大學生開放創新實驗實踐與探索

武櫟楠 楊昌海 張召

摘 要：大學生開放創新實驗作為實驗、實踐教學的重要環節，是培養學生自主學習、團隊協作、創新能力的有效途徑。文章在分析開放創新實驗內涵及開展和評價方式的基礎上，以“汽車人機工程學關鍵參數測量”為例，詳細介紹了實驗項目的組織實施過程，探討了通過該實驗所獲取的開放創新實驗教學經驗。

關鍵詞：開放創新實驗；實驗教學；實踐教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）09-0044-03

Abstract： As an important part of experiment and practice teaching， the open innovation experiment is an effective way to cultivate the autonomous learning， teamwork and innovation ability. This thesis firstly analyzes the connotation， development and evaluation methods of the open innovation experiment. Taking the "measurement of key parameters of automotive ergonomics" as an example， the process of organization and implementation of this project are introduced in detail. Meanwhile， the teaching experiences of the open innovation experiment obtained by this project are discussed.

Keywords： open innovation experiment； experiment teaching； practice teaching

大學生實驗、實踐教學是培養高素質復合型人才的重要手段，是建設“雙一流”大學的重要組成部分[1-3]。吉林大學作為綜合類高等院校，尤其注重對本科生實驗和實踐教學的建設，從2013版到2018版本科生培養方案，實驗、實踐教學所占學分和比重逐漸增大。大學生開放創新實驗作為實驗、實踐教學的重要環節，是培養學生自主學習、團隊協作、創新能力的有效途徑。吉林大學于2016年頒布《吉林大學開放性創新實驗管理辦法》， 每學期為學生開設幾百項實驗項目（其中2017年秋季學期共開設640項），加強學生實踐與創新能力的培養，為建設好雙一流大學奠定基礎。

吉林大學汽車工程學院車身實驗室于1988年成立，實驗室建筑面積約2000m2，擁有實驗儀器設備約200臺套，總價值約7000萬元。其中主要教學設備包括：微機控制電子萬能試驗機、動態信號測試分析系統、三維光學掃描測量系統、3D打印機、汽車油泥模型操作制作平臺等。車身實驗室作為省級實驗教學示范中心，承擔車身專業實驗、實踐教學任務，每年接待約300名本科生做實驗，完成約900學時的課內實驗及課外實踐，是培養卓越工程人才的重要支撐。

本文基于開放性創新實驗平臺，以車身實驗室開設的開放創新實驗為例，探討實驗項目實施過程以及所獲得的經驗。

一、開放創新實驗的內涵

傳統的實驗教學主要是以配合理論課講授為主，讓學生通過實驗加深對理論知識的理解并向學生展示課堂上無法呈現的知識[4]。實驗類型可分為演示型、驗證型、研究型等。傳統的實驗教學缺少學生獨立思考的機會，不利于培養創新型人才。隨著我國高等教育事業的發展，高校越來越重視學生自主創新能力的培養，開放創新實驗是近年來各高校為實現本科生實驗、實踐教學改革的重要手段。

開放創新實驗定位于實踐教學體系中的綜合訓練層次，是以問題為基礎的研究性實驗。實施開放性創新實驗項目教學，旨在推進以問題為核心的課外探究性實踐性學習，激發學生學習興趣及研究問題的主動性[5]。

二、開展與評價方式

（一）實驗項目出題與選題

開放創新實驗項目的題目多與科研、生產、社會實踐相結合，具有一定的創新性和探索性。實驗項目的難度高于本科生課程設置的研究性實驗，主要目的是啟發學生發現問題與研究問題。

開放創新實驗項目選題分為學生預選、教師確認、正式選做三個步驟。預選階段，學生根據實驗項目及指導教師介紹，選擇自己感興趣的實驗項目；教師確認階段，指導教師了解學生的專業背景與實驗基礎，確認學生選做資格；最后學生正式確認選做實驗項目[5]。

（二）實施過程管理與成績評定

開放創新實驗項目選題確認后，學生即可進行實驗。指導教師可根據實際情況將學生分為若干小組，每組3-6人，實驗項目的實施以小組為單位進行。指導教師負責對學生整個實驗過程給予指導、督促。

實驗完畢后學生以小組為單位撰寫實驗報告，指導教師負責對實驗報告進行批改，并綜合考慮實驗過程及報告撰寫情況給出學生成績。開放創新實驗成績分為優秀、良好、中等、及格、不及格五檔。取得及格以上成績的學生可獲得1學分，計入“課外培養計劃”環節。

整個過程均在吉林大學開發創新實驗系統中完成。

三、開放創新實驗教學案例分析

身實驗室2017年秋季學期獲批開放創新實驗項目3項：“白車身主斷面測量與分析”、“薄壁梁結構沖擊力學特性測試”以及“汽車人機工程學關鍵參數測量”。其中共有33名學生選擇“汽車人機工程學關鍵參數測量”實驗，主要為工業設計（汽車車身）、車輛工程、能源與動力工程等工科類汽車方向專業。實驗分11個小組分別進行，每組實驗時間約4學時。以該實驗為例，詳細介紹實驗項目的實施過程以及經驗總結。

（一）實驗意義及目的

汽車人機工程學主要解決汽車設計中“空間幾何”和“人機界面問題”，是汽車類本科生的必修課。H點測量裝置（H-Point Machine，HPM）是用于建立車輛關鍵基準點和尺寸的物理裝置，對于進行駕駛室人機工程學設計和參數測量、輔助進行駕駛室內部基準點的定位具有重要意義[6-8]。

“汽車人機工程學關鍵參數測量”實驗承接于汽車人機工程學課程，目的是利用H點測量裝置對汽車座椅H點進行測量，使學生掌握H點裝置的使用及三維坐標測量的基本方法，了解H點對汽車人機工程學設計的意義和作用。

（二）實驗所用設備及原理

本次實驗用到的主要設備包括：HPM-II型H點測量裝置、三坐標測量機以及被測車輛1臺（豐田RAV4），其他輔助工具包括多功能坡度測量儀、推力桿等。

HPM-II型H點測量裝置主要由背板、座板、大腿桿、小腿桿和T型桿等組成，如圖1所示，能夠反映成年人外形輪廓和體重，通過將裝置安裝到被測座椅上并逐步加載，可以檢測和測量座椅和車內硬點[6]。

（三）實驗過程

“汽車人機工程學關鍵參數測量”實驗以鍛煉學生動手操作、獨立思考及團隊協作能力為主。在指導教師講解完實驗內容和注意事項之后，由學生自己動手進行HPM裝置的擺放、加載以及H點坐標的測量，具體操作過程如下：

1. 確定整車坐標系，原點為車輛前軸中心，車頭指向車尾為x軸正方向，駕駛員側指向副駕駛側為y軸正方向，由右手定則確定z軸正方向。

2. 調整座椅，將被測車輛的駕駛員側座椅調到最低最后位置，座椅靠背角調至20度左右。

3. 安裝HPM的座板和背板，并將背板與坐板連接，與乘員中心面重合，調平座板上的水平儀，同時調整背板位置，使之與座椅靠背貼合[9，10]。

4. 使用多功能坡度測量儀測量軀干角，并記錄數據。

5. 對座板、背板依次施加腿部、臀部和軀干載荷。

6. 使用三坐標測量機測量H點坐標，記錄H點坐標數據，如圖2所示。

7. 依次撤去HPM裝置的配重塊、背板、座板。

8. 重復測量三次，取三次實驗平均值作為最終H點坐標。

上述實驗過程均由學生獨立操作完成，指導教師從旁引導并答疑。實驗共分為11組進行，每組3人，每人分別進行一次實驗。

（四）實驗數據處理及實驗報告撰寫

實驗完畢后學生對數據進行處理，在CATIA軟件中建立整車坐標系，量得H點的坐標值，取三次實驗的平均值作為最終實驗結果，其中一組學生所得的實驗數據如表1所示。

每組學生上傳一份實驗報告，報告主要包含以下幾個部分：實驗目的、實驗原理、主要儀器設備、實驗過程（拍照附圖）、實驗數據記錄（座椅位置、軀干角、左、右H點坐標等）以及本次實驗的心得體會以及意見建議。指導教師根據學生實驗過程中的表現以及實驗報告給出學生成績。

四、開放創新實驗經驗總結

“汽車人機工程學關鍵參數測量”實驗經過學生和指導教師的共同努力最終順利完成，對本次開放創新實驗所獲得的經驗總結如下：

1. 開放創新實驗的選題要吸引學生興趣。實驗項目題目的擬定是保證實驗順利進行的關鍵一步。選擇實驗的學生主要為大一、大二本科生，本次實驗的出題方向充分考慮了此階段的學生所儲備的知識，并結合學生的實際情況最終擬定實驗項目。

2. 指導教師職責定位于引導和輔助。開放創新實驗以培養學生動手能力和創新意識為主要目標。本次實驗過程中形成了以學生自主實驗為主，指導教師從旁引導為輔的教學模式。

3. 實行實驗室開放制度。實驗室開放是保證實驗項目有條不紊進行的重要措施。由于實驗學生存在專業、年級、班級差異，綜合考慮學生時間、人數等因素，車身實驗室面向本次開放創新實驗實行開放制度。在某一教學周內，每天上午和下午各安排一次實驗，每組學生可根據自己的實際情況自由選擇實驗時間。

4. 鍛煉了學生自主學習和獨立思考解決問題能力。學生自主學習能力的培養是當前教學改革的重要目標之一。本次實驗將學生自主學習能力的培養為首要目標，實驗前由學生查閱文獻了解實驗項目背景，實驗過程中遇到的問題首先由學生自己動腦思考尋找解決途徑，指導教師只起引導輔助作用，實驗報告不拘泥于固定格式，在滿足基本要求前提下學生可自己設計報告格式和內容，展示自己的學習成果。

5. 獲得了寶貴的學生反饋意見。本次實驗實行教學反饋制度，學生可在實驗報告中寫出實驗心得體會及意見建議。學生給予的反饋意見對日后完善該實驗，提高教學水平至關重要。

五、結束語

針對當前本科生實驗和實踐教學越來越重視學生自主學習與創新能力培養的趨勢，基于開放性創新實驗平臺開展實驗教學，探討了開放創新實驗的內涵以及開展和評價方式。以吉林大學車身實驗室開出的“汽車人機工程學關鍵參數測量”實驗項目為例，詳述了實驗過程及獲得的教學經驗。實驗項目選題切合實際，教學模式行之有效，達到了預期的教學效果，可為大學生實驗和實踐教學提供方法和經驗借鑒。

參考文獻：

[1]馬萬里，劉麗艷，齊虹，等.本科生創新實驗教學的探討與實踐[J].教育教學論壇，2016（6）：248-249.

[2]臧立娟，王鳳艷，夏自進.開放性創新實驗教學模式探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2014，33（4）：207-209.

[3]訾學紅，夏云生，陳永寶，等.開放創新實驗的教學實踐研究[J]. 中國現代教育裝備，2010（1）：106-107.

[4]唐俊，黃林生.開放實驗室與大學生創新能力培養[J].考試周刊， 2012（8）：147-148.

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[6]任金東.汽車人機工程學[M].北京大學出版社，2010.

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[9]周勇，馬國清，楊震，等.汽車駕駛員座椅H點位置的測量[J].汽車實用技術，2015（1）：114-115.

[10]翟歲團，周亞旭，王偉，等.三維H點裝置及其安裝簡介[J].摩托車技術，2015（12）：52-56.