making， organization， technology and psychology， to promote the effective development of extracurricular scientific and technological activities; finally， the paper reflects on the requirements of the new era for college students' extracurricular scientific and technological activities.

Keywords college students; extracurricular scientific and technological activities; innovative practice

0 前言

创新是一个民族的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力，作为承担着培养大学生科技创新能力重任的高等院校，近年来在人才培养模式的改革道路上，进行了不断的探索和尝试。以大学生课外科技活动为代表的创新实践活动，以其独特的优势得到了蓬勃发展，并成为高校培养大学生科技创新能力的重要组成部分。

课外科技活动是高校大学生在学校的倡导支持下和指导老师的帮助下，利用课余时间，立足专业知识和技能，以拓宽知识、开发智力、培养能力、发挥特长为目的所开展的科技制作、科技发明、科技服务和学术交流等系列活动。自首届课外科技活动（挑战杯为代表）开展至今已有近三十年之久，在增强大学生的创新意识、提高大学生的实践能力和创新素质、培养大学生创业精神和团队合作精神等方面起到了不可低估的作用。随着时代的变迁和课外科技活动的广泛持续开展，也不断出现着一些新问题，就目前而论，创新不足、创新思维出现瓶颈，实施过程中多种因素的干扰、重学生参与、轻教师参与等现状仍是比较突出且需亟待解决完善的问题。参与各类创新设计大赛并获奖是大学生课外科技活动成果的重要呈现形式，本文对作者近年来指导大学生参与各类创新设计大赛并获奖作品的实施过程进行了分析和总结，并对新时代特点下大学生课外科技活动的要求进行了思考。

1 指导大学生课外科技创新活动的经验和总结

1.1 指导大学生参与各类创新设计大赛并获奖的作品简介

全国大学生机械创新设计大赛自2004年首届开展以来，已成为国内最具影响力、培养学生工程实践能力和综合素质效果显著的大学生竞赛项目之一，深受到各大高校师生的广泛关注和积极响应。作者近年来指导大学生参与全国机械创新设计大赛并获奖的作品如下：第五届（2012年）大赛主题是“幸福生活——今天和明天”，以休闲娱乐机械和家庭用机械的设计和制作为内容，本小组设计制作了一款适用于小居室，轻便灵活，实用价低的多功能家具，荣获省三等奖，获批一项实用新型专利。第六届（2014年）的主题为“幻·梦课堂”;内容为“教室用设备和教具的设计与制作”，本小组设计了一款教、学、研智慧实验箱，快乐学习，动手实践，高效课堂，荣获省二等奖。第七届（2016年）大赛主题为“服务社会—高效、便利、个性化”，内容为“钱币的分类、清点、整理机械装置;不同材质、形状和尺寸商品的包装机械装置;商品载运及助力机械装置”，本组作品为“自动连续式硬币分理机”，题目一目了然，自动化高，但制作复杂，加工难度大，最终获得省二等奖，该成果于2019年获批国家发明专利一项。“多功能自动控制搅拌釜实验台的开发与应用”是我院研究生参加的中国大学生机械工程创新创意大赛“三聚福大杯”第九届过程装备实践与创新大赛的作品，该作品集教、学、研于一体，计算、测试、分析量大，制作难度大，最终获得全国三等奖。

1.2 经验总结

1.2.1 创新是永恒的主题，合适引导学生延伸创新外沿

全国各类大学生创新实践及设计大赛已举办多届，涉及社会、生活的方方面面，每届都是数千个作品参赛，要在大赛中脱颖而出，创新依然是根本，如何突破创新的难度是每位参赛队员和指导老师首先要解决的问题。本文以2012-2016年三届机械创新大赛及2018年第九届过程装备实践与创新大赛为例做如下总结：

它山之石，可以攻玉。作品“自动连续式硬币分理机”的进口装置的初步设计曾设计过三个方案;带斜坡的阶梯漏斗、垂直阶梯漏斗、重力曲面漏斗，为避免硬币进口卡顿，进行了数十次手工试验，试验一次，改进一次，不断完善，最终确定为重力曲面;硬币分类部分也设计了几套方案;电池分类原理、凸轮分类机构、曲柄滑块机构，链条传输机构，经过反复计算和仔细推敲，最终确定为链条传输机构，重力曲面借鉴了重力驱动赛车的方式，无须额外动力驱动，而链条传动方式的想法借鉴了自行车、药品贴签机中广泛采用的传动方式，最终保证了运行的连续稳定性和分离效率。这两项设计在硬币分理装置的文献中都未曾报道，本项目均申请了相应专利，也成为比赛中得亮点，并获得专家好评。

加工、制造方法创新。“多功能家具”是一款能实现沙发、单人床及爬梯于一体的适合小居室的多功能家具，一步折叠到位，一步伸缩功能到位，题意有新意，但如何实现是个难题，加工、安装经过广泛查阅资料，反复推敲，终于想到了双铰链结构，这个想法来自农村的范同学突然想到家里一农具有这个链接方式，后来发现在建筑结构的脚手架中采用较多，把两个垂直方向的转动巧妙地连接在一个部位，最终实现了多功能家具的功能展示，同样也成为比赛的亮点。

制造材料创新。自动连续式硬币分理机的零件非常之多，大大小小有两百多个零件，设计为保障强度、刚度、可靠性，大多考慮的金属材件，但实际制造加工时发现问题不少，机械创新大赛锻炼的是学生动手实践能力，要求学生自己动手加工制作，为节省成本，所以作品一般选择校内工厂，少量外协，该作品加工时发现校内加工能力和条件很难达到设计要求，尤其是材料采用金属，非常细小的零件靠校内设备进行切、钻、铣等根本无法加工出来，经过思考，决定采用塑料制品，3d打印出细小零件，取代原来的金属制品，两种不同材质的连接变焊接为螺栓可拆连接结构，既节省了时间，又减轻了设备重量，解决了焊接难题，满足了功能需要。

计算方法或软件应用创新。课外科技活动的作品设计中会出现各类复杂工程计算问题，挖掘出一些具有创新性和实际应用价值的计算方法应成为所有参赛者追求的目标，通过大量的理论分析及数值模拟的对比，可以取得好的成效。比如，“多功能自动控制搅拌釜实验台的开发与应用”是中国大学生机械工程创新创意大赛“三聚福大杯”第九届过程装备实践与创新大赛的作品，在该作品的实施过程中，采用了基于MCGS计算组件开发了搅拌轴端挠度测量系统，计算方法先进适用，也成为比赛的亮点之一，作品最终荣获国家三等奖。

1.2.2 全方位指导，应对科技创新活动过程中的多种因素的干扰

大学生课外科技活动，是一项系统工程，影响因素众多而且周期较长，实施过程中会遇到很多意想不到的困难。以“自动连续式硬币分理机”的参赛过程为例，大赛从当年3月启动到次年5月正式比赛将近一年多的时间里，完成了立意筛选、方案设计、初步设计、施工设计、学校选拔、产品制作、正式比赛七大环节，期间发生过学校差额淘汰压力、意味着辛苦了几个月被校赛淘汰，无法出线参加省赛;三年级队员考研压力，人手不足;队员个性差异导致不团结、甚至退赛的尴尬境界;制作加工条件限制、经费压力等等。作为指导老师，本届大赛之前曾指导过多届大赛，对大赛的整个过程比较了解，在碰到技术难题时，与队员们仔细研究、分析原因，向书本、向有经验的其他老师请教，在遇到可能被淘汰产生退缩局面时，鼓励大家迎难而上、勇敢面对，在大家因个性差异不团结影响进度时，及时与大家交心谈心、解除心理负担，在遇到经费不足时，主动出资，解决困境。该项目经过了放弃、捡起、又放弃、再捡起几个轮回，好事多磨，作品最终于2016年5月获得湖北省赛区二等奖的好成绩，该成果于2019年获得国家发明专利一项，[10]取得成绩的那一刻，队员们流下了眼泪。

在实际创新活动中，有很多教训，很多好的想法因各种原因半途而废，没有走到最后，令人惋惜。因此，在比赛的整个过程中，指导老师要全方位指导，决策、组织、技术、心理多方面不能缺位，而且还要有极大的责任心、耐心和担当精神，与大家共同应对科技创新活动的不利因素的干扰。

2 新时代背景下对大学生课外科技活动的要求和思考

2.1 知识爆炸的时代要求

首先，21世纪，人类进入了知识爆炸的时代，一个无所不知的时代。知识更新的速度越来越快，知识倍增的周期越来越短，经济全球化、现代化、世界市场化，迫切要求我们转变思维方法和学习方法，做到与世界接轨，与信息同步，生活在这样一个时代，任何人都必须不断学习，更新知识，应对未来。因此，掌握知识的多少已经不是最重要的，授之以鱼不如授之以渔，让学生掌握学习的方法、学会思考是高等教育的核心所在。其次，知识爆炸的年代，专业分支越来越细化，研究越来越深入，必定要求技术水平越来越精益求精，指导老师必须具备更高的专业素养、知识储备和敏锐的分析判断能力，而且，随着专业的细化，为适应科技飞速发展的要求，必然导致学科交叉融合，只有分工协作，才能共同完成科技攻关。因此，知识爆炸时代的大学生课外科技活动不仅应体现勇于创新、追求卓越的斗志，而且要把终身学习、不断探索、永无止境的精神融入其中，把个性化、自主性、合作性的学习方式有机统一起来。

2.2 工程教育改革的要求

工程改变世界、行动创造未来，中国工程教育经历了百余年历程，培养了无数工程师、建设者。进入21世纪，我国开始实施“中国制造2025重大战略，积极推进从制造大国向制造强国”的转型升级，工程教育全球化备受教育界关注，新的目标已经制定，到2020年，探索形成新工科建设模式，到2030年，形成中国特色、世界一流的工程教育体系，到2050年，形成领跑全球工程教育的中国模式，建成工程教育强国，世界工程创新中心和人才高地。因此，培养高素质的现代工程技术人才迫在眉睫。[8][9]

工程教育的最大特点是理论与实践的紧密结合，而课外科技创新活动则更侧重于实践，更注重学生实践能力的培养，在实现从科学知识型向科学知识实用技能型转化的过程中两者作用应是一致的。工程教育的最终目标是培养学生的专业能力和综合素质，包括工程实施能力（设计和实施，分析与概括，实践动手能力，创新能力等）和优秀的个人素质（责任心，自信心，领导组织能力，沟通能力，团队合作精神，敬业精神，职业道德，灵活性，终身学习能力等），因此，大学生课外科技活动应与程教育理念环节联系起来，以优秀工程人才培养为导向，用工程教育的理念和思想指导大学生课外科技活动的过程管理。

3 结语

科技型、实践性和探索性是创新的主要特征，创新是永恒的主题，在大学生科技创新实践征程中，只有以多种手段和方法探究创新途径，合适引导学生延伸创新外沿，借它山之石、巧妙的加工、制造方法、創意的制造材料、先进计算方法及有效的应用软件，落实指导教师在决策、组织、技术及心理等全方位指导，才能突破创新思维瓶颈，应对课外科技创新活动中的不利因素的影响，促进课外科技活动的有效开展。

本论文获武汉工程大学教研项目资助“基于课外科技活动的大学生创新能力培养”（项目号2016037）

参考文献

[1] 刘代飞.面向智慧能源的大学生课外科技活动教学探索[J].科教导刊（上旬刊），2017，（04）：135-136.

[2] 梁风.学生课外学术创新的实践与思考[J].科技创新导报，2018，15（18）：224-225.

[3] 闫茹.依托课外科技活动提升大学生工程素质[J].科教导刊（上旬刊），2016，（05）：31-32.

[4] 樊振军，郑志远，郝会颖，等.大学生科技创新活动主要模式的研究与实践[J].中国电力教育，2011，（8）：156-157.

[5] 李冰，孙蓉，吕淑萍，等.新时代背景下对大学生科技创新活动的思考[J].科技创新导报，2013，（21）：212-213.

[6] 杨亮涛.开展大学生课外科技活动的实践与探究[J].实验室研究与探，2013，32（3）：184-186.

[7] 吴岩.新时代高等教育面临新形势，摘选第十届“中国大学教学论坛”[N].光明日报，2017-12-19.

[8] 陈小敏，吴涓，徐春宏.校企合作工程教育人才培养的实践与思考[J].实验室研究与探索，2017，36（7）：168-171.

[9] 吕淑平，马忠丽，王科俊.高等工程教育的实践与思考[J].实验技术与管理，2010，27（8）：123-124，138.

[10] 曾真，吕亚清，李兴珣，等.一种自动连续式硬币分理机.发明专利2016103157831，中华人民共和国国家知识产权局.