以實(shí)踐項(xiàng)目為依托的大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)施方法

王文明 劉云梯 王春萌 彭鶴

摘要：為規(guī)范大學(xué)生科技創(chuàng)新過程，論文進(jìn)行了基于實(shí)踐項(xiàng)目的科技創(chuàng)新方法探索。在科技創(chuàng)新過程中，給定一系列科技創(chuàng)新項(xiàng)目，以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生開展科技創(chuàng)新，對題目設(shè)置與教學(xué)過程做出討論與探索。以軟體章魚機(jī)器人的設(shè)計(jì)為例，以項(xiàng)目為依托，以課程知識(shí)為基礎(chǔ)，說明了科技創(chuàng)新的過程和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：科技創(chuàng)新探索研究；實(shí)踐項(xiàng)目；大學(xué)生；課外科技創(chuàng)新

中圖分類號：TH111 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）08-0091-02

加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是教育體制改革的核心，是建設(shè)創(chuàng)新型國家、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的必然要求。創(chuàng)新教育是以培養(yǎng)人們創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為基本價(jià)值取向的教育，其重要性已在學(xué)術(shù)界達(dá)成了共識(shí)。但是，在現(xiàn)在較為程式化的過程中，缺少創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，學(xué)生極易敷衍了事，存在設(shè)計(jì)題目單一、考核制度不完善等弊病[1]。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生參與的積極性，培養(yǎng)整體設(shè)計(jì)意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力[2-5]。本文針對科技創(chuàng)新的實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行了新的探索，加入了創(chuàng)新課題設(shè)置與三維軟件教學(xué)等，探索了大學(xué)生科技創(chuàng)新的注意事項(xiàng)。

一、科技創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)施方法

1.項(xiàng)目選題。在通常的科技創(chuàng)新過程中，教師確立題目后對學(xué)生缺乏指導(dǎo)。此次科技創(chuàng)新探索，貫穿機(jī)械設(shè)計(jì)課堂日常教學(xué)中，“以學(xué)生為主體、以教師為輔助；以規(guī)范為指導(dǎo)、以創(chuàng)新為目的”，由教師制定若干實(shí)踐項(xiàng)目題目，例如：雙足機(jī)器人設(shè)計(jì)、無人機(jī)設(shè)計(jì)、智能教具設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)過程以《高等機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)踐與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》為依據(jù)，學(xué)生3人一組，任選一個(gè)主題。平時(shí)在課間，學(xué)生就可以得到教師的技術(shù)指導(dǎo)，鼓勵(lì)新想法、新創(chuàng)意，開展實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。

2.科技創(chuàng)新的指導(dǎo)方法。在大學(xué)生科技創(chuàng)新探索過程中，增加的教學(xué)環(huán)節(jié)與方法如下：（1）教師指導(dǎo)方法探討。在課間，教師和學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目的討論，有助于彌補(bǔ)學(xué)生在理論知識(shí)上的不足，并且可以增加學(xué)生對科技創(chuàng)新的認(rèn)知。（2）科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目技術(shù)背景講座。教師增加科技創(chuàng)新項(xiàng)目工程背景的講座和對實(shí)踐項(xiàng)目技術(shù)背景的介紹，讓學(xué)生明確所選題目的技術(shù)現(xiàn)狀與優(yōu)缺點(diǎn)。（3）現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念。教師增加對三維建模軟件的講解，除了應(yīng)用AutoCAD二維繪圖軟件外，鼓勵(lì)學(xué)生使用SolidWorks、PROE等三維建模軟件。同時(shí)，教師增加對3D打印機(jī)、激光切割機(jī)等設(shè)備的介紹，學(xué)生可以親手操作儀器制作零部件，在組裝中反思設(shè)計(jì)上的不足，讓學(xué)生體會(huì)到機(jī)械加工的過程，對科技創(chuàng)新有更深的理解。

二、軟體章魚機(jī)器人的科技創(chuàng)新設(shè)計(jì)

下面以軟體章魚機(jī)器人[6-8]為例來說明大學(xué)生科技創(chuàng)新的新方法和注意事項(xiàng)。

1.題目設(shè)置?，F(xiàn)如今軟體仿生機(jī)器人受到了越來越多人的研究，這對于大學(xué)生的科技創(chuàng)新研究又是一個(gè)新的課題，擴(kuò)大了學(xué)生的創(chuàng)新研究范圍。以軟體章魚機(jī)器人的研究為課題，用于探索學(xué)生科技創(chuàng)新的注意事項(xiàng)，有利于促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)。在科技創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)中，將軟體章魚機(jī)器人的研究作為項(xiàng)目，由學(xué)生設(shè)計(jì)制作較為簡單的軟體章魚機(jī)器人模型。提供申請書模板，規(guī)范學(xué)生填寫科技創(chuàng)新申請書的過程。

2.三維模型設(shè)計(jì)。科技創(chuàng)新實(shí)踐之初，教師向?qū)W生講授了SolidWorks三維繪圖軟件的使用方法，軟體章魚機(jī)器人通過該軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過虛擬裝配，對尺寸結(jié)構(gòu)、零件外形、裝配關(guān)系、外觀外形進(jìn)行及時(shí)地修改，軟體章魚機(jī)器人觸手結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3.運(yùn)動(dòng)原理分析。記憶合金為觸手的核心部件，由它作為觸手的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力。事先給記憶合金加熱彎曲，讓它記憶下在這個(gè)溫度之下的形狀之后再將它恢復(fù)到原來的形狀。在觸手的第一節(jié)的一端接上電源并且連成一個(gè)回路，使得記憶合金中有電流通過。由于合金存在電阻，當(dāng)有電流流過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生熱量。當(dāng)熱量到達(dá)一定之時(shí)，記憶和溫度升高到原來設(shè)定的溫度值而發(fā)生形變，從而帶動(dòng)觸手實(shí)現(xiàn)彎曲、伸縮等運(yùn)動(dòng)。控制觸手每一節(jié)的加熱狀況便可實(shí)現(xiàn)觸手的不同運(yùn)動(dòng)。選擇運(yùn)用單片機(jī)來控制各個(gè)節(jié)的電流通斷情況，從而實(shí)現(xiàn)觸手運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)化控制。在觸手的整體結(jié)構(gòu)中彎曲部分并不僅僅是由一根記憶合金構(gòu)成的，這樣會(huì)使得軟體章魚機(jī)器人的觸手動(dòng)力不足，從而顯得觸手沒有“活力”。為了解決這個(gè)問題，采用多根記憶合金共同作為驅(qū)動(dòng)部分。中間連接部分作為前后兩節(jié)彎曲部分的連接載體，選擇橡膠材料。作為軟體機(jī)器人，為使其具有更好的靈活性，因此中間部分的材料選擇形變能力較強(qiáng)的橡膠材料，而且還具有一定的強(qiáng)度，能滿足一定的沖擊，并且使得機(jī)器人能更好的在狹小的空間下進(jìn)行工作。而連接部分的四個(gè)空則是用來連接彎曲部分的四個(gè)彎曲組。每一節(jié)的彎曲部分由四個(gè)彎曲組構(gòu)成，每個(gè)彎曲組控制一個(gè)方向。通過單片機(jī)控制電路中電流的通斷進(jìn)而控制每一個(gè)彎曲組的彎曲與伸縮，并且實(shí)現(xiàn)觸手在空間上的運(yùn)動(dòng)，如旋轉(zhuǎn)、扭曲等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。

4.測試調(diào)試。在測試過程中，軟體章魚機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了適應(yīng)環(huán)境的功能，具有以下特點(diǎn)：（1）用記憶合金實(shí)現(xiàn)觸手運(yùn)動(dòng)自動(dòng)化控制，如同章魚的觸手。（2）采用多根記憶合金共同作為驅(qū)動(dòng)部分，使章魚觸手動(dòng)力充足。（3）用橡膠材料作為中間部分連接載體，使軟體章魚機(jī)器人更具靈活性。（4）提高學(xué)生的動(dòng)手能力，新穎的課題使學(xué)生更有興趣。

5.加工制作。利用3D打印機(jī)、激光切割機(jī)將零部件制作出來，根據(jù)三維模型圖進(jìn)行裝配。根據(jù)裝配關(guān)系選擇螺栓、銷或PVC膠水粘接固定等連接方式。

6.答辯環(huán)節(jié)。提供科技創(chuàng)新結(jié)題報(bào)告模板，規(guī)范學(xué)生科技創(chuàng)新結(jié)題報(bào)告，采用答辯的方式，進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新成果的改進(jìn)。

三、結(jié)論

在軟體章魚機(jī)器人研究的創(chuàng)新探索中，學(xué)生積極性高，選題踴躍，完成任務(wù)出色。學(xué)生們首先了解了章魚的運(yùn)動(dòng)原理與運(yùn)動(dòng)模式，再借助自己了解到的資料制作出了章魚觸手，鍛煉了動(dòng)手能力。此次項(xiàng)目的作品可應(yīng)用于后續(xù)課程教學(xué)中學(xué)生們對于軟體章魚機(jī)器人的再次研究。本次科技創(chuàng)新探索，以項(xiàng)目為依托，探究了大學(xué)生課外科技創(chuàng)新的新方法，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，提升了創(chuàng)新思維。

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