大學生創新訓練實踐對科研素質能力提高的探討

張亞虎，田 甲，余依林，寧傳彬，胡奧繁，姚 凱

（滁州學院 機械與電氣工程學院，安徽 滁州 239000）

1.引言

創新可以激發青年的上進心，促進社會發展。如何拓展大學生創新性思維，將專業知識運用到實踐創新中去，一直是高等教育的不可忽視的主題。滁州學院為積極推動提升學生創新能力，鍛煉學生創新創業技能、拓展學生創新思維，開展了大學生創新訓練相關的系列活動比賽［1］。本文以滁州學院大學生創新訓練項目“智能升降移動桌開發”（項目編號：2020CXXL099）的開發過程為例，并基于滁州學院校級質量工程項目（項目編號：2020jyc024）平臺，深度探討了創新訓練項目對大學生綜合素質培養的效果和意義。

2.項目簡介

2.1 項目的選定與申請書的撰寫

滁州學院教師充分利用大學生創新訓練項目，結合學生的專業特長，為攻克傳統桌子功能單一，久坐腰肌勞損等問題，成立了智能升降移動桌開發小組。小組成員來自不同專業，優勢互補，團結協作，來自市場營銷專業的組員利用敏銳的市場洞察力，搜集市場升降桌的最新行業信息，提供創新建議；來自數學學院的組員利用嚴謹的數據分析能力，為本次智能桌研發工作提供數據處理計算；機電學院的隊員們結合本專業機械、自動化、編程相關課程的學習知識，著重開展新結構及新系統的開發和設計。項目成員通過多種渠道，搜集當前國內外智能桌子設計的最新信息，深入了解本項目的背景，確立項目課題，歸納研究內容及創新點，提出可實施的技術設計方案、實驗方法以及項目立項實施方案，獨立撰寫了智能升降移動桌開發項目申報書，并提交申報。在此期間，項目組成員不僅加深了對本項目課題的認識，提煉出了清晰的邏輯思路，還深化了對團隊協作精神的理解，同時科研寫作能力也得到了極大地提升。

2.2 智能桌創新設計

為了增強移動升降桌的智能性、實用性，項目組成員確定了三個創新點：

桌面自由升降高度，桌面傾斜0-50°：可滿足身高各異、坐立不同需求的工況，便于閱讀和書寫，常規的書桌高度和斜度是固定的，無法根據使用者的實際高度有效調節，從而使用者不得不俯身彎腰，造成使用體感差。這一創新點可以很好地解決這一問題。

人體自動感應系統：該功能可以根據人體坐立高度，自動調節桌面高度和傾斜度。這一功能采用的智能模式，該模式下，運用傳感器智能控制系統，通過紅外線掃描使用者的身高等特征，自動調節相應的高度，并根據室內光線，自動調節燈光強度。

語音識別功能：通過語音呼叫功能，實現語音識別，使燈光關閉、桌子高度和斜度自動調解，大大提高了使用便捷性。

2.3 機械結構方案的實現

移動升降桌升降和傾斜方案的設計，對項目組成員具有一定挑戰。方案需模擬各傳動機構的運動軌跡，設計各零部件的尺寸，繪制傳動機構的三維及二維圖紙，制作樣件并組裝完成。由于零件較多，且存在相對運動關系，項目組成員構思了多種設計方案，并篩選優化，最終選擇運動可靠，性能穩定的四連桿機構傳動方案。

此外，項目組成員花費精力，查詢大量文獻，優化篩選機構運動連接方式，自學三維制圖及編程軟件，投入精力測繪三維結構圖、調試系統程序，最終實現升降桌高度自由升降、桌面任意位置傾斜。該模塊工作增強了項目組成員邏輯分析和解決實際問題的能力，發揚了堅持不懈，精益求精的精神，同時培養了學生管理時間的和獨立學習的能力。

2.4 材料選擇

針對桌面材料以及五金材料的選擇，小組成員經過市場調研，理論分析，確定了合適的材料。桌面材料首先排除了采用普通塑料材料的方案，主要原因在于，在高溫著火情況下，塑料桌面會出現異味、釋放有毒氣體、桌面軟化等情況，而且塑料桌面會出現難擦洗、易磨損的問題。經過市場調研、理論分析，小組成員決定采用性價比較高的實木顆粒板以及環保三聚氰胺飾面。此種材料平滑、耐刮、耐熱、無刺激無異味，且結構表面凹型設計，更符合人體仿生學，桌面邊緣全部采用圓角過渡功能，可有效防止意外刮傷碰上。以上功能滿足了用戶對于桌面材料的需求。五金支撐機構材料，小組成員選用了性價比較高的Q235 材料，連桿采用折邊結構，不僅節約材料成本，而且機構的強度得到大大提高。通過對桌面材料以及五金材料的研究選擇，增進了了小組成員市場信息調研能力、理論聯系實際的能力，增進了學生的團隊合作意識，也培養了學生嚴謹細致、不斷探索的科研精神。

2.5 系統整體調試

智能移動升降桌作為一個整體系統，不僅要完成機械結構設計、電路設計以及控制策略編程，還要進行必要的系統調試，調試過程中，會遇到多方面的問題，如機構安裝不良、控制的精度不足、數據通訊的實時性欠缺等，很多問題需要多個成員協作配合解決。其中在機構裝配調試中，出現了機構零部件安裝不暢的問題，螺桿與螺帽在安裝過程中出現了松動現象，兩者有間隙問題，間隙尺寸把握不住，間隙過大則產生松動，發生異響，而間隙過小，雖然松動消除，但是在升降過程中，很費力，嚴重影響了使用體驗。面對如此棘手的問題，小組成員積極尋找解決辦法，嘗試了十多種解決方案，努力的實驗驗證，期間也面臨多次失敗。在多次失敗的基礎上，小組成員積極整合各種方案的閃光點，最終選擇在螺桿的底部加橡膠的方法，解決了間隙問題難以把握的難題，從而也從另一個角度詮釋了科研方式的多樣性，即一條路走不通，可以開辟多條道路進行優化設計，進而實現目的。

在調試功能以及解決問題的過程中，一定程度上培養了學生其發現問題、分析問題、解決問題的能力，并從失敗教訓中不斷吸取經驗，復盤總結的能力，而且整個過程提升了團隊合作意識，也增強了學生的創新思維力。

3.項目開發的效果和意義

項目經過半年多地研發，進展順利，研究成果達到了預期目標，項目組成員綜合素養得到了提升。

3.1 知識學以致用，掌握科研思路與方法

通過本次項目，學生能夠將課堂上所學的理論知識有機融合到項目實際需求中[2]。參加項目之前，學生學到的只是簡單的理論知識，相應的實踐技能以及解決生活實際問題的方式方法掌握不足，遇到實際問題時無從下手，缺乏思路，而且個人主義風氣較重。做事完全沒有章法、沒有計劃，基本處于任性散漫的程度。因此在項目實施初期，大量工作需要完成，這些工作需要足夠的耐心和毅力，小組成員很多不知所措。這就造成了項目一度中斷的情況。隨著科研套路理論的不斷教導和培養，小組成員做事有章法，有依據，實驗方案也有很大的起色，遇到問題也不慌亂，積極地思考和解決問題。項目開展期間，小組成員積極地進行文獻資料收集與整理，力學及三維模型建立，理論數據分析計算、實驗調試驗證等規范流程的培訓和實踐，摒棄了以往無從下手、做一步算一步的不良習慣，科研素養有意識初步建立。通過一系列的指導和培養，小組成員科研的積極性大幅度提高，做事效率以及實驗方案的準確性也大大提高。

3.2 團隊協作意識增強，團隊素養提升

項目開展初期，項目組成員需要對整個項目進行規劃，構建任務脈絡，項目組成員各盡其責，責任到人，培養其責任心及團隊意識，項目組成員根據各自分工，合理安排時間攻克各自任務，并積極開展互幫互助，通過小組討論、頭腦風暴集思廣益，尋求解決方法。3D 制圖能力欠缺，安排專人積極學習；移動升降桌創新不足，全員參與探討并取得一致；整體系統項目中遇到棘手問題，安排專人解決，攻克不了，發動組員組織資源解決。通過項目的全方面深入合作，團隊成員協作的能力大幅度提升，關系更加融洽，團隊合作精神得到傳承[3]，為以后激烈的職場競爭打下堅實的基礎。此外，項目組成員有效地溝通，互相協調，共同進步。小組成員在項目的開展中不斷磨練和超越自己，學習了更多的新知識，也提升了個人綜合能力。

3.3 學生知識視野開闊，思維得到發展

智能移動升降桌開發項目是面向大學生的創新創業訓練實踐，在項目實施中項目成員不僅要深入了解項目的研究背景，確定項目研究內容和創新點，還要通過各種渠道，搜集國內外智能桌子設計的發展狀況以及技術參數學生的視野得到廣泛拓展，搜集信息的能力得到提高，思維創新能力得到全面發展[4]。項目的開展，需要項目組成員運用所學知識，理論聯系實際，從而進一步拓展了知識的深度及廣度。項目成員通過與指導教師定期交流，項目開發方向的準確性得到保證，同時通過交流，教師會將開發思路、實驗方法以及數據分析方法傳遞給學生，學生從中受益良多[5]。

4.結語

大學生創新訓練項目的開展，加深了學生對理論知識的理解與領悟，促進了其理論聯系實際的能力，學生在實踐中發現問題、分析問題、解決問題的能力得到顯著提升。其次，項目的開展，培養了學生嚴謹規范的科研方式方法，避免了盲目性，并在實踐中不斷積累經驗，優化改進科研套路，最后創新訓練項目，使得學生的團隊合作意識得到加強，為以后的學習和工作打下堅實的基礎。